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摘 要

为了提高太阳能供暖系统的热效率，同时为了满足家庭用户在供暖和供热水方面的需求，同时也为了保护地球环境和节约社会资源，本文从基础结构分析到设计计算，设计分析了一种基于分离式热管的太阳能供热系统。

首先本文对分离式热管的整体构造、工作机理、充液率和传热机理进行了系统性的研究与分析。为设计分离式热管提供了相关的计算公式以及提高其热效率的方法。其次本文对热管式平板集热器从热管材质选择到工质选择再到热管式平板集热器的性能进行分析，选择以铜为集热器内的热管材质，以水为循环工质。本文对分离式太阳能供热系统从用户热水需求量到集热器面积进行计算、选择合适容积的储水箱、计算辅助热源的功率和整个系统的节能分析。最后得出在该系统的使用寿命期间，一个三人口的家庭能够减少13.587吨的二氧化碳排放量。

关键词：太阳能供热系统 平板集热器 分离式热管 设计分析

Design and Analysis of Solar Heating System Based on

Separate Branch

Abstract

In order to improve the thermal efficiency of the solar heating system, at the same time to meet the needs of household users in terms of heating and hot water supply, but also to protect the global environment and save social resources, this paper from the basic structure analysis to design calculation, design analysis based on a separation -Type heat pipe solar heating system.

Firstly, this article systematically studies and analyzes the overall structure, working mechanism, liquid filling rate and heat transfer mechanism of the split heat pipe. It provides related calculation formulas and methods to improve the thermal efficiency for the design of separate heat pipes. Secondly, this paper analyzes the performance of the heat pipe flat collector from the choice of heat pipe material to the selection of working medium to the performance of the heat pipe flat collector, and chooses copper as the heat pipe material in the collector and water as the circulating working medium. In this paper, the calculation of the split solar heating system from the user's hot water demand to the collector area, the selection of a suitable volume of the storage tank, the calculation of the power of the auxiliary heat source and the energy saving analysis of the entire system. Finally, it was concluded that during the life of the system, a family of three people can reduce CO₂ emissions by 13.587 tons.

Key words: Solar heating system; Flat-plate collector; Separate heat pipe; Design and analysis

目 录

摘 要 I

Abstract II

目 录 III

第一章 绪 论 1

1.1课题的研究背景 1

1.2国内外研究现状 2

1.2.1国外研究现状 2

1.3太阳能供热系统的分类 4

1.3.1主动式太阳能供热系统 4

1.3.2 被动式太阳能供热系统 4

1.4本课题主要研究内容 5

第二章 分离式热管技术简述 6

2.1分离式热管结构及工作原理 6

2.2分离式热管的传热分析 8

2.2.1 分离式热管蒸发段传热过程 8

2.2.2 分离式热管冷凝段冷凝传热过程 9

2.3分离式热管的传热极限分析 9

2.4分离式热管的充液量分析 10

第三章 热管式平板集热器的设计分析 13

3.1太阳能集热器的选择 13

3.2 热管平板集热器的设计分析 14

3.2.1 平板集热器结构分析 14

3.2.2 热管的设计分析 14

3.2.3平板集热器的理论分析 15

第四章 分离式热管太阳能供热系统设计计算 17

4.1设计规范及标准 17

4.2设计参数 17

4.3计算校核 18

4.3.1热水需求量计算 18

4.3.2计算用户需要热水所需的热量 18

4.3.3计算太阳能集热器的面积 18

4.3.4集热水箱和恒温水箱 18

4.3.5辅助热源电加热器耗电功率 18

4.3.6分离式热管太阳能供热系统节能分析 19

第五章 结论与展望 20

5.1结论 20

5.2展望 20

参考文献 21

致谢 24

第一章 绪 论

1.1课题的研究背景

在最近几十年以来，人类社会由于发展很快，导致地球能源消耗过度，各种人类生存所需能源日益短缺，人类开始面临前所未有的能源危机、环境重度污染的问题。从相关资料得知，人类能使用的常规能源不超过200多年就会被消耗完。

由于对化石能源和其他常规能源的过度使用和消耗，使得人们所生存的地球环境被破坏地十分严重。目前全球面临气候变暖，森林资源锐减等严重的环境问题。所以，开发并利用新型可持续能源对推动整个人类社会可长久下去并良好的发展和有一个美好未来有着十分重要意义。

我国是现今全球最大的发展中国家，我国的能源利用和消耗在全世界占比十分大。我国在经济文化和物质文明高速发展的同时，仍是在以传统的经济增长模式（高投入低产出的增长模式）为主。能源消耗过快和经济快速而不平衡发展将面临的问题将会严重制约我国未来的发展。因为经济全球化的背景以及国际社会倡导保护生态环境和可持续发展，我国相比国际上其它的发达国家将面临着更严峻的能源危机和挑战。

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