2.3　太陽(yáng)能集熱場(chǎng)模型建立及變工況討論

2.3.1　太陽(yáng)能集熱場(chǎng)模型建立

由于在Aspen中不存在針對(duì)于太陽(yáng)能集熱器的換熱模塊，但是其支持Fortran程序添加用戶所需要的模塊，所以這里需要將附錄中的計(jì)算公式用計(jì)算模塊表達(dá)出來(lái)，見(jiàn)圖2-6。

兩個(gè)MULTI模塊分別被用于計(jì)算在太陽(yáng)能輻照度為I時(shí)單位孔徑面積上的實(shí)際集熱量及太陽(yáng)能場(chǎng)的整體集熱量Qsol。第一個(gè)MULTI模塊輸入?yún)?shù)為計(jì)算模塊計(jì)算出的ηnet，第二個(gè)MULTI模塊輸入?yún)?shù)為太陽(yáng)能場(chǎng)孔徑面積。

來(lái)自于太陽(yáng)能場(chǎng)的熱量Qsol用于加熱導(dǎo)熱油Therminol VP-1，設(shè)計(jì)規(guī)定MOIL用于控制進(jìn)口流量以保證出口溫度恒定。

2.3.2　太陽(yáng)能集熱場(chǎng)模型驗(yàn)證

表2-4為在2005年6月11日中午12時(shí)，當(dāng)太陽(yáng)能直射輻射量為925 W/m2時(shí)，軟件計(jì)算結(jié)果與文獻(xiàn)中提供結(jié)果的對(duì)比，結(jié)果顯示誤差只有0.844% 。

4月、10月單位面積集熱器上的能量分布見(jiàn)圖2-7和圖2-8。從圖中可以看出，每天太陽(yáng)直射輻射（DNI）在中午1時(shí)達(dá)到頂峰，單位面積可吸收熱量qabs及傳熱介質(zhì)凈得熱量qnet基本上與光照強(qiáng)度的變化保持一致，太陽(yáng)能場(chǎng)單位面積熱量損失qloss基本上保持不變。

需要注意下午由于陣列之間的遮擋效果導(dǎo)致太陽(yáng)能可利用程度降低，在實(shí)際設(shè)計(jì)中需要根據(jù)在不同地區(qū)的特性選擇合適的間距。

2.3.3　太陽(yáng)能集熱場(chǎng)模型變工況運(yùn)行

集熱場(chǎng)出口溫度不變，單位面積熱量隨進(jìn)口溫度變化趨勢(shì)見(jiàn)圖2-9。從圖中可以看出，當(dāng)進(jìn)口溫度降低時(shí)，太陽(yáng)能場(chǎng)單位面積可吸收熱量qabs基本保持不變，但是由于進(jìn)口溫度降低，傳熱介質(zhì)平均溫度降低，與環(huán)境之間溫差減小導(dǎo)致單位面積熱量損失qlos減s少，使得傳熱介質(zhì)凈得熱量qnet增加。

出口溫度及環(huán)境溫度改變時(shí)集熱場(chǎng)熱效率的變化趨勢(shì)見(jiàn)圖2-10。從圖2-10（a）中可以看出，當(dāng)入口溫度不變，出口溫度上升時(shí)，太陽(yáng)能集熱場(chǎng)熱效率降低，其原理與出口溫度不變時(shí)的分析類似，在此不再贅述。圖2-10（b）是當(dāng)進(jìn)、出口溫度保持在293℃、391℃時(shí)，環(huán)境溫度改變對(duì)集熱場(chǎng)熱效率的影響，可以明顯地看出，當(dāng)環(huán)境溫度升高時(shí)，太陽(yáng)能集熱場(chǎng)熱效率升高。這是由于環(huán)境溫度升高，與傳熱介質(zhì)之間溫差降低，進(jìn)而熱損失減小，熱效率提高。

傳熱介質(zhì)吸熱量與其流量隨太陽(yáng)能直射輻照度（DNI）的變化趨勢(shì)見(jiàn)圖2-11。當(dāng)DNI增加時(shí)，單位面積上傳熱介質(zhì)凈吸熱量及其流量將隨著DNI的升高而線性增加。但是需要注意的是，實(shí)際上由于系統(tǒng)循環(huán)的需要，傳熱介質(zhì)流量將會(huì)有一個(gè)范圍，因此當(dāng)DNI低于一定值時(shí)，系統(tǒng)將不會(huì)運(yùn)行或者降低溫度運(yùn)行。

集熱場(chǎng)熱效率隨DNI變化的趨勢(shì)見(jiàn)圖2-12。從圖中可以看出，當(dāng)DNI增加時(shí)，太陽(yáng)能集熱場(chǎng)熱效率增加。當(dāng)DNI較小時(shí)，系統(tǒng)效率增加較為顯著，這一現(xiàn)象通常發(fā)生在上午。而當(dāng)DNI達(dá)到500 W/m2時(shí)，隨著DNI的增加，太陽(yáng)能效率幾乎保持不變。因?yàn)殡S著DNI的增加，qabs會(huì)明顯增加，DNI增加到一定程度時(shí)，其引起的太陽(yáng)能場(chǎng)損失也將增大，兩者影響相抵消導(dǎo)致DNI增大而太陽(yáng)能效率保持不變。

進(jìn)出口溫差為100℃時(shí)集熱場(chǎng)熱效率變化趨勢(shì)見(jiàn)圖2-13。從圖中可以看出，隨著進(jìn)口溫度的升高，傳熱介質(zhì)平均溫度升高而引起的熱損失增大，所以集熱場(chǎng)熱效率降低。當(dāng)太陽(yáng)能強(qiáng)度較小時(shí)，這個(gè)效率降低尤為明顯。而且DNI不大時(shí)，應(yīng)降低系統(tǒng)進(jìn)出口溫度以保持較高的集熱場(chǎng)熱效率。