习题-太阳能热水系统.doc

第十三、十四章 太阳能热水系统习题集一、填空题1. 太阳能热水器是利用温室原理，将太阳能转变为热能，以达到将水加热之目的的整套装置。通常由_、_、连接管道、支架、_和其他配件组合而成，必要时，还要增加_。2. 按太阳能热水器集热原理可分为_、_、_、_、太阳能热水器和热泵型太阳能热水器。3. 总日射表传感器应安装在太阳集热器高度的_，并与太阳能集热器采光面平行，两平行面的平行度相差应小于_。4. 温度测量仪表应分别放置在与太阳能集热器中心点相同高度和贮水箱中心点相同高度的遮荫通风处，分别距离太阳能集热器和贮水箱_的范围内，试验期间环境温度应保持在_。5. 单个贮水箱容积0.6m3的太阳能热水系统热性能试验中，试验所用冷水为该系统投入正常使用时的实际用水，水温_。6. 单个贮水箱容积0.6m3的太阳能热水系统热性能试验中，试验开始时，应同时记录_读数，并将强制循环系统循环泵置于正常运行控制状态，同时应关闭贮水箱的混水装置，记录贮水箱上下部水温。_就是试验开始时贮水箱内的水温tb。7. 单个贮水箱容积0.6m3的太阳能热水系统热性能试验中，_就是试验期间单位轮廓采光面积的太阳辐照量H。对处在不同采光面积上的太阳热水系统，应_。8. 贮热水箱容积在0.6m3以下的太阳热水系统热性能试验中，系统工作_，从太阳正午时前4h到太阳正午时后4h。集热器应有太阳正午后4h时遮挡起来，启动混水泵，以_的流量，将贮热水箱底部的水抽到顶部进行循环来混合贮热水箱中的水，使贮热水箱内的水温均匀化，至少_内贮热水箱的入口温度的变化不大于_，记录水箱内三个测温点的温度，贮热水箱的入口温度或三个测温点的平均值即为集热试验结束时贮水箱内的水温te。9. 太阳高度角是指_与在_间的夹角。10. 太阳辐射度指在_上，_所获得的太阳辐射能。单位：（kW/）。11. 平均热损因数指在_条件下的一段时间内，单位时间内、单位水体积太阳能热水系统_与_之间单位温差的_损失。12. 工质质量流量可以_，或通过所测量的_换算得出。测量准确度应为1%。13. 在稳态条件下运行的太阳能集热器的瞬时效率定义为:在稳态条件下,集热器获得的_与_之比。14. 太阳集热器室外稳态效率试验中，每个试验周期都应使集热器的方位保持在该_范围内15. 考虑到工质循环次数不同，太阳能热水器可分为_和_.16. 风速仪应分别放置在与太阳能集热器中心点同一高度和贮水箱中心点同一高度的遮荫处，分别距离太阳能集热器和贮水箱_的范围内，环境空气的平均流动速率不大于_。17. 冷水入口、热水出口及水箱内温度测量装置，仪器精度应为_，环境温度测量装置，仪器精度应为0.2；测量空气流速的风速仪的准确度应为_.18. 单个贮水箱容积0.6m3的太阳能热水系统热性能试验中，在试验开始前_，启动贮水箱的混水装置进行混水，使贮水箱上下部水温差别在_以内。对于强迫循环系统，还应同时手动启动太阳能热水系统的循环泵。19. 单个贮水箱容积0.6m3的太阳能热水系统热性能试验中，试验结束时，应记录_读数，同时关闭系统上下循环管路与贮水箱之间的阀门，关闭强制循环系统的循环泵，启动贮水箱的混水装置。当_时，记录贮水箱上下部水温，取其平均值，作为试验结束时贮水箱内的水温te。20. 单个贮水箱容积0.6m3的太阳能热水系统，贮水箱保温性能试验中，在保温性能试验开始前，应将贮水箱充满不低于_的热水。贮水箱保温性能试验一般应在晚上8：00至第二天早晨6：00，试验时间共计10h。21. 贮热水箱容积在0.6m3以下的太阳热水系统热性能试验中，在试验期间，在贮热水箱所在处的附近每小时测量一次环境温度，共_次，得出热水箱附近的_。22. 单位面积日有用得热量指在一定_下，贮水箱内的水温不低于规定值时，_贮水箱内水的日得热量。23. 在太阳能集热器热性能实验室检测中，如果平均风速小于_，宜采用人工送风，在集热器上方距采光口_的_上逐点进行测量并取它们的平均值。在风速稳定的条件下测量，应在性能试验前后进行。在有自然风的场所，应在靠近集热器的_以内的位置进行风速测量。24. 集热器工质容量应由试验中所用的传热工质的质量来表示。测量准确度应为_。可通过分别测量集热器空时质量和充满工质时的质量来求得，或通过测量装满空集热器所需工质的质量来求得。测量集热器工质容量时工质温度应在_范围内。25. 太阳集热器室外稳态效率试验中，对于数据点的选取，应在集热器工作温度范围内至少取四个间隔均匀的工质进口温度。为了获得0，其中一个进口温度应使集热器工质平均温度与环境空气温度之差在_之内。应根据_确定最高工质进口温度，对于平板型集热器，集热器最高进口温度不应超过_，对于真空管型集热器，最高进口温度与环境温度之差应大于40。对于每个工质进口温度至少取四个独立的数据点，每个瞬时效率点的测定时间间隔应不少于_。26. 集热器时间常数的定义为：在太阳辐照度从一开始有阶跃式增加后，集热器出口温度上升到从（te-ta）0至（te-ta）2总增量的_时所用的时间27. 太阳集热器压降试验中，在集热器生产厂没有提供标称流量范围的情况下，应在每平方米集热器总面积_的流量范围内进行测量。二、单项选择题1. 在太阳能热水系统检测中，贮热水箱容积小于0.6m3的家用热水系统的热性能指标：（1）试验结束时贮水温度（2）日有用得热量（紧凑式与闷晒式）（3）平均热损因数(紧凑式与分离式)分别为：（ ）A、大于45；大于7.0MJ/；小于10W/(m3K)B、大于45；大于7.5MJ/；小于22W/(m3K)C、大于40；大于7.5MJ/；小于32W/(m3K)D、大于40；大于7.0MJ/；小于50W/(m3K)2. 以全玻璃真空管太阳能家用热水器系统为例，Q-B-J-1-150/2.0/0.05中的J代表的含义是： （ ）A、分离式B、紧凑式C、闷晒式D、排放式3. 太阳热水系统贮水箱保温性能试验中，以每小时的流量不小于贮水箱容量_的流量，启动贮水箱的混水装置，直到贮水箱上下部水温差值在_以内。（ ） A、30%；1 B、40%；2 C、30%；2 D、40%；14. 平板型太阳能集热器的瞬时效率截距应不低于_, 总热损系数U 应不大于_W/（m2），吸热体涂层的吸收比应不低于_。 （ ） A、0.80；6.0；0.92 B、0.72；6.0；0.92 C、0.72；6.0；0.83 B、0.80；7.0；0.925. 太阳集热器试验性能试验中，集热器的安装最低边离地面不应小于_米，在屋顶上试验时，台架距屋顶边缘的距离应不大于_米，试验场地周围应无反射比大于_的物体。 （ ）A、 0.5；1；0.2 B、1.5；2；0.1C、0.5；2；0.2 D、1.5；2；0.26室外稳态效率试验中，对于数据点的选取，应在集热器工作温度范围内至少取四个间隔均匀的工质进口温度。为了获得0，其中一个进口温度应使集热器工质平均温度与环境空气温度之差在_之内。应根据集热器的最高工作温度确定最高工质进口温度，对于平板型集热器，集热器最高进口温度不应超过_，对于真空管型集热器，最高进口温度与环境温度之差应大于_。 （ ） A、3；70；40 B、1；50；40C、3；50；40 C、1；70；407. 风速仪应分别放置在与太阳能集热器中心点同一高度和贮水箱中心点同一高度的遮荫处，分别距离太阳能集热器和贮水箱_的范围内，环境空气的平均流动速率不大于_ 。 ( ) A、1.5m10.0m；4m/s B、2.0m12.0m；4m/s C、1.0m12.0m；4m/s D、1.5m12.0m；4m/s8. 冷水入口、热水出口及水箱内温度测量装置，仪器精度应为_，环境温度测量装置，仪器精度应为_；测量空气流速的风速仪的准确度应为_. ( ) A、0.2；0.2；0.5 B、0.2；0.2；0.1C、0.1；0.2；0.5 D、0.1；0.1；0.29. 单个贮水箱容积0.6m3的太阳能热水系统热性能试验中，在试验开始前30min，启动贮水箱的混水装置进行混水，使贮水箱上下部水温差别在1以内。对于强迫循环系统，还应同时手动启动太阳能热水系统的循环泵。 ( )A、90min；0.5 A、60min；0.5 A、30min；1 A、10min；110. 单个贮水箱容积0.6m3的太阳能热水系统，贮水箱保温性能试验中，在保温性能试验开始前，应将贮水箱充满不低于50的热水。贮水箱保温性能试验一般应在晚上8：00至第二天早晨6：00，试验时间共计10h。 ( ) A、60 B、50 B、40 B、3011. 在太阳能热水系统检测中，贮热水箱容积大于等于0.6m3的家用热水系统的热性能指标：（1）升温性能（2）日有用得热量（直接系统）（3）贮水箱保温性能(2m3V4m3时)分别为 （ ）A、t17 25；q177.0MJ/；tsd 8.0B、t17 25；q176.3MJ/；tsd 5.0C、t17 25；q177.0MJ/；tsd 6.5D、t17 20；q176.3MJ/；tsd 5.012. 太阳热水系统检测中，测量冷水体积或质量的仪表的准确度应为： （ ） A、1% B、2% C、3% D、4%13. 太阳热水系统热性能检测中，应使用_级总日射表测量太阳辐照量，总辐射表精度为_W/m2，总辐射表应按国家规定进行校准。 （ ） A、一；5% B、二；5% C、二；10% D、一；10%14. 无反射器的真空管型太阳能集热器的瞬时效率截距 应不低于_；总热损系数U应不大于_W/（m2）； （ ） A、0.62；3.0 B、0.62；2.5C、0.52；3.0 D、0.52；2.515. 室外稳态效率试验中，集热器采光面上的总太阳辐照度应不小于_ W/,试验期间总太阳辐照度的变化应不大于_ W/。工质质量流量可以根据生产厂家推荐的流量值进行试验。当生产厂家没有声明时,工质质量流量可根据集热器的总面积设定在_kg/(s)。 （ ） A、700；50；0.02 B、700；30；0.01C、800；50；0.02 D、800；30；0.0116. 稳态数据点的试验周期应包括至少_ min的预备期和至少_ min的稳态测量周期。 （ ）A、5；10 B、10；10 C、12；12 D、15；12 17. 总日射表传感器应安装有太阳集热器高度的_位置，并与太阳能集热器采光面平行，两平行面的平行度相差应小于_。 （ ）A、上方位置；1 B、中间位置；1C、下间位置；2 D、下间位置；318. 温度测量仪表应分别放置在与太阳能集热器中心点相同高度和贮水箱中心点相同高度的遮荫通风处，分别距离太阳能集热器和贮水箱_的范围内，试验期间环境温度应保持在_。 （ ） A、1.5m10.0m；829 B、1.5m10.0m；839 C、2.5m12.0m；829 D、2.5m12.0m；83919. 单个贮水箱容积0.6m3的太阳能热水系统热性能试验中，试验所用冷水为该系统投入正常使用时的实际用水，水温_。 ( ) A、5te20 B、8te25 C、10te30 D、12te3520. 传热工质通过集热器所产生的压力降的测量准确度应为_。( ) A、30Pa B、40Pa C、50Pa D、60Pa三、问答题1、简要叙述贮热水箱容积0.6m3的家用热水系统中热性能判定指标？2、以全玻璃真空管太阳能家用热水器系统为例.列出其中的产品标记分别代表的含义：（1）Q-B-J-1-120/1.83/0（2）Z-QB/0.05-WF-1.8/12-58/13、 太阳能热水系统实验室热性能检测的仪器设备有哪些?4、 太阳能热水系统实验室热性能检测的测量参数5、真空管型太阳能集热器热性能判定指标?6、按太阳能热水器集热原理可分为哪些种类？7、太阳热水系统热性能检测中检测仪器及精度要求?四、计算题1、某太阳能系统工程运行试验中，对太阳热水系统热性能参数进行测算。已知系统的太阳集热器不在同一采光平面，其采光平面的轮廓采光面积为6.2 m2、6.6 m2，两轮廓采光平面的日太阳辐照量，分别为17.90 MJ/m2、18.70MJ/m2,问：(1)当日太阳辐照量为17 MJ/m2时，太阳能热水系统需得到多少日有用得热量，才可以使600L的水，从20加热到59；并贮水箱中水的升温值是多少?(2)又知当地室外环境空气平均温度为18，贮水箱保温性能试验中贮水箱中水的平均温度由59降至57，贮水箱水温在当地标准温差下的温降值为多少？（水的密度为1000 kg/ m3，水的比热容为4.186 kJ/(kg)，答案保留小数点后两位小数）2、对家用热水器（紧凑式）做日有用得热量和夜间热损试验，在白天8小时试验期间，水箱中120L水的水温由20.0升至50.4,在夜间8小时期间，水箱中的水温由50.4降至47.8，其间测得平均环境温度为28.1，已知集热器轮廓采光面积为1.9 m2，水的密度为1000 kg/ m3，水的比热容为4.186 kJ/(kg)，求：（1）这台家用热水器的日有用得热量为多少？（2）夜间试验得出的平均热损因数为多少？(取到小数点后2位)3、南京地区18层住宅楼，平面布置为对称的两个单元，每个单元36户，按每户3.5人计算共126人。要求按单元集中全天供应生活热水。热水用水标，热水温度，冷水温度。建筑朝向正南北向，屋面为平顶。计算本系统太阳集热器总采光面积。（水的比热C=4.187 kJ/(kg)；热水密度年平均日太阳辐照量；太阳能保证率%；集热器年平均集热效率；贮热水箱及管路热损失率）4、某真空管太阳集热器热性能试验中：已知集热器进出口温度分别是38，41.2，环境温度为19.2，总太阳辐照度为823W/m2，当使用集热器进口温度时，归一化温差为多少？（保留小数点点后三位）5、窗玻璃的厚度为0.3cm，玻璃的热导率=0.8，室内温度为20，室外温度为6，室内侧对流换热系数7.5，室外侧对流换热系数为22.7，求通过单位面积（1m2）玻璃的热损失。6、当集中供热系统的集热器为40个，其中有30个集热器的方位角为南偏东10，10个集热器的方位角为正南。每个集热器的轮廓采光面积为2.5m2,非正南方向集热器的日太阳辐照量为 20.80MJ/ m2，正南方向集热器的日太阳辐照量为 21.50MJ/ m2，开始试验时的水温是16，结束试验时的水温为58，试验水量为12 m3，请计算当太阳辐照量为17 MJ/m2时，该系统的日有用得热量？ （水的密度为1000 kg/ m3，水的比热容为4.186 kJ/(kg)，答案保留小数点后两位小数）7、在集热试验中，试验工质进口温度为19.1、出口温度为22.4，工质流量为0.02kg/s,此时传热工质比热容为，总太阳辐照度为810 W/m2,其集热器的总面积为1.3 m2，集热器采光面积为0.54 m2，请计算分别以集热器总面积和以采光面积时为参考时太阳辐射功率。8、下表为某真空管太阳能集热器的试验报告数据，请计算出其他数据：总面积AG=1.3m2、采光面积总面积Aa=0.54m2表一：日 期 年 月 日当地时间 时 分G W/m2ta u m/sti te m kg/s2003-6-1012:1081019.1419.122.40.022003-6-1012:2081519.243336.40.022003-6-1012:3082019.545053.80.022003-6-1012:4084019.8470740.02表二：日 期 年 月 日当地时间 时 分te-ti cf J/kgQ WTi* m2/Wa %G %2003-6-1012:103.34186.72003-6-1012:203.44186.72003-6-1012:303.84186.72003-6-1012:4044186.7（太阳能热水系统检测）答案一、填空题1、太阳能集热器； 储水箱； 控制器； 辅助热源2、闷晒型太阳能热水器（集热器和水箱合二为一）； 平板型太阳能热水器； 全玻璃真空管型太阳能热水器； 热管真空管型。3、中间位置； 14、1.5m10.0m; 8395、8te256、总日射表太阳辐照量; 贮水箱上下部水温的平均值7、试验结束与开始时太阳辐照量读数的差值; 分别计算试验期间不同采光平面单位轮廓采光面积的太阳辐照量8、8h ; 400L600L; 5 min; 0.29、太阳光线; 地平面投影线10、垂直于太阳光线的平面; 单位时间内在单位面积上11、无太阳辐照; 贮水温度; 环境温度; 平均热量12、直接测量; 体积流量和温度13、有用功率; 集热器表面接收的太阳辐射功率14、入射角的2.515、太阳能集热器； 储水箱； 控制器； 辅助热源16、一次循环太阳能热水器（或称直接系统）; 二次循环太阳能热水器（或称间接系统）。17、1.5m10.0m； 4m/s18、0.1; 0.5 m/s19、30min; 120、总日射表太阳辐照量; 贮水箱上下部水温差值降到1以内21、50; 22、9 ; 环境平均温度tas(av)23、日太阳辐照量; 单位轮廓采光面积24、2m/s; 100; 若干均匀分布点; 集热器的5 m以内25、10%; 102526、3; 集热器的最高工作温度; 70; 3min27、63.2%28、0.005kg/s0.04kg/s二、单项选择题1、B2、B3、A4、B5、C6、A7、A8、C9、C10、B11、C12、A13、A14、A15、A16、C17、B18、B19、B20、C三、问答题1.答：贮热水箱容积0.6m3的家用热水系统中，太阳热水系统中热性能判定指标为：试验结束时贮水温度 45日有用得热量（紧凑式与闷晒式）7.5MJ/日有用得热量（分离式与间接式）7.0MJ/平均热损因数(紧凑式与分离式) 22W/(K)平均热损因数(闷晒式) 90W/(K)2. 答：(1) Q-全玻璃真空管太阳能集热器B-水在玻璃管内J-紧凑式1-直接式120/1.83/0-贮热水箱标称水量为120L/标称采光面积为1.83/额定压力为0 MPa(2) Z-真空管型太阳能集热器QB/0.05-全玻璃真空管型太阳能集热器/工作压力为0.05MPaWF-无反射器1.8/12-采光面积为1.8/真空太阳集热管为12根58/1-真空太阳集热管罩为玻璃管外径为58mm/1型3. 答： 1、一级总日射辐射表；2、地球辐射表（散射辐射表）3、水温测量控制系统；4、环境温度测量装置；5、风速仪；6、太阳直接日射入射角测定仪7、水系统8-80可调节的恒温装置4. 答：a)集热器轮廓采光面积Ac;b)工质容量Vf；c)集热器采光面上太阳辐照度G；d)集热器采光面上散射太阳辐照度Gd；e)环境空气风速u；f)工质质量流量m； h)环境空气温度ta；i)工质进口温度ti； j)工质出口温度te；k)直接日射入射角；直接日射入射角可用入射角测量仪直接读数，5.答：真空管型太阳能集热器 a) 无反射器的真空管型太阳能集热器的瞬时效率截距 应不低于0.62； b) 有反射器的真空管型太阳能集热器的瞬时效率截距 应不低于0.52； c) 无反射器的真空管型太阳能集热器的总热损系数U应不大于3.0 W/（m2）； d) 有反射器的真空管型太阳能集热器的总热损系数U应不大于2.5 W/（m2）6. 答：按太阳能热水器集热原理可分为闷晒型太阳能热水器（集热器和水箱合二为一）、平板型太阳能热水器、全玻璃真空管型太阳能热水器、热管真空管型太阳能热水器和热泵型太阳能热水器。7.答：1. 应使用一级总日射表测量太阳辐照量，总辐射表精度为5%W/m2，总辐射表应该按国家规定进行校准；2.冷水入口、热水出口及水箱内温度测量装置，仪器精度应为0.1，环境温度测量装置，仪器精度应为0.2；测量空气流速的风速仪的准确度应为0.5m/s。3.计时的钟表的准确度应为0.2%。4.测量冷水体积或质量的仪表的准确度应为1%。5.测量长度的钢尺或钢板尺的准确度应为1%。6.测量压力的仪表的准确度应为5%。四、计算题1. 答：解：根据题意已知：水的密度=1000 kg/ m3；水的比热容CpW=4.186 kJ/(kg) ；贮水箱内的试验水量Vs=0.6 m3；集热试验结束时贮水箱中水的平均温度te=59；集热试验开始时贮水箱中水的平均温度tb=20；采光平面的轮廓采光面积分别为A1=6.2m2，A2=6.6m2；两轮廓采光平面的日太阳辐照量，分别为H1=17.90 MJ/m2、H2=18.70MJ/m2； 贮水箱保温性能试验开始时贮水箱中水的平均温度tr=59； 贮水箱保温性能试验结束时贮水箱中水的平均温度tf=57；贮水箱保温性能试验期间贮水箱周围的环境空气平均温度tas(av)=18 （1）根据相关公式得出日有用得热量和升温性能：=7.10 MJ/m2=36（2）根据相关公式得出贮水箱保温性能：=1.352. 答：解：根据题意已知：水的密度=1000 kg/ m3；水的比热容CpW=4186 J/(kg) ；贮水箱内的试验水量Vs=0.12 m3；集热试验结束时贮水箱中水的平均温度te=50.4；集热试验开始时贮水箱中水的平均温度tb=20；采光平面的轮廓采光面积为AC=1.9m2；热损试验中贮热水箱内的初始水温tm=50.4；热损试验中贮热水箱内的最终水温tn=47.8；贮水箱保