高海拔地区大型太阳能蓄热罐体保温优化设计研究.pdf

42O1n237ota1Vol.51.No.389Thermal InsulationJournalofBEE2023年第7 期（总第51卷第38 9 期）保温隔热建筑节能（中英文doi:10.3969/j.issn.2096-9422.2023.07.007高海拔地区大型太阳能蓄热罐体保温优化设计研究殷庭强，刘艳峰“b，刘慧，三王登甲，b（西安建筑科技大学a.建筑设备科学与工程学院；b.西部绿色建筑国家重点实验室，西安710055)摘要：高海拔地区太阳辐射强烈、空气密度低、气候寒冷等特殊条件对太阳能蓄热罐体热损失特性及保温设计产生较大影响。通过建立太阳能集中供热系统大型蓄热罐体的动态热损失模型，明确了高原特殊边界条件对蓄热体传热影响并对蓄热罐传热模型进行了实验验证；模拟了全年动态运行条件下不同尺寸蓄热罐体的散热规律，并分析了多种保温材料的高原适应性及蓄热罐体的经济保温厚度。结果表明：高海拔地区大型蓄热罐保温材料宜优先选择聚氨酯或岩棉；厚度取值受经济性约束，当蓄热罐体积为50 0 0 m时，采用聚氨酯保温的厚度推荐取50 70mm，采用岩棉保温的厚度推荐取7 0 10 0 mm；当蓄热体积为10 0 0 0 m或150 0 0 m时，保温采用聚氨酯保温的厚度推荐取7 0 8 0 mm，采用岩棉保温的厚度推荐取9 0 110 mm；并得到了大型蓄热罐体年热损量、回收期随保温厚度变化的定量关系。关键词：高海拔；太阳能；蓄热罐；热损失；保温中图分类号：TU5;TK512文献标志码：A文章编号：2096-9422(2023)07-0042-07Thermal Insulation Optimization Design of Large-scale SolarThermal Storage Tank in High Altitude AreaYIN Tingqiang,，LIU Y a n f e n g ,LIU H u ,W A NG D e n g j i a .(a.School of Building Services Science and Engineering;b.State Key Laboratory of Green Building inWestern China,Xi an University of Architecture and Technology,Xi an 710055,China)Abstract:Special conditions such as strong solar radiation,low air density and cold climate in highaltitude area have great influence on heat loss characteristics and thermal insulation design of solar heatstorage tank.The dynamic heat loss model of large heat storage tank in solar central heating system wasestablished,and the influence of special boundary conditions of the plateau on heat transfer of heat storagetank was clarified and the heat transfer model of heat storage tank was verified experimentally.The heatdissipation law of different sizes of heat storage tank under the dynamic operation condition of the wholeyear is simulated and the adaptability of the plateau of various insulation materials and economic insulationthickness of heat storage tank are analyzed.The results show that polyurethane or rock wool should bepreferred as thermal insulation materials for large heat storage tanks in high altitude areas.The thicknessvalue is subject to economic constraints.When the volume of the heat storage tank is 5000 m,thethickness of polyurethane insulation is recommended to be 5070 mm,and that of rock wool insulation isrecommended to be 70100 mm.When the heat storage volume is 10 000 m or 15 000 m,the thickness ofpolyurethane insulation is recommended to be 7080 mm,and the thickness of rock wool insulation isrecommended to be 90l10 mm.The quantitative relationship between the annual heat loss and recoveryperiod of large heat storage tank and the change of insulation thickness is obtained.Keywords:high altitude;solar energy;heat storage tank;heat loss;heat preservation收稿日期：2 0 2 2-0 3-0 3；修回日期：2 0 2 3-0 7-19*基金项目：国家自然科学基金重点项目（区域联合）：高原藏区零能耗宜居建筑设计理论与关键技术研究（U20A20311）；国家自然科学基金面上项目：局部采暖热扩散空间递进分布机理及定向热环境设计关键参数研究（52 0 7 8 40 8）；陕西省杰出青年基金项目：建筑节能与太阳能供暖（2 0 2 0 JC-43）43股庭强，等：高海拔地区大型太阳能蓄热罐体保温优化设计研究0引言据统计2 0 2 0 年供暖能耗占全国建筑总能耗的20%，供暖年碳排放约为4亿tCO2，供暖面积逐年增加，供暖需求迫切。为响应“碳达峰，碳中和”的减排政策，太阳能作为清洁供热能源在青藏高原等太阳能富集区得到广泛应用。太阳能供热方式主要有集中式和分散式两种,其中太阳能集中供热具备供热面积大同时便于管理等优点而更适合在建筑较为密集的城镇地区发展。已有高海拔地区集中供热典型工程案例如西藏浪卡子县城太阳能供热工程采暖项目和西藏仲巴县大型太阳能集中供热项目等。太阳能集中供热系统中蓄热方式中热水蓄热的应用最为广泛，罐体蓄热和埋地池蓄热又是两种主要的形式2。相比埋地蓄热水池，蓄热罐体对地质要求低，但由于其置于室外环境中，整体热损失较大，是需要重点关注的问题。目前减少蓄热罐热损失的主要方法是外加保温，针对蓄热装置的保温设计问题，国内外学者在以下两个方面开展了深入研究，一个是从技术保温角度，在保温厚度上周志培等人发现蓄热水箱的保温厚度增加到一定程度后再增加厚度，效果增强并不显著3；有学者对局部保温厚度进行优化，刘俊峰等人在试验的基础上发现顶部热损失较大，并提出增加水箱顶部和进出口处的保温厚度的方案4；再有学者提出了新型保温结构，刘承婷研制了一种新型保温材料并设计了一种主动型保温结构，并用Fluent软件分析了新型结构保温效果的各项影响因素5；另一方面是经济保温角度，通过建立系统经济性模型，韩宗伟在改变地理和气象参数的情况下预测了多个典型城市的供暖效果并给出使用性较佳的地区作为推荐6 集蓄热匹配关系是系统经济性的重要影响因素之一,Raffenel和郭放等人通过TRNSYS系统仿真研究了最经济的集蓄热匹配关系7.8 目前蓄热装置保温的主要研究针对保温效果及其影响因素，很少给出具体的取值方法。保温的取值离不开罐体的动态传热，在传热准则数随时间的变化关系上，Lin等人对竖直圆柱形水箱的保温过程进行了研究，并得到了平均温度和平均努塞尔数随时间的变化规律9。有学者对准则数的关联式进行了研究，Oliveski等人对自然对流条件下蓄热罐内的速度场和温度场进行了数值和实验分析，得到了不同高径比、不同保温厚度和不同体积下的努塞尔数计算式10；Rodriguez等人研究了静止流体在圆柱型蓄热水箱壁面热损失作用下的瞬态冷却过程，并将努塞尔数与瞬态平均流体温度关联起来1上述研究主要针对平原地区，然而高海拔边界条件对传热产生影响，对此郭欣娟研究了低压环境对传热过程的影响12；朱新荣等人从多方面对西藏四个典型地区的传热修正系数进行考虑，并发现西藏和其他地区的修正系数有较大差别13综上所述，高海拔地区特殊条件对太阳能蓄热罐体热损失特性及保温设计产生较大影响，一方面由于高海拔地区强辐射大温差造成罐体内蓄热温度波动大、空气密度小导致表面换热量小、长波辐射大造成辐射换热量大等独特性；另一方面，高原地区蓄热罐体保温价格及施工成本高、紫外老化导致保温材料寿命短等，其保温材料选择及其设置方法均有别于内地，难以直接沿用。目前高海拔地区大型太阳能蓄热罐的保温设计大多根据经验确定14，缺乏精准设计，故针对高原极端特殊条件的高海拔地区大型蓄热罐保温设计方法是迫切需求。本文将搭建一个模拟典型年的高海拔地区太阳能集中供热罐体散热模型，对不同集蓄热配比下使用不同厚度不同保温材料的蓄热罐体的热损失和经济性进行分析计算，以拉萨为例给出高海拔地区大型太阳能蓄热罐体保温材料推荐厚度，指导工程实际应用。1高海拔地区大型蓄热罐体传热模型1.1太阳能蓄热罐体传热模型本研究以圆柱形太阳能集中供热系统大型蓄热罐体为对象（见图1）；传热按区域分成顶面，侧壁和底部三部分，内部水体通过顶面和侧面罐壁，保温层和外保护层与外环境进行传热，通过底面罐壁和混凝土层和地面进行导热，假定该储罐辅助加热效果为依靠外部控制来增加（或可能移除）储罐中的热量图1大型太阳能蓄热罐将大型罐体内部水体从上到下划分为N个节点，罐体内部节点j通过顶部，传热模型如图2 所示，侧壁和底部单位时间散失的热量可按公式（1）计算：Qos.j=As,U,(Tankj-Tenv.s)(1)44YIN Tingqiang,et al.Thermal InsulationOptimizationDesign of Large-scale Solar Thermal StorageTank in HighAltitudeArea太阳辐射外径d。T保温层厚度，内径d.ropsk5s;toF第个节点海拔高度H.集热端进水末端出水顶层水体oui罐体内部N个节点辐射对流综合换热系数中间层水体不同高海拔城市集热端出水末端进水气象参数底层水体地面混凝土层厚度.boltor大型太阳能蓄热罐图2太阳能蓄热罐体传热物理模型S为top时表示顶部，为edge时表示侧壁，为bottom时表示底部；则罐体整体在t1-t2这一段时间内，罐体对应面积的热损失为：T2Qloss,all(Qloss,top+Qloss,edge+Qloss,bottom)dt(2)T式中：Arepj为热损失的罐顶表面积（均归因于罐节点1),m;Abolom为热损失的罐底表面积（均归因于罐节点N),m;Aedge为热损失的罐边缘表面积（均归因于每一层节点的罐体侧面面积），m；Utop为储罐顶部热损失系数；Uedge为储罐边缘热损失系数，W/（mK）；Uoom为储罐底部热损失系数，W/（mK）；Uedge为储罐边缘热损失系数，W/（mK）；Trank为储罐内部节点温度，；Temwv.op为储罐通过顶部散热的外环境温度,；Tew.dge为储罐通过侧壁散热的外环境温度；T.borom为储罐通过底部散热的外环境温度,;Ti为计算开始时刻,s;t2为计算终止时刻，s。由公式(2）可知，热损失的决定因素主要有三个：运行时间跨度、罐体表面热损系数、蓄热罐内水体与外界温差。1.2高海拔边界条件对传热影响机理分析高海拔特殊边界条件对大型蓄热罐体热损失的影响，首先体现在大气压力的变化，大气压与海拔高度的关系如公式(3)所示150.0065H5.25588PH=P。288.15(3)式中：P为所在海拔高度层的气压值,hPa；P。为标准大气压,hPa;H为所在高度层海拔高度,m。拉萨平均海拔36 50 m，大气压为6 45.13hPa，仅有平原地区的6 3.7%，其次，低气压引起空气密度和有效天空温度的变化。空气密度可用公式（4）计算16，P102eP1-0.378(4)RTPH式中:p所在海拔高度层的空气密度,kg/m；T为该高度层空气干球温度,K；e为水汽压,hPa;R取2 8 7.0 5。一方面，拉萨最冷月平均温度1.5，典型日水汽压0.7 5hPa，空气密度为0.8 2 kg/m，也仅有平原地区的6 3.7%，上述气象参数取自中国建筑热环境分析专用气象数据集17。另一方面，平原地区的有效天空温度采用简化公式计算，忽略了海拔高度的影响，与海拔高度有关的有效天空温度可根据公式（5）确定18 PH1/4Tsly=T.(0.649+0.3131gPo+0.2171ge):(1.24 0.24S)(5)式中：S为月平均日照百分率。拉萨的有效天空温度低，约为平原地区的97.3%。图3说明了大气压、空气密度及有效天空温度随海拔高度变化的关系，上述因素对换热系数产生影响，蓄热罐体上壁表面可看做流体外掠平板，侧壁表面可看做竖圆柱的大空间自然对流，顶部和侧壁对流换热系数按公式(6)和公式(7)19 计算：ac.op=0.037(Rev/s-871)Pr/3 J 入/1(6)ac,edee=0.11(Pr Gr)1/3 /l(7)式中：入为空气的导热系数，W/（m K）,取0.0 2 51；1为定型尺寸,m;其中Re和空气密度p成正比；Gr和空气密度p的二次方成正比；Pr与空气密度无关。246厂11501.3224410501.18拉萨平均海拔2429501.04H=3650m8502400.902380.767502360.62650一气压0.48550一有效天空温度234450一0 时空气密度2320.340.200100020003000400050006000海拔高度/m图3不同海拔下的气压、空气密度及有效天空温度辐射换热系数采用公式（8）计算：ax=C()(T)(T,a)(8)45股庭强，等海拔地区大型太阳能蓄热罐体保温优化设计研究式中:C为辐射系数,取4.7 W/(mK4）；Tw为蓄热罐体外壁平均开尔文温度，K；Tsky为有效天空温度,K。由前文分析可知，海拔高度通过影响大气压而影响空气密度和有效天空温度，较小的空气密度将导致雷诺数、格拉晓夫数和努塞尔数与平原地区不同，进而影响对流和辐射换热系数，最终引起表面热损系数的变化，顶部热损系数可用公式（9)计算：-11U(9)入+topc.top+R侧壁热损系数可用公式（10）计算：d ourln(dour-din)11U(10)2元入，c.edge+R底部通过混凝土与地面直接接触，传热方式为导热，与空气无对流，其热损系数可用公式（11）计算：-1Ubottom入入入，(11)式中：.为保温层厚度，m；8.为混凝土层厚度,m;入，为保温材料导热系数，W/（mK）；入,为混凝土导热系数，W/(mK）;dou为蓄热罐外径,m;din为蓄热罐内径，m。由公式（9）和（10）计算得到蓄热罐在不同海拔高度下顶面和侧壁的热损系数如图4所示。随着海拔高度上升，热损系数减小，按平原地区取值会造成较大偏差。0.7555000m，8 0 m m 聚氨酯保温蓄热罐(/M/陈当洋0.750拉萨平均海拔一侧壁0.745H=3650m一顶面0.7400.7350.7300.725010002000 3000400050006000海拔高度/m图4海拔高度对热损系数的影响2仿真模型建立2.1蓄热体积和集热面积、负荷匹配关系本研究的模拟思路是先得到蓄热体积、集热面积和建筑采暖热负荷的比配关系构建工况，然后在TRNSYS导人拉萨气象数据模拟出大型蓄热罐全年的温度变化规律，并得到年热损量，通过经济性分析得到最优的保温厚度。文献8 为了简化讨论，定义参数RVA（m/m），表示蓄热罐体积与集热器面积之比。假定采用6 0 的供水温度，集热面积和负荷面积比值有如下关系：表1集热面积和负荷面积比与RVA的对应关系Ac/AH0.20.40.50.60.81RVA0.10.40.50.751.31.5先进行集热面积与负荷的配比，以拉萨市某典型采暖区域为例，该区域由总面积32 0 6 7 m的办公建筑和居住建筑构成，采用TRNSYS的Unit56-Type56模块计算年逐时热负荷带人全年动态模拟系统，将得到的逐时热负荷与区域总面积的比值作为单位面积逐时热负荷2 0。由于集热面积过大会导致末端供水温度过高，相反集热面积过小会导致辅助热源能耗大，故集热面积和负荷面积需要有一定的配比关系如表1所示。再进行蓄热体积与集热面积的匹配，本研究选取得大型蓄热体容积为工程常用的50 0 0 m、10 0 0 0 m、15000m三个尺寸，根据表1选取RVA=0.3、0.5和0.8 m/m时的配比关系，蓄热罐在不同配比关系下对应的集热面积如表2 所示，同等RVA下罐体容积变化，集热面积相应变化，负荷面积呈相应比例变化，由于建筑类型一致，单位面积热负荷相同,将变化后的负荷面积乘以上述单位面积热负荷再输人对应配比关系下的TRNSYS模型中的Unit24-Type9e模块。表2典型大型蓄热罐体与集热面积的配比关系蓄热罐体积/m3集热面积/m250001000015000RVA/(m/m)0.31600032000480000.510 0002000030.0000.8600012.00018 0002.2仿真模型的建立及验证根据集热蓄热和负荷的配比关系建立TRNSYS模型如图5所示，包含集热、蓄热和采暖末端循环系统，各循环通过板式换热器进行换热。本模型中各循环的运行和停止通过温度控制，假设太阳能集热器的出口温度为T。，蓄热罐内平均水温为T，蓄热罐内水位高度为H，供水口高度H.，系统原理图如图6 所示。太阳能集热系统运行策略为：当T。-T、5时,S1、S2、P1、P2 开启；当T。-T、2 时，S1、S2、P1、P2 关闭；辅助热源运行策略为：当Ts40时，S3、S4开启同时P3、P4关闭；当40 50时,P4、S4关闭同时P3、S3开启；蓄热罐补水运行策略为：当H，H.时，S5开启同时S3、S4、P3、P4关闭；当H。H。时，S5关闭同时P3开启在建立系统的仿真模型之后，有必要对仿真模型46YIN Tingqiang,et al.Thermal InsulationOptimizationDesign of Large-scale Solar Thermal StorageTankin HighAltitudeArea拉萨气象参数热负荷信号接收器水箱温度监控太阳能集热场循环泵3辅助热源板式换热器-2温差控制器真板式换热器循环泵1循环泵2大型蓄热罐循环泵4计算器1时间积分器计算器2土壤温度典型建筑区域计算器3逐时热负荷时间控制器累计热损失图5TRNSYS系统图4P4S4XHHg?S1P2P3S335P1S2LX自来水补水S5三通S1S5-阀门P1P4-循环泵1-太阳能集热器2-换热器3-蓄热罐4-锅炉5-室内散热器图6系统运行原理图的正确性进行验证。通过相似原理搭建实验台，将蓄热体体积，集热面积和负荷面积成比例缩小，使缩小后模型与原模型满足几何相似、运动相似以及热力相似等关系2 1。本实验采用18 8 L的蓄热水箱，将实验测得的集热器进口温度、蓄热装置进口温度输入仿真模型，然后将模拟结果与实验测得结果进行对比，如图7、8 所示。50一实验值一模拟值45403530252015100:004:008:0012:0016:0020:00时刻图7集热器出口温度实测与模拟对比图44一实验值42一模拟值40383230282624220:004:008:0012:0016:0020:00时刻图：罐体平均温度实测与模拟对比图模拟和实验的各部位温度变化趋势一致且误差基本在10%之内，说明该仿真模型可以较准确地反映系统的运行情况，可以对整个采暖系统进行研究分析。3大型蓄热罐内部水温年变化规律蓄热罐处于大型太阳能供热系统中，水温在典型年的动态变化与蓄热体积、集热面积和负荷面积的配比以及外界气象条件有重要关系，基于上述TRNSYS模型，模拟在RVA=0.5m/m，负荷动态变化下拉萨8 0 mm聚氨酯保温50 0 0 m蓄热罐的水温动态变化。由于蓄热罐体容积大，内部水温分层现象不容忽视，将罐体内部水温按高度从下至上均分为15个节点，以1 5节点的平均温度作为下层温度，6 10 节点的平均温度作为中层温度，11 15节点的平均温度作为上层温度，通过TRNSYS模拟各节点温度变化情况如图9 所示。858832883844382下层中层上层2环境温度4305025205O151511月12 月1月2 月3月4月5月6 月7 月8 月9 月10 月从供暖期开始累计时间/月图9大型太阳能蓄热罐内水温分层动态变化由图9 可知，高海拔地区太阳能集中供热系统蓄热罐体的内部平均水温在典型年的变化情况，本研究根据蓄热罐整体水温变化趋势将运行时间划分为5个阶段，如表3所示。表3典型年各阶段水温变化情况太阳辐射环境阶段热负荷罐体状态水温强度温度1高高低得热上升2低低高失热下降3高高低得热上升4高高无静态散热下降5高高无得热上升47股庭强，等高海拔地区大型太阳能蓄热罐体保温优化设计研究从第一年的供暖期开始计算，将上表第1阶段视为供暖前期；第2 阶段视为供暖中期；第3阶段视为供暖末期；第4和第5阶段是非供暖期，其中第5阶段通过预运行集热系统将水体加热到第2 年开始的状态以开始第2 年的循环，视为预热期进一步研究得到拉萨不同保温厚度、蓄热体积和配比关系下罐体各节点平均温度动态变化规律如图10所示。70前期中期末期非供暖期月预热期6560555045400-5000m,RVA0.5m/m,8=20mm0-5000mRVA=0.5m/m,5=40mm35-5000m,RVA=0.5m/m,5=60mm5000mRVA=0.5m/m,8-80mm5000m.RVA=0.5m/m.8=100mm300-5000mRVA=0.5m/m,8=120mm0-5000mRVA=0.3m/m.8=80mm5000m.RVA=0.8m/m.8=80mm25-m-10000m.RVA=0.5m/m.880mm0-15000mRVA-0.5m/m,8-80mm2011月12 月1月2 月3月4月5月6 月7 月8 月9 月10 月从供暖期开始累计时间/月图10典型年罐体温度变化规律可以得出，随着保温厚度增加，供暖期内能达到的温度极大值相应提高；RVA越小，对应集热器面积越大，供暖期内能达到的温度极大值越高4水温动态变化下的热损失特性研究在水温动态变化下的年热损量随保温厚度的变化关系，为使罐体热损失最小，将罐体的保温面积和体积之比设为最小即高径比为1,将50 0 0 m、10000m和150 0 0 m三种尺寸的大型蓄热罐在不设保温时运行TRNSYS模拟得到典型年热损失，在此基础上每次增加10 mm保温厚度，以聚氨酯保温材料为例得到拉萨年热损量Qv（k W h/m）的变化曲线如图11所示。0.15一聚氨酯.50 0 0 m，R V A=0.3m/m0.14一聚氨酯，50 0 0 m，R V A=0.5m/m0.13A聚氨酯，50 0 0 m.RVA=0.8m/m一聚氨酯，10 0 0 0 m.RVA=0.3m/m0.12O一聚氨酯，10 0 0 0 m.RVA=0.5m/m聚氨酯.10 0 0 0 m，R V A=0.8 m/m0.11田-聚氨酯，150 0 0 m，R V A=0.3m/m0.10-聚氨酯，150 0 0 m，R V A=0.5m/m一个一聚氨酯.150 0 0 m，R V A=0.8 m/m0.090.080.070.060.050.040.030.020.010102030405060.708090100110120130保温厚度/mm图11年热损量和聚氨酯保温厚度的关系年热损量Qv与保温厚度呈幂函数关系，将年热损量作为因变量，保温厚度8，保温材料导热系数入，蓄热体积V（10 m）、R VA 作为自变量做多元线性回归得到拉萨年热损量的回归公式：1.2567Q,13.5369+1.7916入-0.0 0 2 8 RVA+0.0006RVA+0.0001V20.0049V+0.0125(12)其决定系数R在0.9 5以上。5拉萨大型蓄热罐保温材料推荐厚度本研究的目的是在最经济的情况下减少拉萨大型太阳能蓄热罐年热损失，且目前外加保温是主要措施；工程常用的罐体保温材料有聚氨酯、橡塑和岩棉2 2,其各项性能及成本如表4所示。表4高高海拔地区蓄热罐体常用保温材料性能及成本对比防腐性能聚氨酯 岩棉 橡塑防水性能岩棉 聚氨酯 橡塑导热系数/岩棉0.0 44 橡塑0.0 34 聚氨酯0.0 2 4W/(mK)密度/(kg/m)岩棉（150）聚氨酯（50）橡塑（45）比热容/橡塑17 0 0 聚氨酯138 0 岩棉7 50 J/(kgK)拉萨地区保温材聚氨酯(at)橡塑（b1）岩棉（c）料价格/（元/m）高原地区使聚氨酯(a2)橡塑（b2)岩棉（c2)用寿命/年注：拉萨地区保温材料价格根据市面平均价格取值，a取40 0，b取38 0，C取330；保温材料在有外保护层且维护良好情况下的理论使用寿命z取15 2 0，bz取15 2 0,C2取2 0 2 4。根据相关规范的规定，在对不同保温材料进行选择时，应对其保温性能进行综合比较，优先选用经济效益高者2 3，再结合保温材料在高海拔地区的成本可知在高海拔特殊条件下大型太阳能蓄热罐聚氨酯保温综合性能最佳，其次岩棉，最后橡塑。现对厚度进行优化确定，当保温厚度增加时，热损失减少但保温初投资增加；相反当保温厚度减少时，热损失增加但保温初投资减少，引人保温投资回收期，保温厚度越大回收期越长，为同时保证收益，引人收益现值VR，可用公式（13）计算：(Q-Q)VN1VRM。(1+r)N-MR(13)t=0式中：Qv为无保温时年热损量，kWh/m；Qv为保温厚度为8 时年热损量，kWh/m；M。为当地电费，元/kWh；N为保温使用寿命，年；r为折现率,取10%12%；M，为保温材料费用，元以聚氨酯保温为例得到回收期随保温厚度变化关系如图12（a）所示，收益现值随保温厚度变化关系如图12(b)所示。本研究最优保温厚度选取方法为回收期不超过保温材料的最大理论使用寿命同时满足收益现值为48YIN Tingqiang,et al.Thermal InsulationOptimizationDesign of Large-scale Solar Thermal StorageTankinHighAltitudeArea4575000m.RVA-0.3m/m5000m.RVA-0.3m/m425000m.RVA=0.5m/m6-5000m.RVA-0.5m/m395000m.RVA=0.8m/m-5000m.RVA=0.8m/m-10000m.RVA=0.3m/m5-10000m.RVA=0.3m/m36-O-10000m,RVA=0.5m/mO-10000m.RVA=0.5m/m334-10000mRVA=0.8m/m-10000mRVA=0.8m/m一田150 0 0 mRVA=0.3m/m30-田-150 0 0 m,RVA=0.3m/m3-15000mRVA=0.5m/m-15000mRVA=0.5m/m274-15000m.RVA=0.8m/m4-15000m,RVA=0.8m/m224一21正收益回18015一1负收益12拉萨地区聚氨酯保温-29理论使用寿命-363-4-501020304050607080901001101201300102030405060708090100110120130保温厚度/mm保温厚度/mm(a)回收期(b)收益现值图12回收期和收益现值与聚氨酯保温厚度的关系正值条件下的最大保温厚度，这样得到使用寿命内投资回收期最大同时系统保持正收益。给出不同保温材料推荐厚度如表5所示。表5拉萨大型蓄热罐体推荐保温材料厚度取值表保温材料及推荐厚度蓄热罐体积/m3集热面积/m?聚氨酯橡塑岩棉0600050mm50mm70mm5000600010 00070 mm70 mm90 mm1000016.00070 mm80 mm100 mm01200070 mm70 mm90 mm10 00012 00020 000701mm70mm100 mm2000032.00080 mm80 mm110 mm018 00070 mm70mm90 mm1500018 00030 00070 mm80 mm100 mm32 00048 00080mm80 mm110 mm注：上述材料及推荐厚度取值是在综合考虑保温材料在当地的各项性能，回收期和收益现值的情况下确定的，当蓄热体积、保温寿命变化时，保温厚度取值也需做相应调整。6丝结论（1）高海拔地区太阳能集中供热系统蓄热罐体在不同的集热面积蓄热体积和末端负荷的配比下有着相同的变化规律，即在供暖期内有先升高后降低再升高的变化趋势，随后在非供暖期降低最后在预热期上升；RVA越小，对应集热器面积越大，供暖期内能达到的温度极大值越高。（2）得到年热损量（Qv）和保温厚度（8）、保温材料的导热系数入、蓄热体积V和RVA的多元线性回归公式，其决定系数R=0.95。（3）高海拔地区大型蓄热罐保温材料宜优先考虑聚氨酯或岩棉；厚度取值受经济性约束，当蓄热体积为50 0 0 m时，保温采用聚氨酯时厚度推荐取50 70mm，采用岩棉时厚度推荐取7 0 10 0 mm；当蓄热体积为10 0 0 0 m或150 0 0 m时，保温采用聚氨酯时厚度推荐取 7 0 8 0 mm,采用岩棉时厚度推荐取9 0 110 mm。参考文献：1清华大学建筑节能研究中心.中国建筑节能年度发展研究报告M.北京：中国建筑工业出版社，2 0 2 2.2底冰，马重芳，唐志伟，等.太阳能集中供热系统发展简况J.暖通空调,2 0 0 6，（7）：2 7-31.3周志培，孙保民。太阳能储热水箱保温计算J.现代电力，2 0 0 9，26(5):52-55.【4刘俊峰，马少波.圆柱形相变储热器热损失的试验研究J.流体机械,2 0 15,43(6):9-13.5刘承婷.蒸汽管道保温材料与保温结构优化研究D.大庆：东北石油大学，2 0 13.6韩宗伟.太阳能热泵潜热蓄热供暖系统性能研究D.哈尔滨：哈尔滨工业大学，2 0 0 8.7 Raffenel Y,Fabrizio E,Virgone J,et al.Integrated Solar HeatingSystems:From Initial Sizing Procedure to Dynamic Simulation J.SolarEnergy,2008,83(5):657-663.8郭放，张俊月，田原，等.太阳能采暖系统储热水箱体积匹配研究J.太阳能学报,2 0 2 0,41（9）：2 19-2 2 6.9 Lin W,Armfield S W.Long-term Behavior of Cooling Fluid in aVertical Cylinder J.International Journal of Heat and Mass Transfer,2004,48(1):5366.10Oliveski R D C,Krenzinger A,Vielmo H A.Cooling of CylindricalVertical Tanks Submitted to Natural Internal Convection J.InternationalJournal of Heat and Mass Transfer,2003,46(11):2015-2026.11 Rodriguez I,Castro J,Perez-Segarra C,et al.Unsteady NumericalSimulation of the Cooling Process of Vertical Storage Tanks 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