近年來，市面上出現一種新型態的強制循環系統--利用小型家用自然循環太陽能熱水系統模組組成大型太陽能熱水系統。本文針對這種系統進行電腦模擬研究，包含有大儲水槽與無大儲水槽兩種形式，來和一般強制循環太陽能熱水系統的性能做比較，並根據用戶取水時間的不同，分別為:晚上六點到晚上十二點(T_1)、中午十二點到晚上十二點(T_2)、全天二十四時(T_3)，以及集熱器連接方式的不同(串聯與並聯)，模擬計算太陽能熱水系統在台灣六個主要城市的每個月以及整年太陽能所提供熱水負荷的百分比，即為太陽能月負荷比(f)及太陽能年負荷比(F)。
模擬研究結果顯示，新型態的強制循環系統之無大儲水槽的效率高於有大儲水槽的系統和一般強制循環系統，但一般強制循環系統在冬天(12~2月)的效率可比另外兩種高約3~10%，用戶取水時間以中午十二點到晚上十二點 T_2 最佳，其次為晚上六點到晚上十二點 T_1，最差為全天二十四時 T_3 取負荷時間，且集熱器以並聯連接之系統效率會略高於串聯連接。

In recent years, a new type of large forced circulation solar hot water system constructed by connecting a series of small domestic natural circulation systems appeared in the market. In this study, we compared the performance of this type system with/without a large storage tank with the formal forced circulation hot water system in different solar collector arrangement, (series, parallel), and load supplying time T_1 (18:00~24:00), T_2(12:00~24:00), T_3(00:00~24:00) for six major cities of Taiwan via a computer simulation to calculate monthly and annual solar fractions.
The results indicate that:
1.the annual performance of the new type system with no large storage is better than the system with one, and also better than the formal forced circulation system. However, in winter, the performance of the formal forced circulation system is the best.
2.the load time T_2 provides the best solar fraction.
3.the system with solar collectors connected in parallel performs slightly better than in serial.

目錄
論文審定書 i
誌謝 ii
摘要 iii
Abstract iv
目錄 v
圖目錄 vii
表目錄 x
符號說明 xi
第一章 緒論 1
1-1前言 1
1-2太陽能熱水系統 2
1-3文獻回顧 2
1-4研究方法與目的 3
第二章 系統元件之理論分析及數學模式 5
2-1平板集熱器 ( Flat collector ) 5
2-2大儲水槽 ( Storage tank ) 7
2-3控制器 8
2-4泵 9
2-5家用小型自然循環系統 10
2-6台灣年平均氣象資料 12
第三章 系統模擬 20
3-1 TRNSYS動態系統程式模擬簡介 20
3-2系統整合模擬 21
第四章 結果與討論 25
4-1不同循環系統之比較 25
4-2集熱器連接方式之比較 26
4-3改變取負荷時間之比較 26
第五章 結論 98
參考文獻 99


圖目錄
圖2-1 大儲水槽分層[13] 16
圖2-2 控制器的控制訊號與溫度函數[14] 17
圖2-3 家用自然循環系統結構圖 18
圖2-4 Algebraic tank(Plug-Flow)模擬示意圖[15] 19
圖3-1 TRNSYS模擬流程圖 23
圖3-2 太陽能熱水系統的模擬流程圖 24
圖4-1(a)Case1一般強制循環系統模擬圖(集熱器串聯) 28
圖4-1(b)Case1一般強制循環系統模擬圖(集熱器並聯) 29
圖4-2(a)Case2家用自然循環熱水器組成大型強制系統(有大儲水槽)模擬圖(自然循環模組串聯) 30
圖4-2(b)Case2家用自然循環熱水器組成大型強制系統(有大儲水槽)模擬圖(自然循環模組並聯) 31
圖4-3(a)Case3家用自然循環熱水器組成大型系統(無大儲水槽)模擬圖(自然循環模組串聯) 32
圖4-3(b)Case3家用自然循環熱水器組成大型系統(無大儲水槽)模擬圖(自然循環模組並聯) 33
圖4-4台北三種系統各月f值之比較(串聯,18~24) 34
圖4-5台中三種系統各月f值之比較(串聯,18~24) 35
圖4-6嘉義三種系統各月f值之比較(串聯,18~24) 36
圖4-7台南三種系統各月f值之比較(串聯,18~24) 37
圖4-8高雄三種系統各月f值之比較(串聯,18~24) 38
圖4-9花蓮三種系統各月f值之比較(串聯,18~24) 39
圖4-10各地三種系統F值比較圖(串聯,18~24) 40
圖4-11台北三種系統各月f值之比較(串聯,12~24) 41
圖4-12台中三種系統各月f值之比較(串聯,12~24) 42
圖4-13嘉義三種系統各月f值之比較(串聯,12~24) 43
圖4-14台南三種系統各月f值之比較(串聯,12~24) 44
圖4-15高雄三種系統各月f值之比較(串聯,12~24) 45
圖4-16花蓮三種系統各月f值之比較(串聯,12~24) 46
圖4-17各地三種系統F值比較圖(串聯,12~24) 47
圖4-18台北三種系統各月f值之比較(串聯,0~24) 48
圖4-19台中三種系統各月f值之比較(串聯,0~24) 49
圖4-20嘉義三種系統各月f值之比較(串聯,0~24) 50
圖4-21台南三種系統各月f值之比較(串聯,0~24) 51
圖4-22高雄三種系統各月f值之比較(串聯,0~24) 52
圖4-23花蓮三種系統各月f值之比較(串聯,0~24) 53
圖4-24各地三種系統F值比較圖(串聯,0~24) 54
圖4-25台北三種系統各月f值之比較(並聯,18~24) 55
圖4-26台中三種系統各月f值之比較(並聯,18~24) 56
圖4-27嘉義三種系統各月f值之比較(並聯,18~24) 57
圖4-28台南三種系統各月f值之比較(並聯,18~24) 58
圖4-29高雄三種系統各月f值之比較(並聯,18~24) 59
圖4-30花蓮三種系統各月f值之比較(並聯,18~24) 60
圖4-31各地三種系統F值比較圖(並聯,18~24) 61
圖4-32台北三種系統各月f值之比較(並聯,12~24) 62
圖4-33台中三種系統各月f值之比較(並聯,12~24) 63
圖4-34嘉義三種系統各月f值之比較(並聯,12~24) 64
圖4-35台南三種系統各月f值之比較(並聯,12~24) 65
圖4-36高雄三種系統各月f值之比較(並聯,12~24) 66
圖4-37花蓮三種系統各月f值之比較(並聯,12~24) 67
圖4-38各地三種系統F值比較圖(並聯,12~24) 68
圖4-39台北三種系統各月f值之比較(並聯,0~24) 69
圖4-40台中三種系統各月f值之比較(並聯,0~24) 70
圖4-41嘉義三種系統各月f值之比較(並聯,0~24) 71
圖4-42台南三種系統各月f值之比較(並聯,0~24) 72
圖4-43高雄三種系統各月f值之比較(並聯,0~24) 73
圖4-44花蓮三種系統各月f值之比較(並聯,0~24) 74
圖4-45各地三種系統F值比較圖(並聯,0~24) 75
圖4-46台北兩種集熱器連接方式之各月f值比較圖(Case 1,18~24) 76
圖4-47台中兩種集熱器連接方式之各月f值比較圖(Case 1,18~24) 77
圖4-48嘉義兩種集熱器連接方式之各月f值比較圖(Case 1,18~24) 78
圖4-49台南兩種集熱器連接方式之各月f值比較圖(Case 1,18~24) 79
圖4-50高雄兩種集熱器連接方式之各月f值比較圖(Case 1,18~24) 80
圖4-51花蓮兩種集熱器連接方式之各月f值比較圖(Case 1,18~24) 81
圖4-52各地兩種集熱器連接方式F值比較圖(Case 1,18~24) 82
圖4-53台北三種取負荷時間之各月f值比較圖(Case 1,串聯) 83
圖4-54台中三種取負荷時間之各月f值比較圖(Case 1,串聯) 84
圖4-55嘉義三種取負荷時間之各月f值比較圖(Case 1,串聯) 85
圖4-56台南三種取負荷時間之各月f值比較圖(Case 1,串聯) 86
圖4-57高雄三種取負荷時間之各月f值比較圖(Case 1,串聯) 87
圖4-58花蓮三種取負荷時間之各月f值比較圖(Case 1,串聯) 88
圖4-59各地三種取負荷時間F值比較圖(Case 1,串聯) 89


表目錄
表2-1平板集熱器設置參數 13
表2-2大儲水槽設置參數 14
表2-3家用小型自然循環系統元件參數係數 15
表4-1各地三種系統F值比較表(串聯,18~24) 90
表4-2各地三種系統F值比較表(串聯,12~24) 91
表4-3各地三種系統F值比較表(串聯,0~24) 92
表4-4各地三種系統F值比較表(並聯,18~24) 93
表4-5各地三種系統F值比較表(並聯,12~24) 94
表4-6各地三種系統F值比較表(並聯,0~24) 95
表4-7各地兩種集熱器連接方式F值比較表(Case 1,18~24) 96
表4-8各地三種取負荷時間F值比較表(Case 1,串聯) 97

〔1〕 經濟部能源局,104 年報
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〔14〕Documentation Trnsys16 Volume 5 Mathematical Reference, 2006, pp15-16.
〔15〕Documentation Trnsys16 Volume 5 Mathematical Reference, 2006, pp379-383.