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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:張堡盛
研究生(外文):Pao-Sheng Chang
論文名稱:以最小化生命週期成本為基礎之大型太陽能熱水系統規劃模式
論文名稱(外文):The Model of Minimizing the Life-Cycle Cost for the Large-Scale Solar Water Heater System
指導教授:馮重偉馮重偉引用關係
指導教授(外文):Chung-Wei Feng
學位類別:碩士
校院名稱:國立成功大學
系所名稱:土木工程學系碩博士班
學門:工程學門
學類:土木工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2009
畢業學年度:97
語文別:中文
論文頁數:102
中文關鍵詞:TRNSYS大型太陽能熱水系統溫室氣體排放交易生命週期成本基因演算法
外文關鍵詞:Life-cycle costEmission tradingLarge-scale solar water heater systemTRNSYSGenetic algorithms
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為了減少溫室氣體排放並減少對化石燃料之依賴,近年來各國相繼投入再生能源開發,其中適合加熱水之技術為太陽熱能。大型太陽能熱水系統,可廣泛運用於、宿舍、旅館、健身房、工業製程等之用水加熱。
大型太陽能水系統之安裝規劃對於往後生命週期之溫室氣體減量及經濟效益有顯著之影響,因此近年來已有相關研究致力於太陽能熱水系統績效預測及系統規劃分析。然而相關研究著重於單一型式太陽能集熱器之系統績效預測及規劃分析,對於市面上各種型式太陽能集熱器面積搭配儲水桶容量之營運效率及經濟效益並未多加比較。另外京都議定書生效後,溫室氣體總量管制及排放交易成為減量的重要機制,對於相關產業將造成衝擊,然而目前國內外尚缺乏考量此機制之大型太陽能熱水系統規劃模式提供各產業進行安裝評估。
有鑑於此,本研究以既有熱水鍋爐加裝太陽能熱水系統為前提,針對太陽能熱水系統建置預算限制、安裝面積上限及溫室氣體排放交易,分為兩模式進行探討。首先藉由訪談瞭解建立太陽能水系統模擬專案所需相關資料,並使用TRNSYS模擬軟體針對各型式太陽能集熱器進行太陽熱水系統長期營運績效分析,之後透過複迴歸分析建立決策變數與輔助熱源需求量之迴歸方程式,作為提出系統配置建議之依據,並以最小化生命週期成本為目標,使用基因演算法對兩模式進行求解。
經由案例驗證之結果顯示,本研究提出之規劃模式在相同系統建置預算及集熱器安裝面積限制下與現行規劃比較,藉由儲水桶容量、太陽能集熱器型式及片數之選擇,能夠有效減少系統之生命週期成本並提升溫室氣體減量效果。敏感度分析可提供業主及系統規劃者做系統建置成本與生命週期成本權衡。
Energy consumption and greenhouse gas emission have been brought to the public attention because of the second energy crisis and a number of global warming evidences in recent years. One way to address these issues is to employ renewable energy like solar energy which is more suitable for heating water. Large-scale solar water heater systems are widely used such as dormitory, hospital, restaurants, industrial-process and sport center, etc.
Configuration of large-scale solar water heater system plays a crucial role in the life-cycle economic benefits and reduction of greenhouse gases. Previous research mainly focuses on performance prediction and configuration of solar water heater system based on the single type of the solar collector; no mechanism has been proposed to compare the type of solar collector. In addition, after Kyoto Protocol takes effect, the cap and treading become a more important mechanism. It will be an impact on the related industries. However, there has been no model considering these mechanisms to help related industries implement installation assessment.
For this reason, this research develop two models which provide optimal configuration strategies for large-scale solar water heater system by minimizing the net present value of the money spent over the life-cycle. At first it analyzes parameters according to interviews. Secondly employs TRNSYS computer program and the typical meteorological year data to predict the auxiliary energy generated by different model of collector, area of the solar collector, and storage tank volume. Then multiple regression analysis and genetic algorithms are applied to minimize the life-cycle cost of the solar hot water system.
Result showed that the models not only could save more life-cycle cost but also reduce more greenhouse gas emission, base on same initial investment budget and solar collector install area constrains with present configuration. Finally the sensitive analysis can provide owner and engineer the initial investment cost and life-cycle cost trade-off assessment.
第一章 緒論1
1.1. 研究動機與背景1
1.2. 研究目的4
1.3. 研究範圍6
1.4. 研究方法與流程7
1.5. 研究內容與架構8
第二章 問題陳述與文獻回顧10
2.1. 研究問題陳述10
2.2. 太陽能熱水系統構造與原理13
2.2.1. 太陽能熱水系統構造13
2.2.2. 太陽能熱水系統加熱方式18
2.3. 太陽能熱水系統規劃模式21
2.3.1. 太陽能熱水系統營運績效分析21
2.3.2. 營運成本分析23
2.3.3. 模式求解24
2.4. 溫室氣體排放統計25
2.5. 溫室氣體及太陽能熱水系統相關法令27
2.6. 小結31
第三章 太陽能熱水系統環境模擬32
3.1. TRNSYS模擬軟體說明32
3.1.1. TRNSYS簡介32
3.1.2. 太陽能熱水系統模擬專案建立33
3.1.3. 模擬氣象資料(TMY2)說明40
3.2. 迴歸分析41
3.3. 小結43
第四章 太陽能熱水系統規劃模式建構44
4.1. 太陽能熱水系統規劃模式建構流程44
4.2. 模式說明45
4.2.1. 模式一47
4.2.2. 模式二49
4.2.3. 條件假設52
4.3. 模式求解52
第五章 模式應用說明與驗證57
5.1. 模式驗證57
5.1.1. 案例簡介57
5.1.2. 案例求解及分析61
5.2. 模式驗證結果與實際案例比較64
5.3. 敏感度及相關參數分析67
5.4. 小結77
第六章 結論與建議79
6.1. 結論79
6.2. 未來研究方向與建議80
參考文獻83
附錄A86
自述102
英文部分
1.Argiriou, A., Klitsikas, N., Balaras, C, A., Asimakopoulos, D, N. "Active solar space heating of residential buildings in northern Hellas--a case study." Energy and Buildings 26(2): 215-221. (1997).
2.The World Bank. State and Trends of the Carbon Market 2007. Washington, D.C., The World Bank. (2007).
3.Beckman, W. and Duffie, J. Solar engineering of thermal processes, Wiley. (1980).
4.Chang, K., Lee, T., Chung, K. "Solar water heaters in Taiwan." Renewable Energy 31(9): 1299-1308. (2006).
5.Fraisse, G., Bai, Y., Le Pierrès, N., Letz, T. "Comparative study of various optimization criteria for SDHWS and a suggestion for a new global evaluation." Solar Energy 83(2): 232-245. (2009).
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9.Intergovernmental Panel on Climate Change. Revised 1996 IPCC Guidelines for National Greenhouse Gas Inventories Reporting Instructions.(1997).
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11.Kalogirou, S. A., Panteliou, S., Dentsoras, A. "Artificial neural networks used for the performance prediction of a thermosiphon solar water heater." Renewable Energy 18(1): 87-99. (1999).

中文部分
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22.羅運俊、何梓年、王長貴,太陽能發電技術與應用,新文京開發出版股份有限公司,台北縣,2007年。
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