太阳能空气采暖（共8篇）
太阳能空气采暖 篇1
发展太阳能既是未来能源技术储备的战略需要, 也是解决局部地区基本能源供应的现实选择。太阳能空气采暖系统是一种简单有效的太阳能应用方式, 国内外的学者对这种太阳能空气采暖方式进行了大量的理论和实验研究, 但是研究的方向主要集中在优化与提高单体集热模块的热性能[1,2], 忽略了系统的整体采暖效果, 并且室内环境很容易受到外界环境影响, 导致室内的采暖性能具有不确定性。此外, 使用集热模块或集热蓄热墙采暖, 如果循环风速控制不当, 不但影响采暖效果, 还容易产生扬尘等问题, 可能会对室内空气品质带来一定的不良影响[3,4]。
针对上述问题, 在深入研究与分析太阳能空气采暖运行过程及影响因素的基础上, 本文通过对影响太阳能空气采暖建筑及太阳能空气系统的参数与控制量进行监测、分析和控制, 形成最佳的太阳能空气采暖系统变流量运行策略。在保证建筑室内温度同时, 进一步提高室内环境舒适度与空气集热模块集热效率, 为实现大规模集热模块的应用与普及奠定基础。
1 采暖系统的总体方案
1.1 采暖系统的结构方案
太阳能空气采暖系统是一种采用空气作为传热介质的太阳能光热转换系统, 主要由太阳能空气集热模块、风机、管道、散流器等构成, 如图1所示。
随着太阳辐射强度的增加, 太阳能空气模块温度不断上升, 在风机作用下, 模块内空气间层形成负压, 外部空气通过模块上孔缝被吸入空气间层并被加热, 加热后的热空气通过送风口输至建筑内, 为建筑室内提供采暖。
1.2 采暖系统的控制方案
智能控制系统主要由微处理器控制单元、液晶显示与操作单元、温度传感器、太阳辐射照度传感器和室内PM10传感器等组成, 如图2所示。系统将多种传感器采集的环境参数输送至微处理器控制单元, 经过计算与分析, 实时调整风机速度、加热单元等, 实现太阳能空气智能采暖。
2 控制系统设计
2.1 硬件设计
微处理器控制单元是太阳能空气采暖智能控制系统的核心部分, 由单片机、存储芯片、光电隔离电路、模数与数模转换电路以及电源转换电路等组成。其中, 单片机采用Silicon Laboratories公司设计的C8051F340混合信号片上系统单片机, 内有4个16位计数器/定时器、2个具有扩展波特率配置的全双工UART、1个增强型SPI端口、多达4352字节的内部RAM, 128字节特殊功能寄存器 (SFR) 地址空间及多达40个I/O引脚, 并且同MCS-51指令集完全兼容, 与标准的8051结构相比, 指令执行速度有很大的提高, 其复位和写入程序电路如图3所示。
液晶显示与操作单元采用串口智能显示模块Ez UIV10_070K, 模块显示器为7.0英寸彩色TFT显示屏, 800×480点阵, 内置有256M资源存储器。其供给电源为5V直流, 与微处理器控制单元通过串行UAR T (TTL电平) 接口进行通讯。人机显示界面由Ez UITool_V30软件设计, 包括触摸区域、位图触摸按钮、数值和字符等控件素材, 方便编辑与生成资源文件。
2.2 软件设计
智能控制系统软件程序以C语言设计为主, 它既拥有高级编程语言的优点, 又具有汇编语言的空间小、运行速度快等特点, 表达运算能力、可读性和可移植性也比较突出, 拥有较高的指令执行效率[5]。程序开发环境采用C8051F官方开发环境Silicon Laboratories IDE, 为设计者提供了用于开发和测试项目的所有工具。
程序设计采用模块化设计, 通过主程序、子程序和子过程等框架描述出智能控制系统软件的主要结构与流程, 并且定义各个框架间的联系, 简化程序的开发、调试和维护。首先分配RAM区的资源, 然后系统 (包括C8051F340单片机、串口智能显示模块等元件) 进行初始化, 之后依据系统各单元工作顺序与状态依次调用相应的子程序, 完成触摸屏的显示与输入, 传感数据的采集、分析与判断, 模拟量的输出控制和故障判断等功能, 主程序流程如图4所示。此外, 上位机软件可以通过USB接口将微处理器控制单元存储的运行数据导入SQL Server数据库, 方便统计与维护。
2.3 抗干扰设计
为了确保智能控制系统各模块间软硬件资源无冲突、高效与稳定运行, 避免电磁环境以及其他方面干扰的出现。本文在详细分析了控制系统干扰源及干扰途径的基础上, 采用了以下几种抗干扰设计:
第一, 系统内部重要元件统一采用贴片封装形式, 减少周围环境的电磁干扰, 同时降低器件本身的杂散特性。
第二, 弱电信号与交流电源线等分开布线, 保持一定的安全距离, 防止由浪涌电流产生的错误信号输入或强电辐射对弱电信号传输过程的干扰。
第三, 所有布线应该有效接地, 以防止触电与干扰, 并且分离工作接地与保护接地。
第四, 传感器信号传输应用同轴屏蔽电缆连接, 增强对外界的抗干扰能力。
第五, 数字集成电路芯片电源引脚并入去耦电路, 有效减少电源的杂波干扰。
3 结语
本文设计了以微处理器为核心的, 集多传感数据采集、分析与显示、风机与加热单元控制为一体的太阳能空气采暖智能控制系统, 引入了影响太阳能空气采暖建筑室内环境影响因素的分析与计算, 有效改善了室内空气品质, 提高了人体感受的舒适度, 解决了室温波动大及采暖效果不理想等问题, 促进了太阳能空气采暖系统产业的进一步发展。
摘要：近年来, 随着太阳能空气采暖系统研究与应用的不断深入, 其运行过程对室内空气环境带来的影响引起了人们越来越多的关注, 为了解决出现的问题, 本文提出了以微处理器为控制核心, 建立多传感器信息融合的太阳能空气采暖智能控制系统, 依据室内外环境变化实时调整风机、加热单元等运行状态。通过实际应用, 表明该智能控制系统既能保证室内舒适环境, 又能提高系统热效率。
关键词：太阳能空气采暖,智能控制,传感器
参考文献
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[5]陈连坤.嵌入式系统的设计与开发[M].北京:清华大学出版杜, 北京交通大学出版社, 2005.
太阳能空气采暖 篇2
作者：杨玉永，陈智丰，王鹏（齐齐哈尔龙铁建筑安装股份有限公司）
太阳能采暖的优势与发展
作者：杨玉永，陈智丰，王鹏（齐齐哈尔龙铁建筑安装股份有限公司）
摘要：我国的建筑能耗中，北方寒冷地区的采暖能耗占了相当大的比例。因此，建筑节能降耗以及可再生能源的利用引起人们的广泛重视。关键字：太阳能采暖
一、前言
当前，能源问题已经成为制约世界各国发展的主要因素之一。我国是能源消费大国，建筑能耗约占全国总用能的1/4，居耗能首位。随着我国住宅建设量的不断增加，能源与环境问题日渐突出。一方面我国人均能源拥有量较低，另一方面以煤炭为主的不合理的能源结构以及建筑的高能耗所带来的环境破坏为可持续发展带来巨大压力。我国的建筑能耗中，北方寒冷地区的采暖能耗占了相当大的比例。因此，建筑节能降耗以及可再生能源的利用引起人们的广泛重视。
太阳能作为一种可再生的清洁能源，近年来在建筑中的利用受到关注。我国属于太阳能资源丰富的国家之一，全国总面积2/3以上地区年日照时数大于2000小时，辐射总量高于5000MJ/m2〃a。北方采暖地区，大多数城乡处于太阳能资源丰富区，为太阳能建筑提供了可能。
小住宅建筑屋顶面积、南向墙面积与室内使用面积比值较大。结合恰当的建筑体形设计和外围护结构性能设计，经测算，在太阳能资源丰富地区的晴好天气下，可以建造出完全依靠太阳能满足采暖和生活用热水的低能耗建筑甚至零能耗建筑。
二、太阳能采暖系统概况
太阳能采暖系统是指以太阳能作为采暖系统的热源，利用太阳能集热器将太阳能转换成热能，供给建筑物冬季采暖和全年其他用热的系统。太阳能采暖可分为主动式和被动式两种方式。被动式太阳能采暖通过建筑的朝向和周围环境的合理布臵，内部空间和外部形体的巧妙处理，以及建筑材料和结构构造的恰当选择，使建筑物在冬季能充分收集、存储和分配太阳辐射热。主动式太阳能采暖系统主要由太阳能集热系统、蓄热系统、末端供热采暖系统、自动控制系统和其他能源辅助加热、换热设备集合构成，相比于被动式太阳能采暖，其供热工况更加稳定，但同时，投资费用也增大，系统更加复杂。随着经济和社会的发展，主动式太阳能采暖开始大规模应用。
在近年应用了太阳能采暖的建设项目中，比较集中和有代表性的是北京周边郊区县新民居的太阳能采暖工程。由于农村住宅相对分散、密度低，不宜采用投资大、维护水平高的集中供暖模式，而传统的燃煤取暖方式又存在效率低、污染环境、费用较高等问题，在农村推广安全环保、运行费用低的太阳能采暖系统符合新农村建设的客观要求。太阳能采暖所需的集热面积远大于太阳能热水系统，要求安装位臵较大，对于高层建筑或居住密度较大的城区存在安装建设条件不足的问题，限制了应用，而农村住宅一般建筑容积率较低，没有明显遮挡，具备建设太阳能采暖项目的良好条件。
三、太阳能采暖的优势： 1.太阳能采暖是一项环保工程。它与普通的采暖方式不同的是热源不同，即普通采暖是燃煤、电、油、气等，而太阳能采暖是利用无污染、可再生的太阳能。
2.太阳能采暖经济效益显著。太阳能采暖一般3-5年即可收回投资成本，而它的使用寿命一般在20年左右，所以它的经济效益也是十分显著的。
3.节能减排。由于太阳能采暖清洁安全，不会产生传统烧煤采暖炉二氧化碳中毒的危险，也不会发生烫伤等意外。适用于大型建筑，如学校、办公室、工厂、养殖温室等。安装太阳能采暖工程，还可以免费获得热水，是一举多得的节能减排工程。
四、太阳能采暖系统设备
太阳能住宅建筑的采暖和生活热水依托的是太阳能热水系统，其组成部分包括：太阳能集热器、储热器（蓄热器）、散热器、补充热源、控制和管路系统。
1.太阳能集热器
集热器是吸收太阳辐射并向载热工质传递热量的装臵，它是热水器的关键部件。目前，国内的太阳能集热器主要有平板集热器、真空管集热器。我国已成为世界上最大的热水器生产和应用国家。
2.储热器（蓄热器）
储热装臵是储存热水并减少向周围散热的装臵，一定的热水蓄热量主要满足夜间供热，使室内温度不致过大波动。储热装臵的容量需热工计算确定。储热器的储热效果不仅取决于保温材料性能的好坏，还与装臵的结构和固定连接方式有关。
3.散热器——低温热水地板辐射采暖
由于太阳能属低密度热能源，散热器选择的最佳形式当属低温热水地板辐射采暖。
低温热水地板辐射采暖是在楼地层内设臵加热埋管形成的辐射采暖系统，使用不高于60℃的热水流经埋入地板的盘管，所释放的热量使混凝土加热。从地表面散出辐射热并均匀地将热量传到室内，由于采用辐射采暖方式，室内温度均匀，梯度合理，室内温度由下而上逐渐递增，地面温度高于呼吸线温度，给人以脚暖头凉的良好感觉，促进新陈代谢，达到一定的保健作用。由于地面层及混凝土层蓄热量大，室内温度的热稳定性也非常理想。
在地板辐射采暖中，实测证明，在人体舒适范围内，实感温度比室内环境温度高2℃-3℃。在保持同样舒适感的前提下，地板辐射采暖时的室内设计温度，可以比对流采暖降低2℃-3℃，房间热负荷相对减少，可以节省供热能耗20％左右。
4.补充热源
为了保证室内温度的连续稳定，当由于气象等因素集热器供温不足时，则应启动补充热源。依据环境等条件不同，补充热源可选择电、燃气、燃油、煤等。
5.控制和管路系统
该系统是强制双循环管路，外循环回路是集热器与储热器之间热交换，内循环回路是储热器和散热器之间热交换。依循环工质不同选择不同管路，并进行保温处理，控制系统用来保证整个供热系统的智能化工作并通过仪表显示。
五、太阳能低能耗小住宅建筑设计
实现低能耗建筑的设计途径主要包括两个方面，即能源的开源与节流。开源是指开发利用可再生新能源，节流是指提高供暖、空调系统效率和提高建筑外围护结构性能，减少建筑热损失。太阳能建筑同时具备上述两个特点：首先太阳能属对环境无污染的可再生能源；其次由于太阳能的低密度也要求建筑有着较高品质的围护性能和恰当的体形、朝向和空间布局。
1.太阳能建筑的朝向和间距
太阳能建筑的朝向选择首先要在节约用地的前提下满足冬季有较多的日照，夏季避免过多的日晒和有利于自然通风降温、照明的要求。有矛盾时，应视当地的气候条件而定，当冬季供暖是首先考虑的问题时，朝向的确定应使房屋在冬季接受较多的阳光照射和较少的冷风吹袭；而以夏季降温为主时则相反。房屋接受日照的条件包括日照时间和日照量两个方面。
研究表明，冬季太阳能辐射热在9时~15时是全天辐射热的90%左右，太阳能建筑的屋顶面和南向墙面接受了绝大部分可能接受到的太阳能辐射量，应保证充足的阳光照射，建议建筑主面朝向为南向正负30度范围。建筑之间的日照间距应保证冬至日建筑的阳光集热构件不被阴影遮挡。
2.太阳能建筑的平面布臵（1）按温度分区
考虑太阳能属一种低密度能源，结合建筑各空间的不同使用功能，在对建筑热环境的设计当中，提出了“温度分区法”的概念，即将起居室、卧室等热舒适指标要求较高的空间布臵在南面或东南面，而将厨房、卫生间、存储空间、交通空间等相对温度要求较低空间布臵在北侧，且适当减少北向开窗面积，这些空间也作为主要空间的温度阻尼区。通过实际工程证明“温度分区法”的概念是科学有效的。
（2）入口设计
建筑入口，特别是北向入口是冬季冷风渗入、热量损失较多的热工薄弱环节。因此，设计太阳能采暖建筑时应重视入口处防风与密闭处理，尽量减少其造成的热损失。
建议在建筑物人口处加设门斗，北入口将门斗的入口方向转折90度转为东向，以避开冬季寒风侵人方向，避免冷风直接侵入，同时要加强密封，还应注意必须保证其有足够的宽度，使人们在进入外门之后，有足够的空间先关闭外门，然后再开启内门。
3.太阳能建筑的体型
以获得更多的太阳能、热损失更少为基本原则。从降低能耗角度：一定建筑平面积要尽可能减小外墙长度；从收集太阳能角度：应使南向墙面、受光屋顶面与建筑其他外面之比尽可能大，尽可能避免和减少由于南向墙面、屋顶体型变化带来的阴影。在多见的矩形平面中，一般长轴朝向东西的长方体型最好，正方形次之，长轴朝向南北的长方体型最差，坡屋顶好于平屋顶。4.太阳能建筑的外围护性能、材料与构造
按照我国目前有关节能规定，目前已进入“三步节能”阶段，对住宅外围护结构的性能已做出了明确规定，设计太阳能建筑时必须遵守，并且提出更高要求。太阳能建筑对围护结构材料和构造要求，包括外墙与屋面的保温方式、材料选择、构造做法要满足热工性能指标及保证良好的保温、蓄热性能。外门窗是建筑散热的薄弱环节，一些建筑外门窗的耗热量与空气渗透耗热量之和约占建筑总耗热量的50％以上。因此，应加强门窗节能综合研究，使朝阳窗户尽可能成为得热构件。在严寒和寒冷地区的太阳能建筑，地面也应增加保温措施，以提高太阳能利用效率。
六、影响太阳能采暖发展的因素
(1)主动式太阳能直接采暖系统，在目前的集热器价格与能源价格及技术条件下，尚不能和常规的采暖系统竞争。
(2)影响太阳能直接采暖系统经济性的主要因素是集热器的高价格，应力争提高集热器的效率或降低其价格。
(3)太阳能采暖系统经济性比热水供应系统经济性差的主要原因是一年中采暖系统的使用时间短，系统的利用率低。
(4)目前太阳能直接采暖的应用范围也只限于别墅型建筑或3~4层以下的建筑。
太阳能空气采暖 篇3
随着住宅观念的更新, 人们更加注重住宅的舒适性, 面积超过100m2以上的住宅、复式住宅的增加, 使户式中央空调的市场日趋增大。户式中央空调融合了传统中央空调和家用空调的优点, 与传统的中央空调相比, 在空间利用、安装和节能等方面都具有优势。但对于任何一个完整的供暖空调系统, 其基本的组成都必须有三个部分组成, 即冷热源、管路系统和末端装置。如何合理地选择户式中央空调系统的冷热源及末端装置, 对于供热、空调系统非常重要。而采用空气源热泵+风机盘管+地板采暖系统的一热源两末端的联合系统具有其经济性和可行性。
2、空气源热泵与地板辐射采暖系统简介
2.1 空气源热泵技术
空气源热泵技术是基于逆卡诺循环原理建立起来的一种节能、环保制热技术。空气源热泵系统通过自然能 (空气蓄热) 获取低温热源, 经系统高效集热整合后成为高温热源, 用来取 (供) 暖或供应热水, 整个系统集热效率甚高。
空气源热泵机组由室外机和室内机两部分组成, 它在冬季作为热源, 提供热水给地板采暖。热泵有以下优点: (1) 高效节能, 运行成本低, 有利于能源的综合利用; (2) 绿色环保, 代表前沿发展方向; (3) 冷热结合, 设备应用率高, 初投资低; (4) 全自动控制, 调控比较方便; (5) 体积小巧, 安装方便, 能与建筑物有机结合。
热泵技术是二十一世纪的一个能源技术, 能通过热泵的形式, 可以提高能效的利用。能效的利用有两个含义, 从环境角度来讲, 可以减少温室气体的排放, 减少对环境的有害因素。从另外一个方面来说, 就是解决电力高空负荷的一项技术。
2.2 地板辐射采暖系统
低温地板辐射供暖是一种利用建筑物内部地面进行采暖的系统, 该系统以整个或部分地面作为散热面, 其地板散热面主要以辐射热的形式 (约占总热量的61.25%) 向室内散热。低温地板辐射采暖作为冬季的一种采暖形式, 具有高效节能 (与普通散热器采暖系统相比节能可达50%以上) , 运行费用低, 舒适卫生, 使用寿命长, 便于热力计量和收费, 可利用热源多、节约建筑有效使用面积等优点。
随着我国塑料化工工业的发展, 出现了耐高温、高压、抗老化、易弯曲的PEX、PPR、PB、XPAP等塑料管道, 为低温地板辐射供暖技术提供了可靠的材料保证。与金属材料相比塑料管具有耐腐蚀、抗老化、成本低、地面下无接口、不易结垢、阻力小等优点, 一般塑料管道使用寿命可达50年以上。低温地板辐射供暖系统常用的管道铺设方式有旋转型、直列型和往复型等几种。
3、空气源热泵与地板辐射采暖联合系统分析
3.1 可行性分析
空气源热泵夏季可制冷, 冬季可提供低温热水。但冬季的低温热水在传统的空气—水空调系统中难以发挥出令人满意的采暖效果, 而低温热水 (一般在40—45℃左右) 理论上却恰好满足地板辐射采暖系统的需要, 从而有可能使能源得到梯级利用, 提高能源的利用效率。空气源热泵地板采暖系统通过空气源热泵从空气中提取热能, 冬季用贴近地板铺设的换热管加热地板辐射放热采暖, 构成一种以空气为热源的清洁、安全、节能的采暖系统。
3.2 经济性分析
根据国家发改委节能信息传播中心发布案例研究82, 以北京地区为例, 住宅类建筑采暖空调系统综合比较如下:
(1) 传统型集中热源+装饰性暖气+分体空调方式
其特点为两源两末端, 舒适性较差, 节能性较差, 调节性较难, 初投资为250元/m 2, 运行费为35元/m 2。
(2) 公寓式燃气炉+风机盘管+户式空调方式
其特点为两源一末端, 舒适性一般, 节能性较差, 调节性较易, 初投资为320元/m2, 运行费为35元/m2。
(3) 集中或分户热源+地板采暖+户式空调方式
其特点为两源两末端, 舒适性较好, 节能性一般, 调节性较难, 初投资为390元/m2, 运行费为29元/m2。
(4) 空气源热泵+地板采暖+风机盘管方式
其特点为一源两末端, 舒适性较好, 节能性较好, 调节性较易, 初投资为300元/m2, 运行费为24元/m2。
3.3 影响因素分析
3.3.1 围护结构的保温
单层窗和大面积未作保温的外墙温度受室外温度影响较大, 窗和外墙内表面温度即便是在室内地面热辐射作用下仍成明显的周期性变化。除窗以外, 室外温度和太阳辐射的影响远小于室内地面热辐射对其余围护结构内表面的影响。因此, 冬季外窗的保温在围护结构中对提高供暖系统效率意义重大。
3.3.2 围护结构蓄热能力
停机后室内温度变化对系统运行起着影响作用。在冬季采用风机盘管系统室内温度下降速率是地板采暖系统的7.3倍。这是因为风机盘管系统直接加热室内空气, 围护结构的蓄热量却非常少, 而地板采暖系统在运行期间加热了地板各构造层及循环热水, 在停机后积蓄的能量仍可持续向室内供暖, 室温降低较慢。因此, 在运行模式上可采用夜间开机, 白天停机的蓄热运行模式, 从而体现其经济舒适性。
3.3.3 供水模式
空气源热泵地板采暖受室外气温影响较大, 随室外气温的变化, 会出现三种工况并影响供水模式, 即 (1) 发生除霜的连续运行; (2) 无除霜的连续运行; (3) 过热保护间歇运行。可采取除霜间隔时间适当拉长的方式, 避免频繁融霜。由于地板采暖对水温不敏感, 可以将水温的下限降低, 调节幅度加大, 避免频繁开关机, 影响机组寿命。
在能源可持续发展的趋势下, 空气源热泵与地板采暖相结合, 不仅保证了地板采暖的供暖连续性, 而且相对于其他采暖方式更为节能, 解决好运行中的影响因素, 为小型用户供热供冷方式提供了方便舒适的选择。
太阳能空气采暖 篇4
1 空气源热泵地板辐射采暖系统描述
空气源热泵地板辐射采暖系统由空气源热泵机组，地板辐射采暖系统，以及备用热源组成。该系统运行时，流出地板辐射采暖热水盘管中的热水，在机组的冷凝器中，与进入蒸发器内的制冷剂蒸汽进行热交换，之后重新进入地板辐射采暖系统的热水盘管中进行供热。
2 模拟建筑概况
本文选取一栋二层别墅加以研究分析，此别墅建筑面积为325.92m2。其中一层建筑面积为153.12m2，二层建筑面积为172.80m2。
利用De ST软件对别墅建筑采暖季逐时负荷进行模拟计算，可以得出从11月1日到3月31日建筑逐时单位面积负荷（如图2）。采暖最大负荷指标为208.2W/m2。平均采暖负荷指标为70.75W/m2。整个建筑的采暖耗热量为2.31×105MJ。
3 系统仿真模型
3.1 空气源热泵机组模型
空气源热泵的模型及其控制方式，由TRNSYS软件中的EES输入控制器Type661、EES调用模块Type66a及数据参数输入器组成。在本模拟中采用的机组的最大制热量和最大的输入功率由热泵机组的生产商提供的机组的测试数据拟合而来：
式中：Pmax为空气源热泵机组的最大输出功率，单位为W;Qmax为空气源热泵机组的最大制热量，单位为W;Te为系统的蒸发温度，单位为℃；Tc为系统的冷凝温度，单位为℃。
系统的总功率为：
式中：Pmax为空气源热泵机组的最大输入功率，单位为W;Pp为系统中水泵的输入功率，单位为W;Pc为控制系统的输入功率，单位为W。
由于热泵机组开机时，机组被首先加热，随之冷凝器与蒸发器之间建立压力差，伴随着这个过程，空气源热泵机组的制热能力会出现一些衰减，所以热泵的性能曲线是一种理想情况中的性能曲线，只适用于稳态情况，因此，在实际中需要对机组的性能曲线数值进行修正。通过考虑机组开关机造成的衰减等因素影响，采用经验公式，来修正机组的最大制热量[1]。
除了机组启停对机组性能的影响之外，结霜也是影响空气源热泵效率的一个重要因素。在室外环境温度较低或者很低时，空气源热泵的室外机持续从周围环境中吸取热量，空气源热泵的室外机盘管表面，难免会出现结露，当室外温度低到一定程度，结露就变成结霜甚至结冰，从而严重影响了空气源热泵室外机的正常工作。因此在通常情况下，空气源热泵机组会在运行一段时间后就自动进入除霜状态，运行2min～5min的除霜循环。在模拟中利用文献[2]中的经验公式对机组的出口水温进行了修正。
机组制热性能系数，即制热时机组的COP，在环境温度高于7℃时的衰减值为：
机组制热性能系数，即制热时机组的COP，在环境温度低于于7℃时的衰减值为：
式中：COPreddefrost为空气源热泵机组因为除霜造成的制热COP的衰减值；Tamb为室外机周围的环境温度，单位为℃。
空气源热泵机组运行时的实际制热量应为：
式中：Q为空气源热泵机组的实际制热量，单位为W;COPicycl为不考虑除霜对计算制热能力影响时机组的制热COP;Tc,out,corr为经过修正的冷凝器出口水温，℃；Tc,in冷凝器出口水温，℃；水的比热容，k J/（kg·℃）；水流量，kg/s。
3.2 能量消耗、末端装置及相关部件模型描述
系统中的能量消耗、末端装置等模型由TRNSYS软件中所提供的模块一一对应，通过对各个部分模块进行物理上和信息上的链接，建立起空气源热泵低温地板辐射采暖系统模型图，如图3示。在该空气源热泵地板辐射采暖系统的流程模型图中，运用到了5个TRNSYS组成部件。
热源部分，热源为空气源热泵机组，在TRNSYS软件中有EES调用器，Type66a，、延时输入控制器Type661两个部件构成；水循环系统及末端装置，循环的动力水泵，模型代号为Type114、集水器和分水器，代号分别为Type649和Type647、地板辐射采暖系统由建筑热能模块Type56中的active layer建立。其中用户可以将地板辅材采暖系统使用的管壁厚度、管道间距、管壁导热系数等参数通过active layer进行设置并且整和到建筑的维护结构中去，来作为模块中调节室内气候的模块；气象数据参数，采用TMY2气象参数读数器Type109、温度计算Type69b、湿度计算Type33e组成。
数据采集系统，逐时的室内温度及空气源热泵机组的COP都是由模块Type65c完成记录并输出，空气源热泵机组的能耗及水泵的能耗由积分器Type24统计。
建筑物的负荷模拟，采用多区域建筑模块Type56a对模拟建筑的负荷进行模拟，Type56a这个模块使用时可以允许用户根据建筑物的实际情况建立建筑物模型[3]。
3.3 模拟运行数据分析
该模拟主要对比空气源热泵地板辐射采暖供水温度为35℃时空气源热泵的COP随室外温度的变化情况。
图4为空气源热泵地板辐射采暖在11月到12月期间，空气源热泵的制热时COP值与室外温度的变化情况；图5分别为空气源热泵地板辐射采暖在第二年1月到3月期间，空气源热泵的制热时COP值与室外温度的变化情况。
图4与图5两图中，可以看出空气源热泵的COP随室外环境温度的变化明显。当室外环境温度降低时空气源热泵机组的制热COP下降明显，其中，在白天气温高太阳辐射充足的时候，空气源热泵的效率比较高。在整个采暖季节，空气源热泵的制热能力随着室外温度变化先逐步降低之后在春季又逐步恢复。在采暖期初始阶段与结束阶段，空气源热泵制热效率基本达到了3.5以上；在最冷月一月，空气源热泵的制热效率基本维持在1.5～3.0，主要制热效率集中在2.0以左右。
3.4 系统的方案优化
空气源热泵地板辐射采暖系统在运行中的热效率有时并不高，尤其是在室外环境温度低的时候（例如一月），对于改善空气源热泵地板辐射采暖系统运行情况，提出以下几种可能的解决办法：
3.4.1与相变蓄热技术[4]相结合。利用相变材料的蓄热能力，当白天或者全天中室外气温达到-10℃之上时，开启空气源热泵工作。在满足当前供暖需求的同时利用相变材料将多余的热量储存起来，当夜间或者室外空气温度较低不能满足空气源热泵运行条件时，可以将相变储热释放来维持系统的正常供暖。
3.4.2将系统与生活热水供应系统结合。空气源热泵地板辐射采暖系统只要稍加改造，就可以在满足冬季采暖的同时，一定程度上满足人们对生活热水的需求。改造后的系统可以提升空气源热泵全年的综合利用率，使得系统更加全面合理。
4 结语
本文以沈阳地区一别墅建筑为模拟对象，建立空气源热泵地板辐射采暖系统的TRNSYS运行情况模型，得出该别墅建筑采用该系统进行供暖时，空气源热泵的运行情况与室外温度变化情况的关系。研究可得：当控制热泵出水温度为35℃时，空气源热泵机组的制热COP主要集中在2～3.5，通常其效率是远高于其他常规热源的。当室外温度比较低时，为保证空气源热泵地板辐射采暖系统满足室内供暖需求，可以与相变蓄热技术相结合，稳定的对室内提供热量。空气源热泵地板辐射采暖系统具有较强的供热与节能效果，在北方采暖地区具有很强的推广意义。但是该系统在推广的过程中还有蒸发器的表面结霜问题、润滑油积存等问题，有待进一步开展研究解决。
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太阳能空气采暖 篇5
1 利用方法
对太阳能的利用方法主要有两种:一种是依靠建筑物本身构造和材料的热工性能, 使房屋尽可能多地吸收和贮存热量, 以达到采暖的目的, 这种直接将太阳能通过热辐射的方式传递给室内空间, 提高室内温度的方法称为被动式太阳能采暖;另一种是将太阳能的热量通过介质及设备进行收集、储存, 待到需要使用时将热量通过热媒传递到需要的地方, 此种方式为主动式太阳能采暖。
(1) 被动式太阳能采暖:结合建筑各空间的不同使用功能, 在对建筑热环境的设计当中, 将房间进行合理的布局及划分, 即将起居室、卧室等热舒适指标要求较高的空间布置在南面或东南面, 而将厨房、卫生间、存储空间、交通空间等相对温度要求较低空间布置在北侧, 且适当减少北向开窗面积。另外使用新型的建筑材料, 比如透明隔热材料, 这是一种新型的建筑墙体材料, 在太阳能利用和节能方面有一定的作用。这种材料的特点是透射率高 (>0.7) , 传热系数低 (<1.0w/m2K) 。可以有效的提高热辐射传热量, 降低对流换热热损失, 充分利用太阳能给房间进行热补偿。
(2) 主动式太阳能采暖:可利用太阳能吸收式空调及太阳能地板辐射采暖。太阳能吸收式空调采暖原理:冬季, 将太阳能集热器加热的热水储存到储热水箱中, 当热水温度达到一定值时, 就由储热水箱直接向空调箱提供供暖热水。当太阳辐射能提供的热量不能够满足要求时, 也以辅助燃油锅炉作为热源。
太阳能地板辐射采暖原理:是指以太阳能作为采暖系统的热源, 利用太阳能集热器将太阳能转换成热能, 供给建筑物冬季采暖使用的系统。系统组成是以太阳能集热器、管道、散热器、风机或泵、贮热装置等组成的强制循环的太阳能采暖系统。
太阳能采暖在严寒低区存在冻结危险, 可采用空气式集热方式避免冻结, 水式系统一般采取一些防冻措施如添加化学物质降低冰点温度来防止冻裂发生。条件允许时也可设阳光间进行取光, 避免冻害危险。阳光间夜间保温隔热减少散热损失。
2 今后太阳能利用的发展前景
世界各国对太阳能的利用已经引起了普遍重视, 人们对太阳能的利用也到了一个新的发展阶段, 采用建筑一体化的方式为建筑物提供采暖、空调和生活热水等完全能满足这些要求, 建筑一体化和模块化的设计的日益成熟必将实现太阳能技术和建筑美观的完美结合。也许由于经济性考虑或技术方面的短时障碍等暂时无法大范围的实施应用, 但是随着太阳能技术的快速进步和完善, 太阳能在建筑领域的广泛使用已成为可能。
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[2]李戬洪, 黄志成.我国太阳能制冷空调研究与发展[Z].
太阳能空气采暖 篇6
1 太阳能热风采暖系统方案的设计与分析
1.1 设计方案
太阳能热风采暖系统能量的转换思路为:太阳能转换成水的热能,热水再与管道内的空气进行热量交换,转换成气体的热能,再由风机沿风管送入暖风箱,进而进入采暖间。系统由太阳能集热器、水泵、换热储水箱、风机、暖风箱、过滤网组成,如图1所示。
1.2 方案分析
系统的热量由集热器提供,集热器采用平板型集热器,平板型集热器吸收太阳辐射的面积与采集太阳辐射的面积相同,吸收的热量可以使热媒的温度达到在80~100℃之间,足够系统所需的热量。采集的热量通过循环水泵进入换热储水箱。当太阳能不足时可以启动辅助加热系统(电),以保证热量的供应。根据当地采暖其太阳辐射量及采暖间的热量要求进行计算后选择。所用公式如下:
式中:F—换热面积(m2);G—被加热的空气流量(kg/s);Vρ—最经济的空气质量流速(kg/(m2·s))。
2 太阳能热风采暖系统可行性分析
2.1 能量来源
我国太阳能资源丰富,约2/3国土的年太阳辐射总量接近6 000 MJ/m2,发展太阳能采暖前景广阔。对世界一次能源替代趋势的研究结果表明,2050年后核能将占第1位,太阳能占第2位,21世纪末太阳能将取代核能占第1位[5]。
2.2 节约水资源
我国北方建筑物冬季采暖系统的热媒常使用水,经过一个采暖期的使用,水已经受到了污染。同时我国是世界上100多个缺水国家之一,并且水质性缺水十分严重,把供暖系统的水变成空气,大大减少了采暖用水量。
2.3 使用安全
与传统锅炉供暖相比,太阳能热风采暖系统使用安全。一旦锅炉系统出现系统故障或操作事故,轻者影响设备的正常运行,严重者发生爆炸事故,造成设备损坏以及人员伤亡。
2.4 使用效率高
传统热风炉采暖系统只能在冬天采暖使用,其他季节设备闲置,使用效率低,而太阳能热风采暖系统在采暖期可以进行热风供暖,在非采暖期加以简单改造提供热水。实现了采暖设备的全年使用。
3 小结
太阳能资源丰富,清洁无污染,应用前景广阔。太阳能热风采暖系统把节能和节水相结合,真正实现了节能环保、可持续发展;由于太阳能不需要运输,对商品能源短缺、能源需求量日益增加的广大农村地区具有长远的社会效益。
摘要：介绍太阳能热风采暖系统方案的设计,并对其进行可行性分析,以为解决当前能源环境问题,以及利用太阳能提供参考。
关键词：太阳能,热风采暖系统,设计,可行性
参考文献
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太阳能空气采暖 篇7
被动式太阳能采暖技术指的是合理分布建筑的朝向和周围的环境, 科学的处理建筑的内部空间和外部的形体, 正确的选择建筑材料和建筑结构构造, 保证建筑能够在冬季有效的吸取和储存太阳能, 从而减少其他能源资源的消耗。
1.1 直接受益式
目前, 应用最广泛的方式就是直接受益式。房间直接作为集热蓄热体而存在, 白天, 房间内的地面和墙体就可以吸收从南向玻璃窗中透进来的阳光;夜里, 这些热量就会释放出来, 提高或维持室内的温度。这种方式只需要十分简单的构造即可, 并且在安装和日常维护方面也比较的简单。这种方式可以密切的配合建筑功能, 从而可以有效的立面处理建筑;注意:建筑应该朝向南偏东西30°以内, 这是因为室内温度会有着比较快的上升速度, 并且有着比较大的室内温度波动, 从而有效的进行冬季集热。
1.2 集热蓄热墙式
集热蓄热墙式就是将带有玻璃罩的蓄热墙体设置在向阳的一侧, 它从实质上属于间接式的太阳能采暖系统, 在墙体材料的选择方面, 应该尽量选择有着较好蓄热性能的材料, 比如混凝土、砖、土以及水等。墙体将太阳能辐射之后可以将能量辐射到室内, 对墙内表面空气形成加热的作用, 同时, 对流作用也可以起到升温的作用。最好将通风口设置在墙体的上下部位, 这样就可以与室内冷空气形成对流循环, 从而升高室内的气温。
2 太阳能采暖技术
2.1 太阳能采暖系统的组成和工作原理
太阳能采暖系统属于主动式太阳能利用系统, 这种系统主要包括两种组成部分, 集热和气流输送, 房间作为蓄热器而存在。集热系统主要包括三个部分, 垂直墙板、遮雨板和支撑框架。而风机和管道则构成了气流输送系统。
通常, 在建筑外墙的外侧往往覆盖着太阳能板材, 上面设置一些小孔, 然后通过计算来确定与墙体之间的距离, 大致在200mm左右, 形成的空腔要连接到建筑内部通风系统的管道, 将风机设置在管道中, 从而可以将空腔内的空气抽走。
在太阳的照射下, 太阳能板会快速的升温, 在风机的作用下, 太阳能墙板和墙体之间的空气间层就会形成负压, 在负压的作用下, 空气间层就会进入一些通过太阳能墙板上空洞的室外冷空气, 然后就出现了加热过程, 太阳能墙板不断加热的热空气就会通过风机的管道系统而到达房间内。通常, 可以将深色设置为太阳能墙板的外表颜色, 这是因为深色可以吸收更多的太阳辐射, 而浅色则可以有效的减少损失的热量。
太阳能墙板材的主要构成是1~2mm厚的镀锌钢板或铝板。外侧涂层一般采用黑色或深棕色, 这样可以有效的吸收太阳能和阻挡紫外线。但是, 如果从建筑美观或色彩协调等因素考虑, 也可以使用一些其他的颜色, 只是用深色的集热板, 将些孔洞, 这是为了满足空气流动和加热的需要。
2.2 太阳能采暖系统的关键因素
除了要满足建筑物本身节能的要求, 还需要重视在施工过程中出现的一些模块问题, 比如, 在设计以及控制系统全天候运行时, 需要将集热面积、辅助能源、系统的整体设计充分的纳入考虑的范围, 保证控制思路是科学合理的。同时, 要有效的融合建筑和集热系统, 要在合理布置管路的基础上, 充分的考虑集热器和建筑结构的结合型式附属设备, 要合理的选择集热器类型, 同时做好系统的防冻工作。在设计时, 除了要满足系统是安全和可靠的同时, 还需要能够协调和统一建筑的整体。在选择系统散热模块时, 可以采用采暖系统散热端, 尽量保证选择的形式能够适应太阳能集热系统。
2.3 太阳能采暖系统的特点
良好的新风系统, 在大部分的建筑中, 因为有着十分良好的密闭性, 因此在冬季, 要想保持室内有较高的问题, 就不能有效的获取新风。而太阳能墙板则可以通过通风系统让室内不断的获取预热的新鲜控制, 有机的结合了通风和采暖两大因素, 外界环境不会影响到通风和唤起, 从而在保证室内温度适宜的基础上, 提高了室内空气的质量。
2.3.1 较高的热效率
通过相关的实践研究证明, 相较于传统依靠玻璃来对热量收集的太阳能集热器来说, 这种太阳能集热系统有着更高的下来, 因为如果采用玻璃来收集太阳能, 那么15%的入射光会被玻璃反射掉, 这样就会减少吸收的能力。如果采用的是多孔金属板, 就可以对太阳能的80%进行捕获, 根据相关的计算表明, 在1a内, 每1m2的太阳能墙板可以获得的热量能够达到2GL。
2.3.2 有着较广的应用范围
因为太阳能墙板在设计方面比较的简单, 将它作为建筑的外墙, 既美观又实用, 自然受到了越来越多人的青睐, 只要建筑需要辅助采暖、通风或让空气流动, 都可以采用太阳能墙板。该系统只需要十分简单的步骤就可以完成安装, 只要墙体有开口或不燃墙体的外侧都可以应用。
3 结语
众所周知, 建筑行业的发展潮流就是对可再生资源进行充分利用, 降低建筑的能源消耗。本文主要分析了建筑工程中低能耗太阳能采暖技术的应用, 希望可以提供一些有价值的参考意见。
摘要：随着时代的发展和社会经济的进步, 能耗问题已经成为全世界日益关注的一个话题。能源资源的日趋紧张促使人们开始寻找一些其他的替代能源, 其中非常重要的一种就是太阳能。本文简要分析了建筑工程中低能耗太阳能采暖技术的应用, 希望可以提供一些有价值的参考意见。
关键词：建筑工程,太阳能,应用分析
参考文献
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[2]鲁红光.太阳能供热采暖应用技术[J].硅谷, 2011, 2 (20) :45-47.
太阳能空气采暖 篇8
近些年来,太阳能作为绿色环保能源在我国得到大力开发与应用,在全国建立的一些示范工程也取得了阶段性成效[1]。但是,目前国内对太阳能散热器采暖与热水供应相结合的系统研究的较少,并且,对夏热冬冷地区的太阳能散热器采暖系统几乎没有研究。本文针对这些问题,在夏热冬冷地区进行太阳能采暖与热水供应系统的实验,对系统应用技术进行了研究。
1 太阳能采暖与热水供应的实验系统
利用集热器收集太阳能并结合辅助能源来满足采暖和热水供应需求的系统,称为太阳能采暖——热水联合系统[2]。在该系统中利用贮热水箱蓄热,冬季满足用户散热器采暖及生活热水的需求,其他季节满足用户生活热水需求。
1.1 系统设计方案
本实验系统可满足冬季、夏季、过渡季节不同气候条件下用户对采暖以及生活热水的需求,冬季晴朗的白天,太阳能集热器吸收太阳辐射,加热贮热水箱储存热量,当温度达到一定值时,生活水箱可向外提供生活热水。安装在贮热水箱中的换热盘管提供采暖热水,在采暖循环水泵的作用下进入散热设备,将热量传向室内。
夜间或阴雨天时,集热器停止工作,贮热水箱直接向室内供热。当贮热量不足时,采用辅助热源,该方案采用电加热器补充热量。夏季及过渡季节不需要向室内采暖时,太阳能集热器将吸收到的太阳辐射转换成热量储存在贮热水箱中,关闭采暖系统供回水处的阀门,停止向室内供热,生活热水系统照常工作。
为实现采暖和热水供应的运行工况,实验系统具体设计方案如下[3,4]:(1)系统形式为短期蓄热,间接式,散热器太阳能采暖与热水供应系统;(2)集热系统为强制循环太阳能采暖系统,集热器形式为真空管式;(3)蓄热系统为液体工质集热器短期蓄热系统,贮热水箱为盘管式水箱,水箱内的水流经集热器时被加热,再和盘管内的水换热,盘管内的水为采暖热水,水箱内的水供应生活热水;(4)散热末端装置为钢管散热器;(5)辅助热源形式为电加热系统;(6)管道保温采用橡塑保温材料;(7)自动控制系统采用定温控制与温差控制相结合的控制方式。
1.2 实验系统图
实验系统原理图如图1所示。实验系统分为集热系统和采暖系统两部分,均可启停控制,可以实现晴好天气集热器+贮热水箱提供采暖和生活热水、阴雨天气辅助热源提供采暖和生活热水、贮热水箱单独提供采暖和生活热水等不同工况的实验要求,且集热系统得热量、采暖系统供热量及两系统供回水温度均可分别计量,以便测试数据。
1.3 实验房间及系统安装
实验地点为浙江省湖州市长兴县,实验选择在一栋宿舍建筑中的部分房间进行,建筑总共五层,在三层两个房间进行采暖实验,实验户型如图2所示,现场图片如图3~图5所示。实验情况如下:实验房间总面积42 m2,墙体未做保温处理,且有窗墙比大、冷风渗透量大等南方地区房屋特点;实验地区夜间温度低于0℃,选用真空管集热器,面积12 m2;盘管式贮热水箱容积200 L;辅助热源为容积式电加热器,功率2 kW。
1.4 实验内容
实验系统选用真空管集热器吸收太阳辐射热,供给室内采暖;辅助热源选用电热水器,天气晴好时,电热水器关闭,完全依靠太阳能集热器进行采暖,以测试系统运行效果,夜间以及阴雨天气开启电热水器,防止室外温度过低使集热器循环水结冰损坏集热系统;室内采暖设备选用钢管散热器,系统形式为双管,上供上回式系统。
(1)实验内容:
1)在集热系统的供回水管上安装热量表,测量集热量、集热器供回水温度及流量;
2)在散热系统的供回水管上安装热量表,测量供热量、散热器供回水温度及流量;
3)用手持式红外线测温仪测量散热器表面温度;
4)在辅助电加热器上串联功率表,测定电热水器的耗电量;
5)室内外温度测试使用自记温度采集器,测量采暖房间、非采暖房间温度及室外温度;
6)分别在晴天和阴雨天对外提供生活用水,测试室温变化情况。
(2)实验过程
实验系统从2008年12月开始搭建,2009年1月1日试运行,1月2日~1月20日为实验阶段。1月3日~1月8日为连续阴雨天气,测试辅助热源采暖时室内的采暖效果及耗电量;1月9日~1月18日为晴好天气,测试集热量、供热量的变化,以及由此对室内温度造成的影响;通过对比采暖房间与非采暖房间的温度状况,分析在阴雨和晴好天气测试提供生活热水对采暖效果的影响。
2 太阳能采暖与热水供应系统实验数据及分析
实验测试了系统采暖及提供生活热水时,太阳能集热系统、采暖系统、辅助热源等部分的相关数据,并在实验中分别对采暖房间与非采暖房间的室内温度进行了测试。
2.1 实验数据
2.1.1 系统连续运行时集热量、供热量及室内外温度变化对比分析
1月9日~1月16日系统集热量与供热量随时间变化做出分析,曲线变化如图6所示。
日期
日期
图6为每天8:00~17:00的集热量、供热量变化对比图,从图中可以看出,集热量、供热量每天分别在相近时刻达到最大值,且增长和衰减趋势相同。由于水箱的蓄热作用使得供热量的变化较集热量有一定延迟,且每天8∶00时的供热量并未像集热量一样降低致0。同时由于管路散热及盘管换热损失使得采暖系统供热量小于集热量,但两曲线的总体变化趋势相近。
图7为室内外温度变化情况,从图中可以看出每天采暖房间的平均温度比非采暖房间高6.8~7.2℃,十天内采暖房间平均温度为10.1℃,比非采暖房间4℃高6.1℃。可以看出太阳能采暖系统可以使房间在持续时间内维持较稳定的采暖效果,较非采暖房间的舒适性有较明显的改善。但是,如想获得更高的室内温度,则应根据要求再适当加大集热器的数量或加大辅助热源。
2.1.2 辅助热源采暖室内外温度变化对比分析
1月3日~1月8日为连续阴雨天气,太阳能集热器不能工作,全天开启辅助电加热进行采暖,下面选1月4日测试参数进行分析,室内外温度变化情况如图8所示。
从图8可以看出,由于连续阴雨天气,白天没有太阳辐射热,非采暖房间室内温度和室外温度大体相同,约在5℃;采暖房间有辅助热源提供热量,温度维持在约12℃。辅助电加热的功率为2 kW。
2.1.3 生活热水系统实验分析
在实验过程中分别选出1月8日与1月13日两天下午17∶00提供生活热水,测试采暖和生活热水的相关数据。1月8日为阴雨天气,1月13日为晴好天气,两次分别放出80L生活热水。实验结果曲线图如图9、图10所示。
1月13日为晴好天气,在供应生活热水过程中,热水放出的温度为42~35℃。
从图9可以看出,在17∶00~17∶30之间热水供应后,由于生活热水直接取自水箱中的集热器循环水,集热器供回水温度有10℃左右的明显下降;散热器水循环环路与水箱中的水间接换热,因此散热器进出水温度的下降趋势不如集热器处的明显,下降温度为5℃。从图10可以看出,17∶00~19∶00实验房间室内温度有1℃的下降,这是由于房间以及系统的蓄热作用,采暖房间的室温虽有下降,但下降的趋势也不明显,因此,热水供应后,虽然对系统水温产生一定影响,但对室内温度的影响不大。
1月8日为阴雨天气,在供应生活热水过程中,热水放出的温度为40~31℃。当天早8∶00到第二天早8∶00的采暖房间与非采暖房间室内外温度对比图如图11所示。
从图11可以看出,17∶00生活热水放出时,实验房间室内温度为11.8℃,生活热水放出后,18∶10实验房间温度达到最低值11.3℃,20∶30实验房间温度恢复到11.8℃,可见采暖房间室内温度有先下降后上升的趋势,当辅助热源补充了热量后,室内温度很快可以恢复到正常值。因此,虽然系统在提供生活热水后,采暖房间室内温度有一定下降,但由于房间的蓄热作用,这种影响并不明显,系统依然可以正常采暖。
2.2 数据分析
2.2.1 供暖效果的分析[5]
从上述实验数据来看,1月9日~1月16日晴好天气8∶00~17∶00实验房间平均温度为10.4℃,虽然较非实验房间温度平均温度4.4℃有较明显改善,但实验房间温度仍未达到设计温度16℃。以下对原因加以分析。
管路损失较大。从实验数据来看,集热系统最大集热量为2.16~2.65 kW,最大供热量为1.61~1.96 kW,且从图6更可清楚的看出,系统的集热量和供热量有较大差异,经计算得出,整个系统的管路损失达400 W以上,占平均集热量的1/3,若改善系统管路的保温效果,实验房间平均温度可明显提高,因此,做好管路保温将使实验房间温度得到较大改善。
冷风渗透耗热量较大。实验要求每半小时记录实验数据一次,经常开启阳台门,造成较大的热量损失,经计算可知,由于外门开启造成的冷风侵入耗热量可达300 W,在做好管路保温的基础上,若减少门窗开启次数,实验房间室内温度可以提高,因此,为维持较高的室内温度,应尽量减少门窗开启次数。
2.2.2 生活热水供应效果的分析
实验中生活热水供应时间选择在17∶00~17∶30之间,分析可知,生活热水供应时间越接近中午,对系统的影响越小,因为这时集热系统的集热量会很快补充供应生活热水后的热量损失;在开启辅助热源后供应生活热水,由于辅助热源很快会补充系统散失的热量也将对系统产生较小影响;在每天傍晚集热量下降到最低时到辅助热源开启前的这段时间内提供生活热水对系统的影响最大,因此,在使用生活热水时尽量不要选择这段时间,以减小系统提供生活热水时,对采暖造成的影响。
2.2.3 辅助热源采暖
从实验数据可以看出,当辅助热源提供2 kW供热量时,可使室温维持在12℃。在实际使用的太阳能采暖系统中,辅助热源不必满负荷设计,可按照主要房间面积占总面积的百分比设计辅助热源负荷值,在需要开启辅助热源时,只对主要房间进行采暖,以节省运行费用。本实验辅助热源形式采用电加热,今后根据当地地下水资源情况或地质特点,还可考虑采用地源热泵作为辅助热源形式,系统中加入地源热泵将节省系统的运行费用,且实现更好的环保效益,但系统初投资会相应增加,因此,在选用地源热泵作为辅助热源时,需将几个因素综合考虑,再对系统进行设计。
2.2.4 减小系统初投资及运行费用的措施
在该实验中,每平米集热器面积可提供200 W左右热量,对夏热冬冷且太阳能资源一般的Ⅲ区中集热器、集热量进行估算后,得到在该类地区每平米集热器集热量为200~250 W,这和房间热负荷直接关联,集热器面积是确定太阳能采暖系统规格的决定性因素,因此,房间热负荷指标是确定太阳能采暖系统规格的重要参数。
由于南方地区围护结构大多不做保温处理,且窗墙比普遍较大,造成这些地区采暖热负荷指标普遍较高,经过对夏热冬冷地区别墅类建筑典型户型的热负荷指标估算可知,这些地区的热负荷指标均达到100 W/m2左右,有的甚至达到110 W/m2。在不改变户型及窗墙比的前提下,仅对这类地区建筑的围护结构做保温处理,均能使其热负荷指标降低到60 W/m2以下。采用一些施工难度小,投资成本低的保温隔热措施,就能将房间耗热量指标下降到原有耗热量的50%~60%[6],从而就可减小系统中集热器面积、贮热水箱容积、辅助热源规格、散热器片数等参数,将系统的初投资大大降低,且可降低系统运行过程中的水泵、辅助热源的耗电量,节省运行费用。
3 结论
(1)无论是在晴好天气系统由集热器提供热量,还是在阴雨天气开启辅助热源提供热量时,系统都可以同时满足用户对采暖和生活热水的需求。且末端装置采用散热器可以满足用户室内采暖的需求。
(2)尽量避免在每天傍晚集热量下降到最低时到辅助热源开启前的这段时间内提供生活热水,以减小对房间采暖效果的影响。在系统提供生活热水后,须开启辅助热源补充热量才能使系统为房间正常供暖,且建议在阴雨天辅助热源工作时,尽量减少生活热水用量以减少系统的运行能耗。
(3)在系统安装时,必须对管路做好保温处理。另外,房间的保温效果将对系统选型和系统运行效果造成较大影响,对房间进行保温处理,可以大大降低系统的初投资及运行费用。
摘要：通过太阳能采暖与热水供应系统在夏热冬冷地区的实验,测试了系统采暖及提供生活热水时,太阳能集热系统、采暖系统、辅助热源等部分的相关数据,并在实验中分别对采暖房间与非采暖房间的室内温度进行了测试。通过实验数据分析了太阳能采暖与热水供应系统在夏热冬冷地区使用应考虑的问题,并给出系统设计及运行过程中提高系统性能的有关建议,为有关设计提供参考。
关键词：太阳能系统,热水供应,散热器采暖
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