太陽能集成系統(tǒng)的研究與優(yōu)化設計

1、<p>　　太陽能集成系統(tǒng)的研究與優(yōu)化設計</p><p>　　摘要：太陽能以其清潔及節(jié)能等優(yōu)點在近年來廣泛受到關注，具有很大發(fā)展?jié)摿?。本文介紹了太陽能集成系統(tǒng)的應用類型，提出一種新型兼具生活熱水、采暖及制冷的太陽能集成系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用適合太陽能這種低品位的新能源的能量輸出末端的輻射形式，在滿足使用和舒適的前提下能夠保證較高的效率。分析了其系統(tǒng)組成及優(yōu)化設計，并對系統(tǒng)實際應用中存在的一些問題進行了探討。

2、 </p><p>　　關鍵詞：太陽能；集成系統(tǒng)；輻射末端；優(yōu)化設計 </p><p><b>　　1.、引言 </b></p><p>　　在我國，每年建筑運行所消耗的能源占全國商品能源的21%～24%，其中很大部分用于為建筑提供冬季采暖及夏季空調[1]。在如此嚴峻的情況下，可再生能源的利用將是今后的必然選擇，而在可再生能源中，太陽能無疑有很

3、廣闊的發(fā)展前景。但是目前在建筑中應用的太陽能系統(tǒng)，除了家用太陽能熱水器之外，一般總體利用效率都不高，尤其是對于較大型的太陽能系統(tǒng)，表現更為嚴重，使得太陽能的巨大潛力沒有充分發(fā)揮。如果把可用的太陽能資源以合理的形式輸出到末端，滿足建筑不同區(qū)域不同時段的能量需求，滿足建筑中熱水、采暖、空調等多種需求，系統(tǒng)總體性能會大大提高[2]。 </p><p>　　2.、太陽能空調的應用類型 </p><p&

4、gt;　　太陽能制冷一般情況下可以通過太陽能光電轉換制冷和太陽能光熱轉換制冷兩種途徑來實現。考慮到太陽能光電轉換系統(tǒng)成本要比太陽能光熱轉換系統(tǒng)高出許多倍，目前太陽能空調多以光熱轉換系統(tǒng)為主。太陽能吸收式制冷是目前應用最多的一種形式[3]。本文研究的太陽能集成系統(tǒng)即為太陽能吸收式制冷類型。但是所采用的利用末端與傳統(tǒng)形式有所區(qū)別。由于太陽能熱水系統(tǒng)能量品位較低，在一定的溫度范圍才能有效發(fā)揮能力，因此選用適合這種低品位的新能源的能量輸出末端的

5、輻射形式，在滿足使用和舒適的前提下能夠保證較高的效率[4]。 </p><p>　　3.、太陽能集成系統(tǒng)的組成及優(yōu)化設計 </p><p>　　3.1太陽能集成系統(tǒng)組成 </p><p>　　太陽能集成系統(tǒng)系統(tǒng)主要由太陽能集熱器、溴化鋰吸收式制冷機、大儲熱水箱、小儲熱水箱、儲冷水箱、生活用熱水箱、冷輻射吊頂、地板采暖結構、循環(huán)水泵、冷卻塔、空調箱、輔助熱源和自動控制

6、系統(tǒng)等幾部分組成。 </p><p>　　3.2太陽能集成系統(tǒng)工作過程 </p><p>　　太陽能集成系統(tǒng)可以實現夏季制冷、冬季采暖、全年提供生活熱水等多項功能。 </p><p>　　在夏季，被太陽集熱器加熱的熱水首先進入儲水箱，當熱水溫度達到一定值時，從儲水箱向吸收式制冷機提供熱媒水；從吸收式制冷機流出并已降溫的熱水流回到儲水箱，再由太陽集熱器加熱成高溫熱水；

7、吸收式制冷機產生的冷媒水流經房間的輻射冷吊頂結構，負擔房間空調顯熱冷負荷，以達到制冷空調的目的。當太陽能不足以提供高溫的熱媒水時，可由輔助熱源補充熱量。 </p><p>　　在冬季，同樣先將太陽集熱器加熱的熱水進入儲水箱，當熱水溫度達到一定值時，從儲水箱直接向位于房間的地板采暖結構里，通過輻射及對流的方式加熱室內空間以達到供熱采暖的目的。當太陽能不能滿足要求時，也可由輔助熱源補充熱量。 </p>

8、<p>　　在非空調采暖季節(jié)，只要將太陽集熱器加熱的熱水直接通向生活熱水儲水箱中的換熱器，通過換熱器就可把儲水箱中的冷水逐漸加熱以供使用。 </p><p>　　為了保證系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性，使制冷機的進口熱水溫度不受太陽輻照瞬時變化的直接影響，太陽集熱器出口的熱水首先進入儲熱水箱，再由儲熱水箱向制冷機供熱。此外，儲熱水箱還可以把太陽輻射能高峰時暫時用不了的能量以熱水的形式儲存起來以備后用。大儲熱水箱主要用

9、來儲存多余的熱能；小儲熱水箱主要用來保證系統(tǒng)的快速啟動。 </p><p>　　3.3太陽能集成系統(tǒng)優(yōu)化設計 </p><p>　?。?）U型管式真空管太陽能集熱器的應用 </p><p>　　選用U形管式真空管集熱器可減少中間環(huán)節(jié)的傳導熱損，因而可更大限度地利用太陽輻射能，集熱效率較高。U型管式真空管集熱器主要由U型管、吸熱板、玻璃管等幾部分組成。 （2）分離式熱

10、管換熱器的應用 </p><p>　　當對于太陽能集熱器體積有要求式，可采用分離式熱管直接加熱溴化鋰溶液。使用分離式熱管直接連接太陽能集熱器和制冷機發(fā)生器。分離式熱管的蒸發(fā)段在集熱器內吸收熱量，凝結段在制冷機發(fā)生器中釋放熱量。這樣不僅可以減小系統(tǒng)的體積，而且可以提高發(fā)生器熱源溫度，大幅提高傳熱效率。由于熱管對熱源溫度反應比較快，太陽輻射不足時，制冷機很快就會停機。使用分離式熱管可以將輔助熱源和太陽能熱源緊密的結合

11、在一起，集熱器部分產生的蒸汽和輔助熱源產生的蒸汽集合在一起流向凝結段，使太陽能熱源和輔助熱源之間有非常好的協同工作性能。這樣也可以使系統(tǒng)具有啟動快、運行穩(wěn)定的特點[5]。 </p><p>　?。?）輔助熱源的選擇 </p><p>　　太陽能集成系統(tǒng)中常用的輔助熱源有電加熱器、燃油鍋爐、燃氣鍋爐。還有一些太陽能吸收式空調系統(tǒng)采用其它的清潔能源或可再生能源作為系統(tǒng)的輔助熱源，如：采用液化石

12、油氣為燃料的備用熱源、以熱泵為輔助熱源等等。綜合分析，以燃油鍋爐為輔助熱源的太陽能空調系統(tǒng)結構復雜、初投資高，但可以同時實現夏季空調、冬季供暖以及過渡季節(jié)提供生活熱水的功能。以電加熱器為輔助熱源的太陽能空調系統(tǒng)耗費了高品位的電能，成本較高。燃氣鍋爐驅動的吸收式制冷機比傳統(tǒng)的電壓縮制冷機具有較低的一次能源利用效率[6]。綜上所述，本系統(tǒng)中可選用適用于住宅以及綜合辦公樓等建筑的燃油鍋爐作為輔助熱源。 </p><p>

13、;<b>　　4.、系統(tǒng)應用 </b></p><p>　　太陽能集成系統(tǒng)與建筑內部多種需求緊密結合，很大的提高了太陽能總體使用效率，具有很強的實用性。但是在實際應用時需要注意： </p><p>　　（1）系統(tǒng)的運行情況受建筑的負荷特性影響較大。不同的運行模式會影響最終的使用效果，如連續(xù)運行間歇運行，工作時間是白天還是夜間，熱水、采暖及制冷不同需求的負荷分布均不能一

14、概定論。因此，在設計階段需要對這些負荷特性仔細考察，選用與之相匹配的部件及結構。在運行階段也要根據實際運行效果定期進行相應的調節(jié)。 </p><p>　?。?）在北方地區(qū)，冬季夜間裸露在室外的集熱器溫度降低，有管路結冰破壞系統(tǒng)的危險。因此，需設有防凍措施。比如：可以在集熱器回路采用防凍液；或者在夜間及連續(xù)陰天時排空管路中的水，在開啟前重新充注，但是這種方式操作比較煩瑣；另外，也可以由自控系統(tǒng)監(jiān)視管路內的水溫，當低

15、于某個設定值有結露危險時，自控系統(tǒng)開啟相應的水路循環(huán)，防止凍結。 </p><p><b>　　5.、結論 </b></p><p>　　該太陽能集成系統(tǒng)能實現制冷、采暖、提供生活熱水等多種功能，具有很強的應用性。選用輻射末端與太陽能具有很強的匹配性；采用U型管式真空管太陽能集熱器可提高制冷和采暖效率；太陽能集成系統(tǒng)實際應用過程中根據運行模式改變有對應的調節(jié)。 <

16、;/p><p><b>　　參考文獻： </b></p><p>　　[1] 江億.“我國建筑耗能狀況及有效的節(jié)能途徑.” 暖通空調2005年第35卷第5期 </p><p>　　[2] Henning， H.-M. “Solar assisted air conditioning of buildings - an overview.”Appli

17、ed Thermal Engineering 2007， 27（10）： 1734-1749. </p><p>　　[3]胡桂秋、黃晶.太陽能空系統(tǒng)設計方案探討.制冷與空調.2009，23（3）：106-108 </p><p>　　[4] Atmaca， I.， O. Kaynakli， et al. （2007）. “Effects of radiant temperature on

18、 thermal comfort.” Building and Environment 2007， 42（9）： 3210-3220. </p><p>　　[5l梁建軍.新型戶式太陽能空調系統(tǒng)的設計及傳熱強化[D].長沙理工大學.2007，5：20-22 </p><p>　　[6]李悅.基于輻射供冷的太陽能吸收式空調系統(tǒng)研究[D].上海交通大學.2012.2：5-7</p>