張龍 張子平 龔凱

摘 要：文章介紹了青海某小區(qū)太陽(yáng)能水源熱泵供暖系統(tǒng)。該系統(tǒng)由太陽(yáng)能集熱器、水源熱泵、儲(chǔ)熱水箱、控制系統(tǒng)、末端設(shè)備等幾部分組成。介紹了系統(tǒng)的3種運(yùn)行工況。通過(guò)對(duì)集熱系統(tǒng)監(jiān)測(cè)，得出了太陽(yáng)能集熱系統(tǒng)效率，太陽(yáng)能保證率；通過(guò)太陽(yáng)能熱泵系統(tǒng)運(yùn)行分析，得出該系統(tǒng)具有較高的COP。

關(guān)鍵詞：太陽(yáng)能；熱泵；集熱器

1 系統(tǒng)構(gòu)成

本系統(tǒng)設(shè)計(jì)目的是為滿足青海省樂(lè)都市某小區(qū)冬季供暖的需求，系統(tǒng)主要由真空管太陽(yáng)能集熱器、熱泵機(jī)組、儲(chǔ)熱水箱、自動(dòng)控制系統(tǒng)等幾大部分組成。

2 系統(tǒng)分析

2.1 太陽(yáng)能集熱器

太陽(yáng)能集熱器是太陽(yáng)能供熱采暖系統(tǒng)中吸收太陽(yáng)輻射并將所產(chǎn)生的熱能傳遞給傳熱介質(zhì)的裝置，根據(jù)集熱器的防凍、承壓、減少換熱損失、初投資等要求，選用玻璃真空管集熱器。其集熱器效率為：

（1）

式中集熱器單獨(dú)吸熱時(shí)的平均效率，m為集熱器加熱水的質(zhì)量，kg；cw為水的平均比熱容，kj/kg℃；ΔT為集熱器溫升，℃；AC為太陽(yáng)能集熱器的有效采光面積，m2；Ieff（t）為太陽(yáng)輻照度。

2.2 儲(chǔ)熱水箱傳熱計(jì)算分析

系統(tǒng)設(shè)置了玻璃鋼儲(chǔ)熱水箱。集熱器與水箱之間無(wú)換熱器。水箱內(nèi)水的焓增量等于集熱器傳給水箱的熱量減去水箱傳給負(fù)荷的熱量熱損失，寫成數(shù)學(xué)形式為：

當(dāng)系統(tǒng)無(wú)負(fù)荷運(yùn)行時(shí)： （2）

當(dāng)系統(tǒng)有負(fù)荷運(yùn)行時(shí)： （3）

式中，m水箱的水量；Q蓄熱水箱提供的供暖負(fù)荷；U水箱的熱損失系數(shù)；AS水箱的表面積；ts水箱溫度；Ta環(huán)境溫度。

2.3 太陽(yáng)能水源熱泵系統(tǒng)性能計(jì)算

由于太陽(yáng)能本身能量密度低，受時(shí)間、天氣等條件限制，要使系統(tǒng)能夠全天候的工作，輔助系統(tǒng)是必不可少的。本系統(tǒng)采用了一臺(tái)水源熱泵機(jī)組作為輔助。在太陽(yáng)能完全不能利用的極端情況下，熱泵能完全滿足供暖需求。系統(tǒng)COP為：

（4）

式中COPh為熱泵綜合性能系數(shù)；Qc（t）為熱泵冷凝器側(cè)的放熱功率，KW；W（t）為熱泵壓縮機(jī)功率，kw。

3 工程實(shí)例分析

3.1 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)安裝在青海省某小區(qū)，建筑物為一棟居民樓，系統(tǒng)用于24戶居民共計(jì)3200m2冬季供暖。供暖末端采用地板輻射系統(tǒng)，循環(huán)水溫要求在35～45℃之間，能夠滿足冬季房屋不低于18℃的要求。經(jīng)計(jì)算，選取了功率40KW，制熱量為160KW的水源熱泵機(jī)組；集熱器面積為400m2；玻璃鋼儲(chǔ)熱水箱體積為40m3。

3.2 系統(tǒng)運(yùn)行方案

該太陽(yáng)能水源熱泵系統(tǒng)的運(yùn)行原理為集熱器將太陽(yáng)輻射能轉(zhuǎn)化為熱能，被循環(huán)系統(tǒng)中的水吸收，直接將熱量交換并儲(chǔ)存在儲(chǔ)熱水箱。太陽(yáng)能部分的換熱循環(huán)采用溫差控制。集熱器和儲(chǔ)熱水箱中安裝感溫探頭，當(dāng)集熱器中水溫比水箱水溫高出15℃時(shí)，循環(huán)泵開始循環(huán)，當(dāng)溫差下降到10℃時(shí)關(guān)閉循環(huán)泵。

3.3 集熱系統(tǒng)效率檢測(cè)方法及數(shù)據(jù)處理

集熱系統(tǒng)效率：在測(cè)試期間內(nèi)太陽(yáng)能集熱系統(tǒng)有用得熱量與同一測(cè)試期內(nèi)投射在太陽(yáng)能集熱器上的太陽(yáng)輻照量之比。集熱系統(tǒng)效率用下式計(jì)算：

（5）

式中：？濁-集熱系統(tǒng)效率，%；QC-測(cè)試期內(nèi)太陽(yáng)能集熱系統(tǒng)的有用得熱量，MJ；A-太陽(yáng)能集熱器采光面積，m2；H-測(cè)試期內(nèi)每平米太陽(yáng)能集熱器采光面上的太陽(yáng)輻照量，MJ/m2。

3.4 日太陽(yáng)輻照量H檢測(cè)方法

在屋頂無(wú)任何遮擋處，與集熱器相同傾角安裝一個(gè)用以記錄太陽(yáng)輻照量的總輻射表?？傒椛浔碜詣?dòng)記錄每天的太陽(yáng)輻照量，此值再乘以集熱器采光面積即為有效測(cè)試期間投射到集熱器采光面積上的太陽(yáng)輻照量H。

3.5 采暖季太陽(yáng)能保證率計(jì)算

采暖季太陽(yáng)能保證率：太陽(yáng)能采暖系統(tǒng)中由太陽(yáng)能集熱系統(tǒng)提供的熱量QC與系統(tǒng)采暖耗熱量QW之比。采暖季工況太陽(yáng)能保證率用下式計(jì)算：

（6）

3.6檢測(cè)結(jié)果

采暖季測(cè)試期間集熱系統(tǒng)得熱量、集熱系統(tǒng)效率、采暖耗能量、太陽(yáng)能保證率檢測(cè)結(jié)果如表1。

表1 太陽(yáng)能部分?jǐn)?shù)據(jù)檢測(cè)結(jié)果

在系統(tǒng)運(yùn)行期間，每個(gè)月選取有代表性的8天進(jìn)行性能測(cè)試，冬季共測(cè)試了40組數(shù)據(jù)，從圖2可以看出，熱泵系統(tǒng)的冬季供暖cop可以達(dá)4.98左右。

圖2 系統(tǒng)供暖時(shí)的性能系數(shù)

4結(jié)束語(yǔ)

（1）太陽(yáng)能熱泵系統(tǒng)根據(jù)當(dāng)?shù)厝照諚l件強(qiáng)弱和建筑物采暖負(fù)荷變化采用不同運(yùn)行模式，即可提高熱泵運(yùn)行效率，又能提高太陽(yáng)能利用率。使得太陽(yáng)能通過(guò)熱泵提升后合理應(yīng)用。（2）通過(guò)對(duì)集熱系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)及數(shù)據(jù)計(jì)算，得出了該系統(tǒng)在冬季集熱效率在20%以上，太陽(yáng)能保證率在40%以上。對(duì)太陽(yáng)能熱泵系統(tǒng)的運(yùn)行數(shù)據(jù)分析，得出了該系統(tǒng)運(yùn)行具有較高的cop值，節(jié)能效果顯著。（3）青海地區(qū)的氣候和水源地質(zhì)條件是決定太陽(yáng)能熱泵系統(tǒng)的關(guān)鍵因素，通過(guò)后期跟蹤監(jiān)測(cè)，該系統(tǒng)在青海地區(qū)具有良好的應(yīng)用前景。

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作者簡(jiǎn)介：張龍（1988，1-），男，江西樂(lè)平人，碩士研究生。