太阳能水环热泵供热系统.docx

太阳能水环热泵供热系统摘要：本文介绍了太阳能水环热泵供热系统设计。利用在中心屋顶上安装的太阳能集热系统冬季作为水环热泵的热源其他三季进行生活热水供应以达到全年综合利用太阳能并提高太阳能集热系统在冬季运行时的热效率。关键词：太阳能水环热泵供热1概述随着经济的发展和人民生活水平的不断提高我国正面临着越来越大的能源压力特别是用于采暖、空调建筑能耗的增加已成为我国不少城市缺电的诱因。地球上的化石燃料——煤、石油、天然气等将逐渐开采枯竭开发包括太阳能、风能在内的可再生能源利用的任务已十分迫切。所以在提高太阳能热利用应用技术水平的同时应积极创造条件将现有成熟技术在实际工程中推广应用以积累经验通过实践进行技术的改善、提高起到样板和示范作用。净雅集团娱乐中心是集餐饮、洗浴、演艺综合性服务的娱乐中心其特点是热水用量大对全年室内环境的舒适度要求高用于采暖、空调和热水供应的耗能量大。为尽可能降低运行费用减轻业主负担我们提出了太阳能水环热泵的供热方案利用太阳能进行冬季采暖春、夏、秋三季供应生活热水作到全年综合利用并提高太阳能集热系统在冬季的热效率得到了业主的认可和采纳现已完成了初步设计。2太阳能集热系统的设计2.1太阳能集热器总面积的确定太阳能集热系统能够获取的有效得热量主要受两个因素的影响一是太阳能集热器本身的热性能质量二是安装的太阳能集热器总面积。在相同的太阳能资源和气候条件下为得到要求的得热量热性能好的太阳能集热器需要安装的面积小必须选择高效集热器才能降低初投资获取最大的投资收益比。为适应冬季采暖和三季供热水的要求太阳能集热系统应是闭式循环系统这就要求太阳能集热器应有较高的承压能力。因此为保证太阳能集热系统运行的高效、安全和可靠我们采用了清华阳光集团生产的全玻璃真空管U型管式太阳能集热器。其特点是在全玻璃真空管内置入铜制U型管作为集热介质的通道使集热器的承压能力提高至1.0Mpa。该太阳能集热器在国际权威机构瑞士Rapperswil太阳能检测中心进行的热性能测试结果为确定太阳能集热器的面积提供了依据。全玻璃真空管U型管式太阳能集热器的瞬时集热效率方程为：η=0.5608-0.92(Tm-Ta)/G?0.010(Tm-Ta)2/GG——太阳辐照度Tm——太阳集热器平均水温Ta——环境温度用该瞬时集热效率方程和北京地区20年的气象统计资料我们分别按冬季运行和夏季运行的两个工况逐时计算了冬夏两季在极端条件（1月、7月逐时最大总辐照度情况）和一般条件（1月、7月逐时平均总辐照度情况）下太阳能集热器的集热效率以及单位面积的累计日得热量即单位面积太阳能集热器的日产热水量。对所得结果进行综合分析并参照太阳热水器企业过去的工程经验按照最大小时热水用水量确定基本符合用水量要求的太阳能集热器总面积。确定太阳能集热器面积更为准确的方法应在对太阳能热水系统进行热性能检测得出了日热性能检测结果的基础上再使用标准年的逐日太阳辐照量和平均环境温度计算得出全年的单位面积逐日太阳能得热量即年逐日单位面积太阳能产热水量。空调所负责的“十五”国家科技攻关课题将开发可进行太阳能热水系统全年热性能预测的计算软件课题于2004年底完成后将为太阳能集热系统的设计提供方便的计算工具。2.2太阳能集热系统设计本工程太阳能集热系统所产生的太阳热水在冬季作为水环热泵的热源用于采暖在春、夏、秋三季则用于生活热水供应。这样既可达到全年综合利用太阳能的目的又可因为水环热泵所需的一次水温度较低而提高太阳能集热系统在冬季运行时的热效率。根据建筑物条件太阳能集热系统由两个分系统组成太阳能集热器面积分别为160m2和260m2总面积420m2。一般为全年热水供应使用的太阳集热器倾角应等于当地纬度北京纬度是40度但本工程为更加有利于冬季集热将安装倾角加大至45度；冬季的太阳高度角低集热器安装倾角加大则集热器表面太阳直射辐射的入射角减小对应的太阳辐照量增加。按夏季工况确定太阳贮热水箱的容积每一分系统的贮热水箱容积为15m3总容积30m3。太阳能集热器的运行介质为防冻液以解决冬季的防冻问题。因此采用间接加热闭式系统集热介质通过板式换热器加热贮热水箱中的用水系统回水管路上循环泵前设定压膨胀罐。系统原理示意图见图1。图1：太阳能集热系统原理图