1、概述

　　隨著(zhù)經(jīng)濟的發(fā)展和人民生活水平的不斷提高，我國正面臨著(zhù)越來(lái)越大的能源壓力，特別是用于采暖、空調建筑能耗的增加，已成為我國不少城市缺電的誘因。地球上的化石燃料——煤、石油、天然氣等將逐漸開(kāi)采枯竭，開(kāi)發(fā)包括太陽(yáng)能、風(fēng)能在內的可再生能源利用的任務(wù)已十分迫切。所以，在提高太陽(yáng)能熱利用應用技術(shù)水平的同時(shí)，應積極創(chuàng )造條件，將現有成熟技術(shù)在實(shí)際工程中推廣應用，以積累經(jīng)驗，通過(guò)實(shí)踐進(jìn)行技術(shù)的改善、提高，起到樣板和示范作用。

　　凈雅集團娛樂(lè )中心是集餐飲、洗浴、演藝綜合性服務(wù)的娛樂(lè )中心，其特點(diǎn)是熱水用量大，對全年室內環(huán)境的舒適度要求高，用于采暖、空調和熱水供應的耗能量大。為盡可能降低運行費用，減輕業(yè)主負擔，我們提出了太陽(yáng)能水環(huán)熱泵的供熱方案，利用太陽(yáng)能進(jìn)行冬季采暖，春、夏、秋三季供應生活熱水，作到全年綜合利用，并提高太陽(yáng)能集熱系統在冬季的熱效率，得到了業(yè)主的認可和采納，現已完成了初步設計。

　　2、太陽(yáng)能集熱系統的設計

　　2.1 太陽(yáng)能集熱器總面積的確定

　　太陽(yáng)能集熱系統能夠獲取的有效得熱量主要受兩個(gè)因素的影響，一是太陽(yáng)能集熱器本身的熱性能質(zhì)量，二是安裝的太陽(yáng)能集熱器總面積。在相同的太陽(yáng)能資源和氣候條件下，為得到要求的得熱量，熱性能好的太陽(yáng)能集熱器需要安裝的面積小，必須選擇高效集熱器，才能降低初投資，獲取最大的投資收益比。為適應冬季采暖和三季供熱水的要求，太陽(yáng)能集熱系統應是閉式循環(huán)系統，這就要求太陽(yáng)能集熱器應有較高的承壓能力。

　　因此，為保證太陽(yáng)能集熱系統運行的高效、安全和可靠，我們采用了清華陽(yáng)光集團生產(chǎn)的全玻璃真空管U型管式太陽(yáng)能集熱器。其特點(diǎn)是在全玻璃真空管內置入銅制U型管作為集熱介質(zhì)的通道，使集熱器的承壓能力提高至1.0Mpa.該太陽(yáng)能集熱器在國際權威機構瑞士Rapperswil太陽(yáng)能檢測中心進(jìn)行的熱性能測試結果，為確定太陽(yáng)能集熱器的面積提供了依據。

　　全玻璃真空管U型管式太陽(yáng)能集熱器的瞬時(shí)集熱效率方程為：

　　η= 0.5608- 0.92 （ Tm-Ta ） / G –0.010 （ Tm-Ta ）2 / G

　　G——太陽(yáng)輻照度

　　Tm——太陽(yáng)集熱器平均水溫

　　Ta——環(huán)境溫度

　　用該瞬時(shí)集熱效率方程和北京地區20年的氣象統計資料，我們分別按冬季運行和夏季運行的兩個(gè)工況，逐時(shí)計算了冬夏兩季在極端條件（1月、7月逐時(shí)最大總輻照度情況）和一般條件（1月、7月逐時(shí)平均總輻照度情況）下太陽(yáng)能集熱器的集熱效率，以及單位面積的累計日得熱量，即單位面積太陽(yáng)能集熱器的日產(chǎn)熱水量。對所得結果進(jìn)行綜合分析，并參照太陽(yáng)熱水器企業(yè)過(guò)去的工程經(jīng)驗，按照最大小時(shí)熱水用水量，確定基本符合用水量要求的太陽(yáng)能集熱器總面積。

　　確定太陽(yáng)能集熱器面積更為準確的方法，應在對太陽(yáng)能熱水系統進(jìn)行熱性能檢測，得出了日熱性能檢測結果的基礎上，再使用標準年的逐日太陽(yáng)輻照量和平均環(huán)境溫度，計算得出全年的單位面積逐日太陽(yáng)能得熱量，即年逐日單位面積太陽(yáng)能產(chǎn)熱水量�？照{所負責的 “十五” 國家科技攻關(guān)課題將開(kāi)發(fā)可進(jìn)行太陽(yáng)能熱水系統全年熱性能預測的計算軟件，課題于2004年底完成后，將為太陽(yáng)能集熱系統的設計提供方便的計算工具。

　　2.2 太陽(yáng)能集熱系統設計

　　本工程太陽(yáng)能集熱系統所產(chǎn)生的太陽(yáng)熱水，在冬季作為水環(huán)熱泵的熱源用于采暖，在春、夏、秋三季則用于生活熱水供應。這樣既可達到全年綜合利用太陽(yáng)能的目的，又可因為水環(huán)熱泵所需的一次水溫度較低，而提高太陽(yáng)能集熱系統在冬季運行時(shí)的熱效率。

　　根據建筑物條件，太陽(yáng)能集熱系統由兩個(gè)分系統組成，太陽(yáng)能集熱器面積分別為160m²和260m²，總面積420m².一般為全年熱水供應使用的太陽(yáng)集熱器傾角應等于當地緯度，北京緯度是40度，但本工程為更加有利于冬季集熱，將安裝傾角加大至45度；冬季的太陽(yáng)高度角低，集熱器安裝傾角加大，則集熱器表面太陽(yáng)直射輻射的入射角減小，對應的太陽(yáng)輻照量增加。按夏季工況確定太陽(yáng)貯熱水箱的容積，每一分系統的貯熱水箱容積為15m³，總容積30m³.

　　太陽(yáng)能集熱器的運行介質(zhì)為防凍液，以解決冬季的防凍問(wèn)題。因此，采用間接加熱閉式系統，集熱介質(zhì)通過(guò)板式換熱器加熱貯熱水箱中的用水，系統回水管路上循環(huán)泵前設定壓膨脹罐。

　　太陽(yáng)能熱水箱是太陽(yáng)能集熱系統和太陽(yáng)熱水供水系統的相接點(diǎn)。每一太陽(yáng)能集熱分系統設2臺太陽(yáng)集熱循環(huán)泵，一用一備，共4臺太陽(yáng)集熱循環(huán)泵；太陽(yáng)熱水供水系統設2臺太陽(yáng)熱水供水泵，一用一備。

　　在太陽(yáng)熱水供水系統環(huán)路上設置了2個(gè)手動(dòng)截止閥進(jìn)行冬季和其他三季的供水功能切換，閥1在冬季開(kāi)啟，其他三季關(guān)閉，太陽(yáng)熱水供給水環(huán)熱泵環(huán)路；閥2在冬季關(guān)閉，其他三季開(kāi)啟，太陽(yáng)熱水供給生活熱水環(huán)路。從而實(shí)現太陽(yáng)熱水在冬季供應生活熱水，在其他三季作為水環(huán)熱泵一次熱水熱源的功能變換。

　　本工程生活熱水供應和冬季采暖的常規熱源為燃氣鍋爐，生活熱水系統采用容積式換熱器換熱，采暖系統則采用板式換熱器。為最大限度地利用太陽(yáng)得熱量，春、夏、秋三季太陽(yáng)熱水是容積式換熱器的給水，只在冬季改為由自來(lái)水給水。因此，在容積式換熱器的給水管路上同樣設置了2個(gè)手動(dòng)截止閥進(jìn)行冬季和其他三季的供水功能切換，閥1在冬季開(kāi)啟，其他三季關(guān)閉，由自來(lái)水向容積式換熱器給水；閥2在冬季關(guān)閉，其他三季開(kāi)啟，則由太陽(yáng)熱水向容積式換熱器給水。

　　由于娛樂(lè )中心的生活熱水使用量隨客流量的大小有較大變化，為防止長(cháng)期用水量小而造成太陽(yáng)能集熱系統水溫過(guò)高，甚至發(fā)生汽化的現象，在系統的每排集熱器管路上均設置自動(dòng)放氣閥，以保證系統的運行安全。為防止熱水在板式換熱器內產(chǎn)生結垢，每個(gè)板式換熱器的進(jìn)口管路上都需加裝電子除垢儀。

　　為充分挖掘節能效益，選用的燃氣鍋爐應有良好的自控功能，可根據容積式換熱器和板式換熱器太陽(yáng)熱水供水溫度的變化自動(dòng)調節鍋爐的供熱出力，真正起到節能效果。

　　3、太陽(yáng)能供熱系統的運行

　　控制太陽(yáng)能集熱系統采用溫差控制循環(huán)，在太陽(yáng)能熱水箱內和每一太陽(yáng)能集熱分系統上均設置溫度傳感器，當太陽(yáng)集熱系統水溫T1高于貯熱水箱水溫T2時(shí)，集熱循環(huán)泵啟動(dòng)，集熱系統運行，通過(guò)太陽(yáng)集熱器加熱后的熱水進(jìn)入貯熱水箱。當太陽(yáng)集熱器系統水溫T1低于貯熱水箱水溫T2時(shí)，集熱循環(huán)泵關(guān)閉，集熱系統停止運行，防止溫度低于T2的冷水進(jìn)入水箱，以避免夜間和陰、雨、雪天的無(wú)謂熱損失。

　　太陽(yáng)能熱水箱的補水是直接利用自來(lái)水，在水箱內設置高低水位控制器，通過(guò)高、低水位信號控制自來(lái)水供水管路上的電磁閥，在水箱水位下降到設定的低水位時(shí)，電磁閥開(kāi)啟補水；補水到達設定的高水位后，電磁閥關(guān)閉停止補水。在春、夏、秋三季，即使沒(méi)有太陽(yáng)熱水時(shí)，容積式換熱器的自來(lái)水補水也是通過(guò)太陽(yáng)能熱水箱予以補充。

　　春、夏、秋三季太陽(yáng)熱水供水泵按照容積式換熱器的補水控制方式啟停，需要補水時(shí)，信號控制太陽(yáng)熱水供水泵啟動(dòng)，水滿(mǎn)后停泵。冬季時(shí)，容積式換熱器由自來(lái)水補水，補水時(shí)，信號控制自來(lái)水管路上的電磁閥開(kāi)啟進(jìn)水，水滿(mǎn)后電磁閥關(guān)閉。

　　冬季運行時(shí)，太陽(yáng)熱水通過(guò)板式熱交換器加熱水環(huán)熱泵的一次熱水，在夜間和陰、雨、雪天太陽(yáng)供熱量不足時(shí)，太陽(yáng)能熱水箱的水溫可能會(huì )低于水環(huán)熱泵空調系統的采暖回水溫度。因此，太陽(yáng)熱水供水泵的啟停，應該根據太陽(yáng)能熱水箱內的水溫來(lái)控制。否則采暖回水不僅不能從熱交換器獲取熱量，反而可能損失熱量，造成采暖回水溫度的繼續降低�？刂扑�泵啟停的水箱溫度設定與水環(huán)熱泵的設計采暖回水溫度密切相關(guān)，本工程水環(huán)熱泵的設計采暖回水溫度為22℃；所以，太陽(yáng)熱水供水泵運行的控制為：當太陽(yáng)能熱水箱的水溫低于25℃時(shí)，供水泵停，當太陽(yáng)能熱水箱的水溫達到30℃時(shí)，供水泵重新啟動(dòng)；從而保證采暖回水通過(guò)熱交換器始終是獲取熱量。

　　參考文獻：

　�。�1）王長(cháng)貴。鄭瑞澄。新能源在建筑中的應用。北京：中國電力出版社，2003