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　　U型管式真空管集熱器、熱管式真空管集熱器和直流式真空管集熱器是在全玻璃真空管集熱器基礎(chǔ)上發(fā)展起來產(chǎn)品，三者的共同特點(diǎn)都具有比較高的集熱效率，以金屬作為吸熱體，可以承壓運(yùn)行，但從集熱效率、防漏、防垢、耐久性、安全性、可靠性、安裝維護(hù)難度等方面進(jìn)行綜合評價(jià)，熱管式真空管集熱器是最適宜在中央熱水供應(yīng)系統(tǒng)中采用的太陽能集熱器類型，U型管式真空管集熱器和直流式真空管集熱器次之。熱管式真空管集熱器利用熱管傳熱，干性連接，管內(nèi)不走水，具有熱容小、傳熱快、耐冰凍、耐熱沖擊、承壓強(qiáng)、保溫好、無滲漏、易維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)，U型管式真空管集熱器和直流式集熱器利用真空管內(nèi)同心套管直接對工質(zhì)加熱，除了具有運(yùn)行溫度高、承壓能力強(qiáng)和耐熱沖擊性能好等特點(diǎn)外，其集熱效率高于其它形式的集熱器，并且可以水平安裝，簡化安裝支架，減少安裝場地面積，避免集熱器影響建筑外觀，在太陽能和建筑結(jié)合方面具有較強(qiáng)的適應(yīng)性，但其安裝程序比熱管式真空管集熱器復(fù)雜，接口較多，運(yùn)行中有漏水隱患，系統(tǒng)維護(hù)成本相對較高。
　　2太陽能—熱泵中央熱水系統(tǒng)的工作原理
　　太陽能與太陽能輔助加熱空氣源熱泵結(jié)合作為中央熱水系統(tǒng)的熱源，其目的在于取長補(bǔ)短，使二者互為補(bǔ)充，互為備用，在日照充足時(shí)優(yōu)先使用太陽能加熱熱水，利用太陽能集熱器產(chǎn)生的低溫?zé)崴鳛樘柲茌o助加熱空氣源熱泵的輔助熱源，從而改善熱泵的運(yùn)行工況，提高其制熱性能。這種組合形式，使二者均在相對比較穩(wěn)定高效的條件下工作，保證系統(tǒng)全年全天候的衛(wèi)生熱水供應(yīng)。空氣源熱泵制熱過程本質(zhì)上是對空氣中蘊(yùn)藏的太陽熱能的提升利用，根據(jù)熱泵的工作特性，在整個(gè)熱水系統(tǒng)的運(yùn)行過程中，熱泵機(jī)組作為輔助熱源運(yùn)行所供應(yīng)的熱量中，只有一小部分來自電能，所以太陽能—熱泵中央熱水系統(tǒng)大大提高了太陽能利用率，減少了對一次能源的消耗。
　　太陽能—熱泵中央熱水系統(tǒng)的運(yùn)行主要有以下四種工況：
　　（1）太陽能加熱生活熱水
　　在大部分日照良好的晴天，系統(tǒng)按此工況工作，此時(shí)太陽能循環(huán)泵的工作由系統(tǒng)控制器根據(jù)太陽能集熱器和熱水箱的溫度進(jìn)行控制，源源不斷的利用集熱器采集的熱量通過中間換熱器輸送到熱水箱。
　　（2）太陽能輔助熱泵機(jī)組加熱生活熱水
　　當(dāng)陰天或多云天氣，當(dāng)太陽能集熱溫度低于熱水箱水溫不足以直接加熱生活熱水時(shí)，熱泵機(jī)組啟動，利用空氣作為熱源加熱熱水箱內(nèi)生活熱水。在秋冬季節(jié)，當(dāng)環(huán)境溫度低于熱泵的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行溫度時(shí)，熱泵機(jī)組的制熱效率下降并且蒸發(fā)器表面結(jié)霜，此時(shí)，熱泵輔助加熱循環(huán)啟動，高于環(huán)境溫度的低溫太陽能熱水進(jìn)入熱泵機(jī)組輔助換熱器內(nèi)，預(yù)熱通過的空氣，使熱泵效率提高，并切具有防止蒸發(fā)器結(jié)霜的作用，可以節(jié)約熱泵機(jī)組的耗電量。
　　（3）太陽能和熱泵機(jī)組同時(shí)加熱生活熱水
　　在晴天日照良好時(shí)，如果熱水系統(tǒng)的耗熱量大于太陽能集熱系統(tǒng)的有效供熱量或太陽能集熱器的數(shù)量較少，不能滿足熱水系統(tǒng)的用熱需求，則太陽能和熱泵機(jī)組同時(shí)工作向熱水系統(tǒng)供熱。
　　（4）熱泵機(jī)組直接加熱生活熱水
　　在連續(xù)的雨雪天氣，熱水系統(tǒng)所需熱量完全由空氣源熱泵機(jī)組提供。此時(shí)，太陽能系統(tǒng)處于待機(jī)狀態(tài)，熱泵機(jī)組單獨(dú)工作對熱水箱加熱。
　　3太陽能—熱泵中央熱水系統(tǒng)設(shè)計(jì)
　　3.1太陽能輔助加熱空氣源熱泵機(jī)組功率的確定
　　太陽能—熱泵中央熱水系統(tǒng)中，太陽能輔助加熱空氣源熱泵機(jī)組在晴好天氣作為太陽能集熱系統(tǒng)的輔助熱源設(shè)備，在太陽能資源不足時(shí)或陰雨天氣作為系統(tǒng)的主要熱源保證熱水的正常供應(yīng)，所以其制熱功率應(yīng)按照整個(gè)熱水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)熱負(fù)荷進(jìn)行確定。對于全日制中央熱水系統(tǒng)，熱泵機(jī)組功率按照熱水系統(tǒng)設(shè)計(jì)小時(shí)熱負(fù)荷確定，對于非全日制中央熱水系統(tǒng)，熱泵機(jī)組的功率應(yīng)根據(jù)最大用水量、熱水箱容積、加熱時(shí)間等參數(shù)進(jìn)行確定，具體參見文獻(xiàn)[9]。熱泵機(jī)組的額定制熱功率不小于中央熱水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)負(fù)荷，在冬季比較寒冷的地區(qū)，可適當(dāng)加大機(jī)組的型號，使其盡量在一天中氣溫比較高的時(shí)段內(nèi)運(yùn)行，在較短的時(shí)間內(nèi)滿足系統(tǒng)的用熱需求。
　　3.2太陽能集熱器面積的確定
　　太陽能—熱泵中央熱水系統(tǒng)中，太陽能集熱器的面積應(yīng)以熱水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)熱負(fù)荷或根據(jù)實(shí)際情況確定的太陽能供熱量作為基本依據(jù)，并分析計(jì)算項(xiàng)目所在地單位面積的太陽能集熱器平均每日有效得熱量，從而確定太陽能集熱器的安裝面積。
　　熱水工程中，太陽能集熱器一般是固定角度安裝，其單位面積日有效得熱量隨季節(jié)的變化和每日內(nèi)太陽輻照強(qiáng)度的變化，并不是一個(gè)固定值。其影響因素主要有集熱器的安裝角度、系統(tǒng)運(yùn)行工況、所在地氣象參數(shù)和太陽輻照量等。不同的集熱器類型具有不同的集熱效率，其有效得熱量也不同，所以在實(shí)際應(yīng)用中一般根據(jù)集熱器生產(chǎn)廠家提供的集熱器集熱效率等性能參數(shù)和太陽輻照資料進(jìn)行分析計(jì)算，取全年平均值。
　　3.3太陽能集熱系統(tǒng)形式
　　對于太陽能—熱泵中央熱水系統(tǒng)，太陽能集熱系統(tǒng)既作為熱水加熱的主要熱源又作為熱泵機(jī)組的輔助熱源，并且應(yīng)能承受較低的環(huán)境溫度，所以應(yīng)采用閉式系統(tǒng)，系統(tǒng)循環(huán)工質(zhì)采用防凍液溶液。
　　4太陽能—熱泵中央熱水系統(tǒng)的實(shí)用意義
　　4.1運(yùn)行可靠性分析
　　作為太陽能—熱泵中央熱水系統(tǒng)的主要組成部分，太陽能和空氣源熱泵都是技術(shù)成熟的節(jié)能環(huán)保產(chǎn)品。太陽能在生活熱水系統(tǒng)中的規(guī)模化利用已有20余年的歷史，空氣源熱泵的大量應(yīng)用也有數(shù)十年的歷史[10]，太陽能熱泵中央熱水系統(tǒng)將太陽能與空氣源熱泵技術(shù)有機(jī)結(jié)合，在不影響二者原有運(yùn)行功能的條件下，使其運(yùn)行效率顯著提高，從而能夠保證系統(tǒng)穩(wěn)定可靠運(yùn)行，節(jié)約熱水系統(tǒng)常規(guī)能源消耗。
　　4.2節(jié)能效益分析
　　根據(jù)我國北方大部分地區(qū)的太陽輻照資料，按照衛(wèi)生熱水系統(tǒng)平均耗熱量和太陽能集熱器日平均得熱量確定太陽能熱水系統(tǒng)的集熱器面積，太陽能—熱泵中央熱水系統(tǒng)中，太陽能直接加熱可滿足熱水系統(tǒng)全年60—80%的熱量需求，其余20—40%熱量由太陽能輔助加熱空氣源熱泵機(jī)組供應(yīng)，熱泵平均COP可達(dá)3.0，即其所供應(yīng)熱量有65%以上來自集熱器不能直接利用的太陽能和空氣熱能。在整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行中，集熱器吸收的太陽能的利用率接近100%，輔助加熱的電力消耗只占系統(tǒng)總能耗的7—14%，較常規(guī)能源的熱水系統(tǒng)可至少節(jié)能85%以上。
　　通過上述分析可見，太陽能—熱泵中央熱水系統(tǒng)是一種性能可靠，環(huán)保節(jié)能的熱水系統(tǒng)形式，該系統(tǒng)只使用太陽能及少量的電能，對環(huán)境沒有任何的污染。在白天最低溫度-15℃以上、太陽輻照良好的我國大部分地區(qū)都可推廣應(yīng)用。統(tǒng)和熱水供應(yīng)，冬天采暖運(yùn)行時(shí)節(jié)約常規(guī)能源60%以上，在我國大部分冬冷夏熱地區(qū)，本系統(tǒng)也可與建筑物采暖空調(diào)系統(tǒng)結(jié)合，發(fā)揮最大的節(jié)能作用。
　　5、項(xiàng)目應(yīng)用
　　2004年，太陽能—熱泵中央熱水系統(tǒng)作為中國科學(xué)院奧運(yùn)科技項(xiàng)目課題“奧運(yùn)村及奧運(yùn)場館太陽能熱泵中央熱水系統(tǒng)示范研究”項(xiàng)目的主要研究內(nèi)容，在北京月壇體育中心綜合訓(xùn)練館一示范工程，主要功能為集中生活熱水供應(yīng)，富裕熱量為泳池輔助加熱。該工程屋頂水平安裝采800m2直流式真空管太陽能集熱器，太陽能輔助加熱空氣源熱泵機(jī)組輸出功率300kW。2004年12月調(diào)試完畢進(jìn)入試運(yùn)行階段，根據(jù)初步測試資料，系統(tǒng)在冬季晴天太陽能集熱系統(tǒng)可滿足系統(tǒng) 90%左右的設(shè)計(jì)供熱量，陰雨天氣熱泵機(jī)組平穩(wěn)運(yùn)行，利用10℃左右的低溫太陽能熱水熱泵輔助熱源，制熱性能有明顯提高。根據(jù)北京地區(qū)的氣象條件和太陽輻照資料，該系統(tǒng)年綜合節(jié)能率可實(shí)現(xiàn)預(yù)期的90%以上的目標(biāo)。

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