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0 引言

對(duì)于熱水采暖而言，水溫越低，品位就越低。但由于低品位太陽能利用技術(shù)的局限性，對(duì)太陽能直接供暖系統(tǒng)可行性及試用性研究較少。為使太陽能直接用于建筑供暖時(shí)，滿足人們對(duì)生活環(huán)境舒適性要求，可將毛細(xì)管用于建筑供暖末端，通過毛細(xì)管末端低溫?zé)崴膳b置就來利用低品位能源以節(jié)約高品位能源。為充分了解冬季太陽能直供毛細(xì)管系統(tǒng)運(yùn)行特性，本文對(duì)冬季太陽能直供毛細(xì)管系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測(cè)試和理論分析。

1 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)

1.1 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)原理

實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)主要包括太陽能集熱子系統(tǒng)和毛細(xì)管輻射采暖子系統(tǒng)，如圖1 所示。太陽能集熱子系統(tǒng)：太陽能集熱器在白天吸收太陽輻射能量，使來自集熱水箱的循環(huán)水升溫，將熱量儲(chǔ)存到集熱水箱中。毛細(xì)管輻射采暖子系統(tǒng)：集熱水箱中熱水流經(jīng)房間墻壁內(nèi)毛細(xì)管網(wǎng)，經(jīng)過充分換熱后流回集熱水箱。在毛細(xì)管網(wǎng)運(yùn)行時(shí)，埋設(shè)在墻壁內(nèi)毛細(xì)管通過加熱墻體表面，放射出波長8～13滋m 遠(yuǎn)紅外線，將熱量傳遞到室內(nèi)。

 

1.2 實(shí)驗(yàn)測(cè)試系統(tǒng)

實(shí)驗(yàn)測(cè)試系統(tǒng)主要分太陽能集熱性能測(cè)試和毛細(xì)管輻射供暖系統(tǒng)性能測(cè)試試驗(yàn)臺(tái)，測(cè)試太陽能集熱和毛細(xì)管輻射供暖系統(tǒng)性能，并在真實(shí)氣象條件下進(jìn)行運(yùn)行和模擬實(shí)驗(yàn)。

實(shí)驗(yàn)所用太陽能集熱系統(tǒng)采用9 臺(tái)HP-16 型熱管式真空管太陽能集熱器，集熱器由16 根長度800m、外徑58mm管子組成，總集熱面積21.06m²，放置于實(shí)驗(yàn)樓前，朝向正南，傾角50°（天津地區(qū)冬季最佳傾角）。蓄熱水箱高1.8m，直徑1.2m，采用玻璃襯里鋼板制成，保溫層厚度100mm左右，實(shí)驗(yàn)期間貯存水量0.756m³。實(shí)驗(yàn)測(cè)試房間尺寸5.57m×5.51m×3.3m。房間類型被假定為臥室，在北面內(nèi)墻壁和吊頂鋪設(shè)有外徑3.4mm，壁厚0.55mm，間距10mm毛細(xì)管網(wǎng)。受實(shí)驗(yàn)室條件限制，測(cè)試房間吊頂只布置15m2毛細(xì)管網(wǎng)格柵。

實(shí)驗(yàn)期間采用Pyranometer MS-802 太陽輻射測(cè)試儀測(cè)試實(shí)時(shí)太陽輻射值；通過SD-H 型熱量表測(cè)量流量及水流經(jīng)熱交換系統(tǒng)吸收或釋放熱能。在房間布有swema3000 多功能測(cè)試儀用于測(cè)試室內(nèi)溫度、濕度、風(fēng)速和熱舒適度。在距離地面中心0.1m、1.1m、1.7m、3.0m處布置溫濕度自記儀用于測(cè)量溫、濕度，其中0.1m人體腳踝處高度，1.1m人體坐下時(shí)頭頂高度，1.7m人體站立時(shí)頭頂高度，3.0m測(cè)量靠近吊頂輻射面高度。為了測(cè)得側(cè)壁和吊頂毛細(xì)管表面平均、最低和最高溫度，墻壁和屋頂測(cè)點(diǎn)布置采用對(duì)角線法，將毛細(xì)管側(cè)壁和吊頂壁面測(cè)點(diǎn)布置為9 個(gè)。如圖2 所示。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

太陽能集熱系統(tǒng)性能分析：本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)采用具有較高集熱溫度，冬夏兩季均可使用熱管式真空集熱。為分析實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)性能，在天津氣象條件下，對(duì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行測(cè)試。期間，集熱水箱中水始終未采用輔助電加熱器加熱。系統(tǒng)從3 月11～16 日。對(duì)具有代表性3月11 日天氣情況數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。

室外溫度和太陽輻照強(qiáng)度采用溫濕度自記儀和太陽輻射儀自動(dòng)記錄數(shù)據(jù)。圖3 為一天中室外溫度和太陽輻照量隨時(shí)間變化曲線?？煽闯鎏栞椛鋸?qiáng)度最大值在13:00 左右，此時(shí)輻射值848.2W/m²，全天平均太陽輻射值538.4W/m²，計(jì)算總輻射量18.8MJ/m²。全天室外溫度在13:00 左右最高達(dá)8.9℃，凌晨5:00 最低降至-0.3℃，全天室外氣溫波動(dòng)較大。

 

太陽能集熱循環(huán)泵定流量運(yùn)行，流量2.2m³/h。太陽能集熱器吸收太陽輻射能量使集熱循環(huán)水不斷升溫，將其儲(chǔ)存到蓄熱水箱中，再流入集熱器。根據(jù)記錄集熱器進(jìn)出口水溫，由公式（1）計(jì)算出集熱器有用功率。

式中：

Q——集熱器實(shí)際獲得有用功率，W；

m——傳熱介質(zhì)流量，kg/s；

Cp——傳熱介質(zhì)比熱容，J（/ kg•℃）；

ti——集熱器進(jìn)口溫度，℃；

to——集熱器出口溫度，℃。

全天集熱器進(jìn)出口水溫以及有用功率隨時(shí)間變化曲線如圖4所示?？煽闯觯?.2m³/h 定流量運(yùn)行下，集熱器進(jìn)出口水溫在15:00 左右達(dá)到最大值，分別39.2℃、37.9℃。集熱器進(jìn)出口水溫相差不大，在11:00左右集熱器進(jìn)出口溫差最大達(dá)到2℃，此時(shí)集熱器有用功率最大達(dá)5.2kW，通過計(jì)算得到全天集熱器平均集熱功率3.5kW。由SD-H32超聲波計(jì)量得到單位面積全天總輻射量18.8MJ/m²，故集熱器吸熱板全天吸收247.3MJ，實(shí)際運(yùn)行中，根據(jù)集熱器的非穩(wěn)態(tài)能量平衡方程得出，全天集熱器自身儲(chǔ)存能量和熱損失共137.7MJ。

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