维普资讯 http://www.cqvip.com 第３３卷第１０期 ・２６０・ ２ ０ ０ ７年４月 山 西 建 筑 ＳＨＡＮＸＩ ＡＲＣＨＩＴＥＣｒＵＲＥ Ｖ０１．３３ Ｎｏ．１０ ｎｐｒ．２００７ 文章编号：１００９．６８２５｛２００７｝１０—０２６０．０２ 太原地区用太阳能制冷及供暖综合系统的探讨 张宇啸 苏保青 摘要：针对电力紧张、能源短缺的１＇７题，提出了在太原地区利用太阳能吸收式制冷和太阳能地板辐射供暖综合系统的 模式，介绍了该系统的工作原理，并列举了实际算例对太阳能的使用情况进行了说明，同时提出了有待进一步研究的问 题，以达到节能环保的目的。 关键词：太阳能，空调领域，供暖系统，集热器 中图分类号：ＴＵ８３２．１７ 文献标识码：Ａ １ 我国太阳能资源状况 我国太阳能资源相当丰富，每年获得的太阳能资源大约为 ６×１Ｏ２２ Ｊ，就分布而言，我国２／３的国土面积太阳能年平均辐射总 量在５．９×１０ ｋＪ／ｍ２以上，大致可以分为４个太阳能资源带＿２。２＿ 适宜发展太阳能空调。 的工质，也消除了由于采用氟利昂等人工合成工质而引发的对地 球温室效应的加剧和对大气臭氧层的破坏。因此，如何有效地利 用太阳能在暖通空调领域的应用越来越引起业内人士的重视。 太阳能驱动的制冷机可分为两类：光电式和光热式。 太原位于北纬３７。５１ ，属太阳辐射二类地区，太阳能资源充裕，很 ３太阳能综合利用系统工作原理 为了提高太阳能系统的综合利用率，在吸收式制冷的基础 上，建立了小型太阳能吸收式制冷和太阳能地板辐射供暖综合系 统。太阳能制冷及供暖系统的流程具体介绍如下。 １）供冷季节。从集热器加热后出来的热水经蓄热水箱到达 热水型溴化锂吸收式制冷机组的发生器，由于热水将热量传递给 ２太阳能在空调领域的应用 从２０世纪７０年代后期开始，太阳能利用技术迅速发展，太 阳能空调技术也随之出现。研究发现，夏季太阳辐射越强、天气 越热，建筑负荷越大，太阳能空调的制冷效果越好。一方面使用 了采用常规能源带来的对环境的压力；另一方面采用对环境友好 热水温度降低流回蓄热水箱，并再次经过集热器 太阳能驱动制冷空调装置，可以节省对常规能源的消耗，也减轻 溴化锂稀溶液，进行加热，即热水进行循环。而发生器内溴化锂稀溶液吸收热量 与建筑相结合的首次大规模的尝试，该项设计获得了１９９５年欧 相应的高科技气息的外在表现形式。由于太阳能热水器在建筑中 洲大不列颠太阳能奖项中的建筑设计与革新奖。 放置位置的不同，结合建筑构件的不同，所采用的外在形式不同， 将促进太阳能热水器多元化产品的开发。反过来，多元化太阳能 将太阳能系统作为建筑构件元素来考虑，与屋面瓦、窗户、墙 热水器的产品也为建筑师设计建筑形象提供了更多新的积极因 这是一个良性循环的过程。相信，通过多方的努力探索和实 面等建筑构件有机地结合在一起进行整合设计。太阳能系统科 素，必然会涌现出多姿多彩的太阳能热水器与建筑完美结合的建筑。 技内容的加入会使建筑呈现全新的造型与外观、增强了建筑的表 践，３．３太阳能系统与建筑物及建筑构件结合、整合设计 现力。坡屋顶一定的倾斜角度适宜放置太阳能系统。德国一幢 参考文献：钟心强，朱新学，费洪良．太阳能热水器的技术经济评价［Ｊ１． 小住宅坡屋顶上放置了太阳能集热板与窗户有机地结合在一起 ［１］能源工程，１９９９（２）：２３－２４． 形成一个整合构件，镶嵌在坡屋顶的屋面瓦中，太阳能集热系统 ［２］孔成兴、太阳能利用与建筑物相结合的构想［Ｊ］．能源工程， 与坡屋面、窗户紧密结合浑然一体。 ４结语 １９９９（３）：９—１０、 ［３］顾家椽，丁雷，钱永才、太阳能技术在多层住宅中的设计应 太阳能系统与建筑的整合是多学科、多方面参与和合作的综 用［Ｊ］．建筑学报，２ｏ０１（７）：４２—４３． 合性事业，需要太阳能技术专家、建筑师、建筑材料等相关专业人 ［４］田琦．大型太阳能热水系统的安装与运行［Ｊ］．山西建筑， 士以及房地产开发商共同参与、共同努力、共同创造。同时，太阳 能热水器与建筑的整合、一体化设计又是不同方面的参与者，包括 ２００１，２７（２）：１１４—１１５、 太阳能系统的制造企业、房地产开发商、建筑师等之间的互动过 程。建筑由于有了太阳能热水器，不仅具备了高科技内容，也有了 ［５］袁莹，苏粤、太阳能热水器与建筑一体化设计［Ｊ］．华中建 筑，２００５（１）：８９—９１、 Ｏｎ ｔｈｅ ｉｎｔｅｇｒａｌ ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ｓｏｌａｒ ｗａｔｅｒ ｈｅａｔｅｒ ａｎｄ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ＷＡＮＧ Ｙａｎ ＹＵ Ｔｏｎｇ Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｔ ａｎａｌｙｓｅｓ ｔｈｅ ｅｘｉｓｔｉｎｇ ｏｎｄｉｃｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｃｏｍｂｉｎｅ ｏｆ ｓｏｌａｒ ｗａｔｅｒ ｈｅａｔｅｒ ａｎｄ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ａｎｄ ｔｈｅ ｍａｉｎ ｆａｃｔｏｒｓ ｏｆ ｃｏｎｆｉｎｉｎｇ ｔｈｅ ｃｏｍｂｉｎｅ ｏｆｔｈｅｔｏｗ，．ｔｈｒｏｕｇｈｔｈｅ ｄｉｓｃｕｓｓｉｏｎｏｆｔｈｅ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｓｉｔｕａｔｉｏｎｏｆ ｓｏｌｒｗａｔｅａｒ ｈｅａｔｅｒｉｎｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｉｎ ａｎｄｏｕｔｏｆ ａｂｒｏａｄ ａｎｄｔｈｅ ａｎａｌｙｓｉｓｏｆｏｕｔ— ｓｔａｎｄｉｎｇｔｙｐｉｃａｌ ｅｘａｍｐｌｅ，ｉｔ ａｎａｌｙｓｅｓ ａｎｄ ｐｏｉｎｔｓｏｕｔｔｈｅｐｒｏｂｌｅｍｏｆｔｈｅｃｏｍｂｉｎｅｏｆｓｏｌａｒｗａｔｅｒｈｅａｔｅｒａｎｄｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ，ｐｕｔｓｆｏｒｗａｒｄｔｈｅｓｏｌｖｉｎｇ ｍｅｔｈｏｄｓ ａｎｄ ｓｏｒｉｔｅ ｓｔｅｐｓ ｆ ｏａｃｃｅｌｒａｔｉｅｎｇ ｔｈｅ ｐｒｏｃｅｓｓ ｏｆ ｔｈｅ ｉｎｔｅｇｒａｌ ｆ ｏｏｌｓａｒ ｗａｔｅｒ ｈｅａｔｅｒ ａｎｄ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｓｏｌａｒｗａｔｅｒ ｈｅａｔｅｒ，ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｉｎｔｅｇｒａｌ，ｄｅｓｉｇｎ，ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ 收稿日期：２００６．１１．２０ 作者简介：张宇啸（１９７３．），男，太原理工大学硕士研究生，山西太原０３００２４ 苏保青（１９４８．），男，副教授，太原理工大学，山西太原０３００２４ 维普资讯 http://www.cqvip.com 考荤 ４。期Ｎ 张宇啸等：太原地区用太阳能制冷及供暖综合系统的探讨 ・２６１・ 蓄热水箱容量为４．４ ｒｎ３。 后，制冷剂从溶液中蒸发出来进入冷凝器。余下的浓溶液经热交 的集热器，换器和溶液阀流回吸收器。在冷凝器中的冷凝压力和冷凝温度 ４．３辅助能源 下，制冷剂蒸汽冷凝为液态制冷剂，其放出的热量排到冷却水中。 在阴雨天气和夜间不可利用的太阳能或者集热器无法正常 液态制冷剂经膨胀阀到达蒸发器。蒸发器中制冷剂在低压低温 工作时，必须有辅助能源来提供制冷或者供暖所需的能量，以保 下再次蒸发，从空调用冷水中吸取热量，使之冷却降温。然后制 持系统的正常运行。辅助热源应以最不利情况下所需的容量来 冷剂蒸汽进入吸收器并被浓溶液吸收，从而再次形成稀溶液。稀 配置。对于文中的建筑所需的最大热量为１９ ｋＷ，因此，文中辅 溶液被溶液泵提升到发生器，制冷剂如此循环。从蒸发器出来的 助能源的容量取２Ｏ ｋｗ。 较低温度的空调用冷水，流经建筑内的风机盘管汲取室内热量后， ４．４冬季供暖工况 温度升高，再次回到蒸发器被制冷，空调用冷水如此反复循环。 采用地板辐射供暖时，室内热负荷即所需热量。由于地板辐 ２）供暖季节。由于是太阳能直接供暖，供暖系统工作流程比 射供暖供水温度不能高于６Ｏ℃，因此设计供水温度为５６℃，回 较简单。经集热器加热的热水经过蓄热水箱后，由冬季负荷侧热 水温度４７℃。辅助热源设定温度５６℃，水箱初温４７℃。当水 水泵直接送至室内采暖盘管，将热量传递给室内空气后，温度下降 箱水温高于６Ｏ℃时，先将回水与水箱出水混合，若混合后水温低 的热水流回蓄热水箱，再次进人集热器加热，如此循环往复。 于６Ｏ℃’，则集热器继续运行，若混合后水温仍高于６Ｏ℃，则将集 ４工程实例 热器转向生活用水供热。由公式及前面计算的冬季晴朗天气平 ４３８ ｋＷ／ｍ２可知，对５５ ｍ２面积的集热器所收集 太原某双层住宅，建筑面积２００ ｍ２，纬度３７。５１ ，大气透明度等 均太阳辐射为０．８ ｋＷ。按太原地区住宅建筑冬季采暖节能 级４度，最好晴天，集热器倾角３７。，正南向放置，ｐ＝０．２。假定夏季 到的热量为Ｑ＝１３．ｗ／ｍ２，２００ ｍ２的节能住宅冬季耗热量仅为９．６ ｋＷ。 所需冷负荷为１４ ｋＷ，计算７月２１日和１月２３日太阳总辐照度。 热指标４８ 计算结果分别见表１，表２。可见相同的晴天夏季日照时间长于冬 因此，由集热器所收集到的热量冬季在晴朗的天气白天完全可以 满足住宅采暖的需要。 季，日总辐射量大于冬季，但日最大辐射强度值相差不多。 表１ ７月２１日逐时太阳总辐射 时刻 ６：３０ ７ １３０ ８：３０ ９ ３０ １０：３０ １１：３０ １２：３０ １３：３０ １４：３０ １５：３０ １６：３０ １７：３０ ５有待进一步研究的问题 １）太阳能集热性能的研究。由于太阳辐射分散性，太阳辐射 能的总量虽然很大，但能流密度低、单位面积上的能量稀薄，因此 只能通过增大采光面积或者提高聚焦程度来获得较大功率的辐 射能。２）太阳能蓄热性能的研究。由于受到季节、气候、昼夜、地 理纬度和海拔高度等的影响，太阳辐射是间断且不稳定的。要使 太阳能能够连续稳定地被利用，就必须很好的解决蓄能问题。３） 太阳能利用设备的效率和成本的问题。对太阳能供冷和采暖的 评价，就节能这点来说观点是一致的，但其设备的初投资较高，对 总辐射量 ｗｌ／ｎ＃ １３２ ３４５ ５６５ ７５４ ８９２ ９６４ ９６４ ８９２ ７５４ ５６５ ３４５ １３２ 表２ １月２３日逐时太阳总辐射 时刻 ６：３０ ７±３０ ８：３０ ９：３０ １０：３０ １１：３０ １２：３０ １３：３０ １４：３０ １５：３０ １６：３０ １７：３０ 总辐射量 ｗｌ／ｎ＃ 一踟 １３０ ３６８ ５９８ ７６２ ８４７ ８４７ ７６２ ５９８ ３６８ １３０ 一踟 ４．１ 计算所需集热器的面积（以夏季为例） 计算集热器所需面积，可通过下面的式子＿４Ｊ来得出： Ａ－．，ｍＱｆ ＇。 Ｌｌ其经济却是众说纷纭，还有待进一步研究。 其中，Ｑ为集热器收集的热量，ｋｗ；，为太阳能保证率，宜为 ６结语 ３０％－－８０％； 为当地集热器采光面上的平均太阳辐照量，ｋＷ／ ； 太阳能有很多其他能源无法相比的优点，有极其广阔的利用 为集热器年平均集热效率，根据经验取值宜为０．２５－－０．５０；仉 前景。太阳能系统运行无污染；太阳能系统的应用将缓解电力电 为贮水箱和管路的热损失效率，根据经验取值宜为０．２０～Ｏ．３Ｏ。 网的建设、营运压力，减少社会污染整体排放，保护人类生存的地 这个集热器面积的意义是晴天时制冷机完全由集热器提供 球环境。由此可以得出结论，太阳能是最丰富的能源，具有巨大 热量来运行时所需的面积。一般取ｆ＝０．７，仉＝０．２，而夏季晴 的发展空间。随着我国能源结构的调整，开发太阳能综合系统具 天热管式真空管集热器平均集热效率 ＝０．５。由前文假设建 有重要的现实意义。 筑所需冷负荷为１４ ｋｗ，设计制冷机制冷量为２０ ｋＷ，热力系数为 参考文献： ０．７３７，则建筑夏季所需的最大热量约为：Ｑ＝１４／０．７３７＝１９ ｋＷ。 ［１］汪光焘．优化城市能源结构，推进建筑节能，增强可持续发展 由上计算夏季晴朗天气平均太阳辐射为０．６０９ ｋＷ／ｌｍ２，则计算得 集热器面积Ａ＝５７ ｍ２，取Ａ＝５５ ｒｎ２。 能力［Ｊ］．建筑节能，２００５（２）：８－９． ［２］朱瑞兆．中国太阳能风能资源及其利用［Ｍ］．北京：气象出版 社．１９８８． ４．２蓄热水箱 箱的容量根据集热器的面积进行确定，对于热管真空管集热器配 比比例为６Ｏ Ｌ／ｍ２～８Ｏ Ｌ／ｍ２，文中取８Ｏ Ｌ／ｍ２，因此对于５５ ｍ 由于太阳能的间歇性，因此蓄热设备是必需的。一般蓄热水 ［３］齐政新，李岩．太阳能低温地板辐射采暖系统的探讨［Ｊ］．煤 气与热力，２００３，２３（５）：３１２—３１５． ［４］ＧＢ ５０３６４—２００５，民用建筑太阳能热水系统应用技术规范［Ｓ］． Ｓｔｕｄｙ ｏｎ ｔｈｅ ｆｅａｓｉｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ｔｈｅ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ａｉｒ・ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ ｗｉｔｈ ｓｏｌａｒ ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ ｃｏｏｌｉｎｇ ａｎｄ ｓｏｌａｒ ｆｌｏｏｒ ｒａｄｉａｎｔ ｈｅａｔｉｎｇ ｉｎ Ｔａｉｙｕａｎ ＺＨＡＮＧ Ｙｕ・ｘｉａｏ ＳＵ Ｂａｏ－ｑｉｎｇ Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｔｈｅ ｃｒｉｓｉｓ ｉｎ ｐｏｗｅｒ ｓｕｐｐｌｙ ａｎｄ ｅｎｅｒｇｙ ｓｈｏｒｔａｇｅ ｑｕｅｓｔｉｏｎｓ ｏｎｅ ｍｏｄｅｌ ｗｉｔｈ ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ａｉｒ－ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ ｗｉｔｈ ｓｏｌａｒ ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ ｃｏｏｌｉｇａｎｎｄ ｓｏｌａｒｆｌｏｏｒ ｒａｄｉａｎｔ ｈｅａｔｉｇｉｓｐｒｏｖ￣．Ｉｎｔｈｉｎｓｐａｐｅｒｗｏｒｋｉｇｐｒｉｎｎｃｉｐｌｅｏｆｔｈｉｓ ｓｙｓｔｅｍｉｓｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ．Ｃｏｍｂｉｎｅｄｗｉｔｈｐｒａｃ— ｔｉｃａｌ ｗｏｒｋｓ ｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ ｓｉｔｕａｔｉｏｎｓｏｆ ｓｏｌａｒ ｅｎｅｒｇｙｉｓｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ．Ａｔｔｈｅ ｓａｍｅｔｉｍｅ ｑｕｅｓｔｉｏｎｓ ｅｘｉｓｔｅｄ ａｒｅｐｏｉｎｔｅｄｏｕｔｉｎｏｒｄｅｒｔｏ ｒｅａｌｉｚｅ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎ— ｔａｌ ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ ａｎｄ ｅｎｅｒｇｙ－ｓａｖｉｎｇ ｇｏａｌｓ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｓｏｌａｒ ｅｎｅｒｇｙ，ｆｉｅｌｄ ｏｆ ｒｅｆｒｉｇｅｒａｔｉｏｎａｎｄ ａｉｒ－ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ，ｈｅａｔｉｇ ｓｙｓｔｅｍ，ｃｎｏｌｌｅｃｔｏｒ
