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      采暖溫度對(duì)麗江地區(qū)太陽能采暖系統(tǒng)的影響

      2020-01-16 13:50:00張昱翀高文峰劉滔林文賢牛艷陳雪嬌
      關(guān)鍵詞:采暖系統(tǒng)保證率耗電量

      張昱翀, 高文峰, 劉滔, 林文賢, 牛艷, 陳雪嬌

      (云南師范大學(xué) 太陽能研究所,云南省農(nóng)村能源工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,云南 昆明 6500092)

      1 引 言

      云南麗江位于太陽能資源二類資源較富區(qū)[1],屬高原型西南季風(fēng)氣候,但冬季月平均溫度也低于10 ℃,且早晚溫差較大;為改善該地區(qū)冬季的居住舒適度,可以利用太陽能給房間供暖,為房間提供熱量同時(shí)減少能源消耗[2-4].

      太陽能低溫?zé)崴匕遢椛洳膳到y(tǒng)是利用太陽能加熱水,以熱水為熱媒加熱地板,然后通過輻射和對(duì)流向室內(nèi)供熱的供暖方式[5-7].由于各地氣候條件的不同,在太陽能低溫?zé)崴匕遢椛洳膳到y(tǒng)中,房間的預(yù)設(shè)采暖溫度是太陽能采暖系統(tǒng)中一個(gè)十分關(guān)鍵的參數(shù),基于麗江地區(qū)氣候條件,本文比較了不同的房間預(yù)設(shè)采暖溫度下太陽能低溫?zé)崴匕遢椛洳膳到y(tǒng)的太陽能保證率、儲(chǔ)熱水箱溫度和耗電量,從而得出既能保證房間舒適性又能兼顧經(jīng)濟(jì)性與節(jié)能性的預(yù)設(shè)采暖溫度.

      2 環(huán)境參數(shù)及系統(tǒng)

      2.1 環(huán)境參數(shù)

      由POLYSUN軟件輸出麗江環(huán)境參數(shù)得表1,可以發(fā)現(xiàn)麗江的1、2、3、11月和12月的環(huán)境平均溫度分別為6.7、8.9、11.3、10.3 ℃和7.4 ℃,低于人體衛(wèi)生要求的下限環(huán)境溫度12 ℃,因此在麗江地區(qū),11、12、1、2月和3月五個(gè)月室內(nèi)需要供暖.

      表1 麗江典型氣象數(shù)據(jù)

      2.2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)及部件參數(shù)

      圖1為所設(shè)計(jì)太陽能低溫?zé)崴匕遢椛洳膳到y(tǒng)原理圖;采用真空管集熱器[8]+輔助能源熱泵作為系統(tǒng)的熱源.在利用POLYSUN軟件模擬過程中發(fā)現(xiàn):對(duì)于太陽能低溫?zé)崴匕遢椛洳膳到y(tǒng),在麗江地區(qū)普通雙層建筑(日用水量設(shè)為200 L/d)中,1 m2采暖面積至少需要0.05 m2的集熱器采光面積,否則系統(tǒng)熱量無法得到滿足,因此在所設(shè)計(jì)的模擬系統(tǒng)中將集熱器采光面積與建筑采暖面積之比設(shè)為0.05.系統(tǒng)部件參數(shù)具體如表2所示.

      1.真空管集熱器 2.空氣源熱泵 3.控制器 4.儲(chǔ)熱水箱 5.三通混水閥 6.普通建筑 7.水泵 8.采暖銅管

      圖1太陽能熱水低溫地板輻射采暖系統(tǒng)原理圖

      Fig.1Schematicdiagramofsolarheatingsystemforlowtemperaturefloorradiantheatingsystem

      表2 采暖系統(tǒng)各部件參數(shù)

      3 模擬結(jié)果與分析

      在確定太陽能采暖系統(tǒng)及建筑傳熱系數(shù)和采暖面積等參數(shù)后,利用POLYSUN軟件進(jìn)行模擬,研究不同預(yù)設(shè)采暖溫度對(duì)系統(tǒng)太陽能保證率、耗電量和水箱溫度的影響.根據(jù)《室內(nèi)空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)GB/T 18883-2016》要求的16-24 ℃供暖標(biāo)準(zhǔn),設(shè)置17、18、19 ℃和20 ℃四個(gè)不同預(yù)設(shè)采暖溫度進(jìn)行模擬.

      3.1 太陽能保證率

      太陽能保證率是系統(tǒng)總負(fù)荷中由太陽能承擔(dān)的百分?jǐn)?shù),是評(píng)價(jià)太陽能系統(tǒng)好壞的一個(gè)重要指標(biāo).由圖2的太陽能保證率變化曲線可以看出,月平均環(huán)境溫度較高的3月和11月系統(tǒng)具有較高的太陽能保證率,月平均環(huán)境溫度較低的1月系統(tǒng)太陽能保證率相對(duì)較低;隨預(yù)設(shè)采暖溫度升高,11月太陽能保證率保持在100%,而1月太陽能保證率急劇下降,但3月太陽能保證率在采暖溫度由19 ℃提高到20 ℃才發(fā)生明顯下降,12月和2月太陽能保證率則在采暖溫度由18 ℃提高到19 ℃時(shí)就發(fā)生明顯下降.

      圖2 太陽能保證率變化曲線

      3.2 系統(tǒng)每月耗電量

      在太陽能保證率不足的情況下,系統(tǒng)將開啟輔助能源熱泵,需要消耗一部分電能.圖3為系統(tǒng)每月耗電量,隨著采暖溫度的提高,系統(tǒng)每月耗電量與圖2太陽能保證率呈相反的變化趨勢(shì);值得注意的是,采暖溫度若從18 ℃提高到19 ℃,太陽能保證率較低的1、2月和12月耗電量將開始大大增加.

      圖3 系統(tǒng)耗電量

      3.3 儲(chǔ)熱水箱溫度

      圖3是四種不同預(yù)設(shè)采暖溫度下儲(chǔ)熱水箱的溫度變化圖,可以看出不同預(yù)設(shè)采暖溫度條件下,系統(tǒng)基本都能保證提供50 ℃的生活熱水,但在平均環(huán)境溫度最低的1月,采暖溫度高于18 ℃時(shí),隨采暖溫度的提高水箱溫度將大大降低,盡管水箱溫度仍保持在50 ℃以上,但這是建立在消耗大量電能的前提下.綜合考慮系統(tǒng)太陽能保證率、每月耗電量和水箱溫度,在麗江地區(qū)使用本文設(shè)計(jì)的采暖系統(tǒng),預(yù)設(shè)采暖溫度設(shè)置為18 ℃既能滿足室內(nèi)熱舒適性要求、提供足夠的生活熱水,又能兼顧節(jié)能性和經(jīng)濟(jì)性.

      圖4 儲(chǔ)熱水箱溫度變化

      4 結(jié) 語

      利用POLUSYN在麗江地區(qū)設(shè)計(jì)一個(gè)太陽能低溫?zé)崴匕遢椛洳膳到y(tǒng),通過對(duì)太陽能保證率、耗電量和水箱溫度進(jìn)行對(duì)比分析,得到以下結(jié)果:

      1)麗江地區(qū)采用文中設(shè)計(jì)的系統(tǒng),模擬結(jié)果顯示1月份太陽能保證率急劇下降;2月和12月太陽能保證率在采暖溫度從18 ℃提升到19 ℃會(huì)出現(xiàn)明顯下降.

      2)采暖溫度若從18 ℃提高到19 ℃,太陽能保證率較低的1、2月和12月耗電量將大大增加.

      3)麗江地區(qū)采用所設(shè)計(jì)的太陽能低溫?zé)崴匕遢椛洳膳到y(tǒng),在集熱器采光面積與建筑采暖面積之比為0.05時(shí),采暖溫度設(shè)為18 ℃既能滿足室內(nèi)熱舒適性要求、提供足夠的生活熱水,又能兼顧節(jié)能性和經(jīng)濟(jì)性.

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