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0 引言

對于熱水采暖而言，水溫越低，品位就越低。但由于低品位太陽能利用技術的局限性，對太陽能直接供暖系統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，滿足人們對生活環境舒適性要求，可將毛細管用于建筑供暖末端，通過毛細管末端低溫熱水采暖裝置就來利用低品位能源以節約高品位能源。為充分了解冬季太陽能直供毛細管系統運行特性，本文對冬季太陽能直供毛細管系統進行實驗測試和理論分析。

1 實驗系統

1.1 實驗系統原理

實驗系統主要包括太陽能集熱子系統和毛細管輻射采暖子系統，如圖1 所示。太陽能集熱子系統：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水升溫，將熱量儲存到集熱水箱中。毛細管輻射采暖子系統：集熱水箱中熱水流經房間墻壁內毛細管網，經過充分換熱后流回集熱水箱。在毛細管網運行時，埋設在墻壁內毛細管通過加熱墻體表面，放射出波長8～13滋m 遠紅外線，將熱量傳遞到室內。

 

1.2 實驗測試系統

實驗測試系統主要分太陽能集熱性能測試和毛細管輻射供暖系統性能測試試驗臺，測試太陽能集熱和毛細管輻射供暖系統性能，并在真實氣象條件下進行運行和模擬實驗。

實驗所用太陽能集熱系統采用9 臺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，放置于實驗樓前，朝向正南，傾角50°（天津地區冬季最佳傾角）。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，實驗期間貯存水量0.756m³。實驗測試房間尺寸5.57m×5.51m×3.3m。房間類型被假定為臥室，在北面內墻壁和吊頂鋪設有外徑3.4mm，壁厚0.55mm，間距10mm毛細管網。受實驗室條件限制，測試房間吊頂只布置15m2毛細管網格柵。

實驗期間采用Pyranometer MS-802 太陽輻射測試儀測試實時太陽輻射值；通過SD-H 型熱量表測量流量及水流經熱交換系統吸收或釋放熱能。在房間布有swema3000 多功能測試儀用于測試室內溫度、濕度、風速和熱舒適度。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量溫、濕度，其中0.1m人體腳踝處高度，1.1m人體坐下時頭頂高度，1.7m人體站立時頭頂高度，3.0m測量靠近吊頂輻射面高度。為了測得側壁和吊頂毛細管表面平均、最低和最高溫度，墻壁和屋頂測點布置采用對角線法，將毛細管側壁和吊頂壁面測點布置為9 個。如圖2 所示。

2 實驗結果與討論

太陽能集熱系統性能分析：本實驗系統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。為分析實驗系統性能，在天津氣象條件下，對實驗進行測試。期間，集熱水箱中水始終未采用輔助電加熱器加熱。系統從3 月11～16 日。對具有代表性3月11 日天氣情況數據進行分析。

室外溫度和太陽輻照強度采用溫濕度自記儀和太陽輻射儀自動記錄數據。圖3 為一天中室外溫度和太陽輻照量隨時間變化曲線。可看出太陽輻射強度最大值在13:00 左右，此時輻射值848.2W/m²，全天平均太陽輻射值538.4W/m²，計算總輻射量18.8MJ/m²。全天室外溫度在13:00 左右最高達8.9℃，凌晨5:00 最低降至-0.3℃，全天室外氣溫波動較大。

 

太陽能集熱循環泵定流量運行，流量2.2m³/h。太陽能集熱器吸收太陽輻射能量使集熱循環水不斷升溫，將其儲存到蓄熱水箱中，再流入集熱器。根據記錄集熱器進出口水溫，由公式（1）計算出集熱器有用功率。

式中：

Q——集熱器實際獲得有用功率，W；

m——傳熱介質流量，kg/s；

Cp——傳熱介質比熱容，J（/ kg•℃）；

ti——集熱器進口溫度，℃；

to——集熱器出口溫度，℃。

全天集熱器進出口水溫以及有用功率隨時間變化曲線如圖4所示。可看出，2.2m³/h 定流量運行下，集熱器進出口水溫在15:00 左右達到最大值，分別39.2℃、37.9℃。集熱器進出口水溫相差不大，在11:00左右集熱器進出口溫差最大達到2℃，此時集熱器有用功率最大達5.2kW，通過計算得到全天集熱器平均集熱功率3.5kW。由SD-H32超聲波計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，實際運行中，根據集熱器的非穩態能量平衡方程得出，全天集熱器自身儲存能量和熱損失共137.7MJ。

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