基于槽式集熱回路的太陽(yáng)能空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

摘 要：為解決用戶冬季供暖和夏季供冷的需求，本文提出基于槽式集熱回路的太陽(yáng)能空調(diào)系統(tǒng)，采用槽式聚光集熱器通過(guò)換熱系統(tǒng)及溴化鋰機(jī)組等設(shè)備實(shí)現(xiàn)供暖或供冷，介紹了系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則，闡述了設(shè)計(jì)思想，對(duì)系統(tǒng)在冬季和夏季的運(yùn)行工況進(jìn)行了分析。本文的工作可為槽式太陽(yáng)能集熱技術(shù)的推廣應(yīng)用提供參考和借鑒。

關(guān)鍵詞：槽式集熱;太陽(yáng)能;空調(diào)系統(tǒng)

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.21.051

太陽(yáng)能熱利用在中高溫領(lǐng)域有多種技術(shù)形式，與線性菲涅爾、塔式、碟式太陽(yáng)能熱利用技術(shù)相比，槽式太陽(yáng)能集熱技術(shù)是目前世界上更成熟的、更易實(shí)現(xiàn)大規(guī)模商業(yè)化運(yùn)行的太陽(yáng)能熱利用技術(shù)[1]。其優(yōu)勢(shì)在于聚光倍率適中、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊，其太陽(yáng)能熱輻射收集裝置的占地面積比線性菲涅爾、塔式和碟式系統(tǒng)要減小30%～50%[2]。槽式聚光集熱器制造所需的構(gòu)件不多，容易實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化，適合批量生產(chǎn)，制造成本較低[3]。本文設(shè)計(jì)了一種以太陽(yáng)能為基礎(chǔ)熱源的基于槽式集熱回路的空調(diào)系統(tǒng)，可解決用戶冬季供暖和夏季供冷的需求。

1 項(xiàng)目背景及設(shè)計(jì)原則

本項(xiàng)目建設(shè)地址位于遼寧省沈陽(yáng)市某建筑屋頂，屋頂可利用面積3000m2，需要空調(diào)供暖和制冷的建筑面積為5000m2，當(dāng)?shù)仄骄蛰椪樟?.65kwh/m2，建筑熱負(fù)荷指標(biāo)60w/m2，總負(fù)荷300kw。系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則如下：

（1）為更高效利用太陽(yáng)能資源，提升熱源溫度，采用基于槽式拋物面反射鏡的聚光光熱技術(shù);

（2）根據(jù)熱負(fù)荷和屋頂可用面積確定槽式聚光集熱模塊數(shù)量;

（3）根據(jù)當(dāng)?shù)厝丈錀l件，結(jié)合槽式聚光集熱模塊的技術(shù)特性，確定系統(tǒng)總集熱量，進(jìn)而對(duì)冷熱源設(shè)備進(jìn)行選型;

（4）根據(jù)太陽(yáng)能熱源特性，制冷設(shè)備選用熱水型溴化鋰吸收式冷水機(jī)組，供熱則直接利用換熱器進(jìn)行換熱;

（5）在滿足用戶使用要求的前提下，優(yōu)化系統(tǒng)配置與運(yùn)行策略，控制投資規(guī)模在預(yù)定范圍內(nèi)。

2 槽式集熱系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

槽式集熱系統(tǒng)原理如圖1所示，通過(guò)太陽(yáng)能槽式集熱器采集太陽(yáng)能，將導(dǎo)熱油加熱，熱能采集在油系統(tǒng)內(nèi)完成，導(dǎo)熱油由循環(huán)泵強(qiáng)制循環(huán)，在太陽(yáng)能集槽式熱器內(nèi)被加熱升溫，而在換熱器內(nèi)放熱而降溫。為實(shí)現(xiàn)對(duì)太陽(yáng)能利用的最大化，在系統(tǒng)加裝儲(chǔ)水箱，以保存過(guò)剩的熱能，并使系統(tǒng)供熱持續(xù)穩(wěn)定。本方案設(shè)計(jì)由太陽(yáng)能集熱系統(tǒng)+溴化鋰機(jī)組+電輔助設(shè)備有效結(jié)合，以滿足客戶對(duì)采暖和制冷的需求。

每塊集熱器集熱面積為15m2，根據(jù)系統(tǒng)的日總耗熱量理論上需安裝40塊集熱器?？紤]到夏天制冷過(guò)程溴化鋰機(jī)組的損耗，需要將集熱功率多預(yù)留20%。此外應(yīng)多備用一部分熱量存儲(chǔ)至保溫水箱中以備陰天使用，還需多預(yù)留20%。所以共需安裝56塊集熱器，集熱器占地面積2200m2，考慮維修安裝通道、蓄熱水箱、溴化鋰機(jī)組的占地面積，3000m2安裝面積可滿足工程需要。

沈陽(yáng)地區(qū)采暖周期150天，每天采暖時(shí)間為8小時(shí)（實(shí)際采暖時(shí)間為9小時(shí)，因?yàn)榭紤]下班前1小時(shí)可以利用余熱，所以采暖時(shí)間只按8小時(shí)計(jì)算），冬季采暖時(shí)間為1200小時(shí)，沈陽(yáng)地區(qū)冬季采暖有效日照小時(shí)為889小時(shí)，則使用備用能源的時(shí)間為311小時(shí)。備用能源采用電加熱方式，將電加熱器安裝在集水器中，電加熱器功率300KW，按照311小時(shí)計(jì)算電加熱器在采暖周期內(nèi)的用電量為93300度。

3 槽式集熱系統(tǒng)運(yùn)行工況分析

本系統(tǒng)以太陽(yáng)能為基礎(chǔ)熱源，通過(guò)儲(chǔ)水箱的緩沖，可滿足用戶的供熱和供冷需求，整體上形成了一個(gè)“單源多匯”型供能結(jié)構(gòu)。根據(jù)季節(jié)不同，系統(tǒng)可選擇不同運(yùn)行工況，以使熱量得到合理、高效利用。

冬季供暖工況：在該工況下，水在換熱器內(nèi)吸熱成為高溫?zé)崴?，由水泵輸送到用戶末端，低溫的熱水由水泵輸送到換熱器被再加熱。從儲(chǔ)水箱出來(lái)的熱水通過(guò)換熱器直接對(duì)從集水器中返回的回水進(jìn)行加熱，達(dá)到設(shè)定溫度（45℃）后再進(jìn)入分水器中，滿足用戶供暖需求。

夏季供冷工況：在該工況下，從儲(chǔ)水箱出來(lái)的熱水通過(guò)換熱器制備溫度為90℃的熱水送入溴化鋰吸收式冷熱機(jī)組的發(fā)生器中，加熱從吸收器中抽出的溴化鋰稀溶液，使其濃縮成濃溶液，同時(shí)產(chǎn)生高溫冷劑蒸汽。吸收器產(chǎn)生的高溫冷劑蒸汽進(jìn)入冷凝器，被冷卻水冷凝成冷劑水，熱量被冷卻塔帶走。冷劑水進(jìn)入蒸發(fā)器，吸收冷水熱量而沸騰蒸發(fā)，產(chǎn)生冷劑蒸汽進(jìn)入吸收器，被送回到吸收器中的濃溶液吸收，生成溫度為7℃的冷水送入分水器中，滿足用戶供冷需求。

4 結(jié)語(yǔ)

本項(xiàng)目開(kāi)發(fā)了具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的槽式集熱回路空調(diào)技術(shù)，作為槽式太陽(yáng)能集熱系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究與示范項(xiàng)目，可為國(guó)內(nèi)建設(shè)大型槽式太陽(yáng)能系統(tǒng)創(chuàng)造條件并提供技術(shù)支持，推動(dòng)了我國(guó)太陽(yáng)能光熱應(yīng)用領(lǐng)域技術(shù)的發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

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[3]牛高云，郭鋒，劉楊.槽式太陽(yáng)能儲(chǔ)熱采暖系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].能源研究與管理，2018（02）：63-66.

作者簡(jiǎn)介：韓健（1982-），男，遼寧沈陽(yáng)人，碩士，主要研究方向：新能源開(kāi)發(fā)與應(yīng)用。