太陽(yáng)能供熱系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)的相關(guān)問(wèn)題研究

劉紀(jì)廣

摘 要：隨著我國(guó)建筑總量和建筑能耗的快速增長(zhǎng)，傳統(tǒng)的供熱方式已難以滿足建筑供熱的需求，而利用太陽(yáng)能為建筑物供熱，則可獲得良好的節(jié)能和環(huán)保效益。就太陽(yáng)能供熱系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)的相關(guān)問(wèn)題進(jìn)行了分析和研究，以期能為太陽(yáng)能供熱技術(shù)的推廣和應(yīng)用提供一定的理論依據(jù)。

關(guān)鍵詞：太陽(yáng)能；供熱系統(tǒng)；優(yōu)化設(shè)計(jì)；相變材料

中圖分類(lèi)號(hào)：TU832.1+7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2095-6835（2014）18-0043-02

太陽(yáng)能供熱技術(shù)主要利用集熱器吸收太陽(yáng)能，然后通過(guò)傳熱工質(zhì)傳送給供熱系統(tǒng)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)建筑的供熱。太陽(yáng)能供熱技術(shù)的應(yīng)用不僅有助于緩解當(dāng)前能源緊張的問(wèn)題，而且還能保護(hù)環(huán)境，但該技術(shù)在應(yīng)用過(guò)程中也存在一定的不足。由于太陽(yáng)能具有不穩(wěn)定性，且熱能存儲(chǔ)技術(shù)尚未完善，極大地限制了對(duì)太陽(yáng)能的熱利用。在此情況下，如何提高太陽(yáng)能供熱系統(tǒng)的運(yùn)行效率，已經(jīng)成為該領(lǐng)域研究的關(guān)鍵性問(wèn)題。因此，對(duì)太陽(yáng)能供熱系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)的相關(guān)問(wèn)題進(jìn)行探討，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 工作原理和相關(guān)設(shè)計(jì)

1.1 太陽(yáng)能供熱系統(tǒng)的工作原理

太陽(yáng)能供熱系統(tǒng)由集熱系統(tǒng)、輔助熱源系統(tǒng)、蓄熱裝置和供熱末端裝置等構(gòu)成，主要分為能源供應(yīng)、能源存儲(chǔ)和能源利用三個(gè)環(huán)節(jié)（如圖1所示）。與傳統(tǒng)的供熱方式相比，太陽(yáng)能供熱系統(tǒng)并不以常規(guī)能源作為主要熱源，而是利用集熱器收集太陽(yáng)輻射能，并將其轉(zhuǎn)化為熱量，再通過(guò)供熱末端裝置輸送給用戶，剩余的熱量則被存儲(chǔ)在蓄熱裝置中，以備不時(shí)之需。如果存儲(chǔ)的熱量難以滿足用戶的需要，輔助熱源就會(huì)發(fā)揮其作用，幫助完成供熱任務(wù)。

1—太陽(yáng)能集熱器；2—相變蓄熱器；3—熱水箱；

4—輔助加熱裝置；5—地盤(pán)管；6—循環(huán)水泵；7—控制器

圖1 太陽(yáng)能供熱系統(tǒng)構(gòu)成

該系統(tǒng)的具體工作原理是：在太陽(yáng)能豐富的時(shí)段啟動(dòng)水泵，開(kāi)啟V1、V3、V5和V6閥門(mén)為建筑采暖，同時(shí)蓄熱；在太陽(yáng)能較弱的時(shí)段，關(guān)閉V1和V3閥門(mén)，集熱器僅向用戶供熱；在夜晚或陰天，啟動(dòng)相變蓄熱裝置，開(kāi)啟V2、V4和V6閥門(mén)，將蓄存的太陽(yáng)能供給用戶；當(dāng)相變蓄熱裝置的熱能不足時(shí)，則需運(yùn)行輔助加熱裝置，開(kāi)啟V2和V4閥門(mén)，為用戶提供熱量。

1.2 太陽(yáng)能供熱系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

太陽(yáng)能供熱系統(tǒng)的設(shè)計(jì)主要集中在集熱系統(tǒng)和蓄熱裝置兩部分。其中，太陽(yáng)能集熱系統(tǒng)的設(shè)計(jì)包括選型、定位、連接和確定面積四個(gè)環(huán)節(jié)。在選型前，應(yīng)對(duì)太陽(yáng)能集熱器進(jìn)行分類(lèi)：按照結(jié)構(gòu)類(lèi)型分為真空管式、平板式和空氣太陽(yáng)能集熱器；按照吸熱體材料劃分，真空管集熱器又分為金屬熱體真空管和全玻璃真空管。太陽(yáng)能集熱系統(tǒng)的定位主要依據(jù)集熱器的安裝傾角和方位，以更好地接收太陽(yáng)輻射。太陽(yáng)能集熱器主要有串聯(lián)、并聯(lián)和混聯(lián)三種連接方式，連接方式的選擇要根據(jù)具體情況判定。由于太陽(yáng)能供熱系統(tǒng)主要滿足暖季的供熱需求，因此，集熱器面積的確定主要依據(jù)暖季的供熱負(fù)荷。蓄熱裝置的設(shè)計(jì)主要包括選擇、裝置和運(yùn)行三個(gè)環(huán)節(jié)，相變材料有很多種類(lèi)，其中，固-液相變材料具備高儲(chǔ)能密度、導(dǎo)熱系數(shù)大等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用。相變材料一般要封存在容器里，構(gòu)成相變蓄熱裝置，該裝置可實(shí)現(xiàn)采暖、蓄熱和供熱等運(yùn)行模式。

2 太陽(yáng)能供熱系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)

2.1 太陽(yáng)能集熱系統(tǒng)的優(yōu)化

集熱系統(tǒng)的優(yōu)化應(yīng)考慮集熱器的最佳傾角和最優(yōu)面積。集熱器與水平面之間的夾角稱為最佳傾角。最佳傾角的確定，能使太陽(yáng)能供熱系統(tǒng)在特定條件下收集最大量的太陽(yáng)輻射能，從而最大限度地發(fā)揮系統(tǒng)的集熱作用。最佳傾角主要受當(dāng)?shù)氐牡乩砭暥?、太?yáng)輻射量、太陽(yáng)角和月份等因素的影響；集熱器的最優(yōu)面積會(huì)直接影響系統(tǒng)的運(yùn)行效果，最優(yōu)面積的確定需要認(rèn)真衡量集熱器面積與太陽(yáng)能保證率之間的關(guān)系，以計(jì)算供熱系統(tǒng)的壽命期凈收益。通常情況下，與采暖季最有利工況對(duì)應(yīng)的集熱器面積較小，該情況出現(xiàn)的概率相對(duì)較大；與采暖季最不利工況對(duì)應(yīng)的集熱器面積較大，而最不利工況下的部分負(fù)荷由輔助熱源承擔(dān)。因此，太陽(yáng)能集熱器的最優(yōu)面積要小于最不利工況對(duì)應(yīng)的集熱面積。

2.2 太陽(yáng)能蓄熱系統(tǒng)的優(yōu)化

在集熱器的面積確定后，需確定蓄熱容量，這主要通過(guò)集熱器的集熱量和建筑物熱負(fù)荷的時(shí)間來(lái)確定。從建筑24 h的集熱量和熱負(fù)荷的變化中發(fā)現(xiàn)，隨著室外溫度和日照強(qiáng)度的提高，集熱量會(huì)不斷增加，熱負(fù)荷則會(huì)不斷降低。蓄熱量的表達(dá)式為：

. （1）

式（1）中：Qx——系統(tǒng)需要的熱量；

Qj（t）——集熱器d的集熱量；

Qw（t）——建筑的熱負(fù)荷，kW。

由于采暖季的日太陽(yáng)輻射量與室外溫度不一致，所以，建筑的日熱負(fù)荷與集熱量有差異，這也造成了蓄熱系統(tǒng)日蓄熱量的不同。通常情況下，采暖季初期和末期的太陽(yáng)輻射量較大，溫度較高，日蓄熱量也較大，根據(jù)日蓄熱量集中的區(qū)間，可以確定蓄熱量的容量，在此基礎(chǔ)上，還可計(jì)算出蓄熱裝貿(mào)填充的相變材料的質(zhì)量。

3 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，鑒于太陽(yáng)能的不穩(wěn)定性，將太陽(yáng)能集熱系統(tǒng)、蓄熱裝置和輔助熱源有機(jī)地結(jié)合在一起，實(shí)現(xiàn)了太陽(yáng)能供熱系統(tǒng)供熱的穩(wěn)定性。通過(guò)分析太陽(yáng)能供熱系統(tǒng)的工作原理和相關(guān)設(shè)計(jì)，我們認(rèn)為，因太陽(yáng)能供熱系統(tǒng)由多個(gè)部分組成，所以，需要合理配置各部分。因此，我們著重優(yōu)化設(shè)計(jì)了太陽(yáng)能集熱器的最佳傾角、最優(yōu)面積和蓄熱系統(tǒng)的容量，以使系統(tǒng)運(yùn)行效果達(dá)到最佳。

摘 要：隨著我國(guó)建筑總量和建筑能耗的快速增長(zhǎng)，傳統(tǒng)的供熱方式已難以滿足建筑供熱的需求，而利用太陽(yáng)能為建筑物供熱，則可獲得良好的節(jié)能和環(huán)保效益。就太陽(yáng)能供熱系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)的相關(guān)問(wèn)題進(jìn)行了分析和研究，以期能為太陽(yáng)能供熱技術(shù)的推廣和應(yīng)用提供一定的理論依據(jù)。

關(guān)鍵詞：太陽(yáng)能；供熱系統(tǒng)；優(yōu)化設(shè)計(jì)；相變材料

中圖分類(lèi)號(hào)：TU832.1+7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2095-6835（2014）18-0043-02

太陽(yáng)能供熱技術(shù)主要利用集熱器吸收太陽(yáng)能，然后通過(guò)傳熱工質(zhì)傳送給供熱系統(tǒng)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)建筑的供熱。太陽(yáng)能供熱技術(shù)的應(yīng)用不僅有助于緩解當(dāng)前能源緊張的問(wèn)題，而且還能保護(hù)環(huán)境，但該技術(shù)在應(yīng)用過(guò)程中也存在一定的不足。由于太陽(yáng)能具有不穩(wěn)定性，且熱能存儲(chǔ)技術(shù)尚未完善，極大地限制了對(duì)太陽(yáng)能的熱利用。在此情況下，如何提高太陽(yáng)能供熱系統(tǒng)的運(yùn)行效率，已經(jīng)成為該領(lǐng)域研究的關(guān)鍵性問(wèn)題。因此，對(duì)太陽(yáng)能供熱系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)的相關(guān)問(wèn)題進(jìn)行探討，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 工作原理和相關(guān)設(shè)計(jì)

1.1 太陽(yáng)能供熱系統(tǒng)的工作原理

太陽(yáng)能供熱系統(tǒng)由集熱系統(tǒng)、輔助熱源系統(tǒng)、蓄熱裝置和供熱末端裝置等構(gòu)成，主要分為能源供應(yīng)、能源存儲(chǔ)和能源利用三個(gè)環(huán)節(jié)（如圖1所示）。與傳統(tǒng)的供熱方式相比，太陽(yáng)能供熱系統(tǒng)并不以常規(guī)能源作為主要熱源，而是利用集熱器收集太陽(yáng)輻射能，并將其轉(zhuǎn)化為熱量，再通過(guò)供熱末端裝置輸送給用戶，剩余的熱量則被存儲(chǔ)在蓄熱裝置中，以備不時(shí)之需。如果存儲(chǔ)的熱量難以滿足用戶的需要，輔助熱源就會(huì)發(fā)揮其作用，幫助完成供熱任務(wù)。

1—太陽(yáng)能集熱器；2—相變蓄熱器；3—熱水箱；

4—輔助加熱裝置；5—地盤(pán)管；6—循環(huán)水泵；7—控制器

圖1 太陽(yáng)能供熱系統(tǒng)構(gòu)成

該系統(tǒng)的具體工作原理是：在太陽(yáng)能豐富的時(shí)段啟動(dòng)水泵，開(kāi)啟V1、V3、V5和V6閥門(mén)為建筑采暖，同時(shí)蓄熱；在太陽(yáng)能較弱的時(shí)段，關(guān)閉V1和V3閥門(mén)，集熱器僅向用戶供熱；在夜晚或陰天，啟動(dòng)相變蓄熱裝置，開(kāi)啟V2、V4和V6閥門(mén)，將蓄存的太陽(yáng)能供給用戶；當(dāng)相變蓄熱裝置的熱能不足時(shí)，則需運(yùn)行輔助加熱裝置，開(kāi)啟V2和V4閥門(mén)，為用戶提供熱量。

1.2 太陽(yáng)能供熱系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

太陽(yáng)能供熱系統(tǒng)的設(shè)計(jì)主要集中在集熱系統(tǒng)和蓄熱裝置兩部分。其中，太陽(yáng)能集熱系統(tǒng)的設(shè)計(jì)包括選型、定位、連接和確定面積四個(gè)環(huán)節(jié)。在選型前，應(yīng)對(duì)太陽(yáng)能集熱器進(jìn)行分類(lèi)：按照結(jié)構(gòu)類(lèi)型分為真空管式、平板式和空氣太陽(yáng)能集熱器；按照吸熱體材料劃分，真空管集熱器又分為金屬熱體真空管和全玻璃真空管。太陽(yáng)能集熱系統(tǒng)的定位主要依據(jù)集熱器的安裝傾角和方位，以更好地接收太陽(yáng)輻射。太陽(yáng)能集熱器主要有串聯(lián)、并聯(lián)和混聯(lián)三種連接方式，連接方式的選擇要根據(jù)具體情況判定。由于太陽(yáng)能供熱系統(tǒng)主要滿足暖季的供熱需求，因此，集熱器面積的確定主要依據(jù)暖季的供熱負(fù)荷。蓄熱裝置的設(shè)計(jì)主要包括選擇、裝置和運(yùn)行三個(gè)環(huán)節(jié)，相變材料有很多種類(lèi)，其中，固-液相變材料具備高儲(chǔ)能密度、導(dǎo)熱系數(shù)大等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用。相變材料一般要封存在容器里，構(gòu)成相變蓄熱裝置，該裝置可實(shí)現(xiàn)采暖、蓄熱和供熱等運(yùn)行模式。

2 太陽(yáng)能供熱系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)

2.1 太陽(yáng)能集熱系統(tǒng)的優(yōu)化

集熱系統(tǒng)的優(yōu)化應(yīng)考慮集熱器的最佳傾角和最優(yōu)面積。集熱器與水平面之間的夾角稱為最佳傾角。最佳傾角的確定，能使太陽(yáng)能供熱系統(tǒng)在特定條件下收集最大量的太陽(yáng)輻射能，從而最大限度地發(fā)揮系統(tǒng)的集熱作用。最佳傾角主要受當(dāng)?shù)氐牡乩砭暥?、太?yáng)輻射量、太陽(yáng)角和月份等因素的影響；集熱器的最優(yōu)面積會(huì)直接影響系統(tǒng)的運(yùn)行效果，最優(yōu)面積的確定需要認(rèn)真衡量集熱器面積與太陽(yáng)能保證率之間的關(guān)系，以計(jì)算供熱系統(tǒng)的壽命期凈收益。通常情況下，與采暖季最有利工況對(duì)應(yīng)的集熱器面積較小，該情況出現(xiàn)的概率相對(duì)較大；與采暖季最不利工況對(duì)應(yīng)的集熱器面積較大，而最不利工況下的部分負(fù)荷由輔助熱源承擔(dān)。因此，太陽(yáng)能集熱器的最優(yōu)面積要小于最不利工況對(duì)應(yīng)的集熱面積。

2.2 太陽(yáng)能蓄熱系統(tǒng)的優(yōu)化

在集熱器的面積確定后，需確定蓄熱容量，這主要通過(guò)集熱器的集熱量和建筑物熱負(fù)荷的時(shí)間來(lái)確定。從建筑24 h的集熱量和熱負(fù)荷的變化中發(fā)現(xiàn)，隨著室外溫度和日照強(qiáng)度的提高，集熱量會(huì)不斷增加，熱負(fù)荷則會(huì)不斷降低。蓄熱量的表達(dá)式為：

. （1）

式（1）中：Qx——系統(tǒng)需要的熱量；

Qj（t）——集熱器d的集熱量；

Qw（t）——建筑的熱負(fù)荷，kW。

由于采暖季的日太陽(yáng)輻射量與室外溫度不一致，所以，建筑的日熱負(fù)荷與集熱量有差異，這也造成了蓄熱系統(tǒng)日蓄熱量的不同。通常情況下，采暖季初期和末期的太陽(yáng)輻射量較大，溫度較高，日蓄熱量也較大，根據(jù)日蓄熱量集中的區(qū)間，可以確定蓄熱量的容量，在此基礎(chǔ)上，還可計(jì)算出蓄熱裝貿(mào)填充的相變材料的質(zhì)量。

3 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，鑒于太陽(yáng)能的不穩(wěn)定性，將太陽(yáng)能集熱系統(tǒng)、蓄熱裝置和輔助熱源有機(jī)地結(jié)合在一起，實(shí)現(xiàn)了太陽(yáng)能供熱系統(tǒng)供熱的穩(wěn)定性。通過(guò)分析太陽(yáng)能供熱系統(tǒng)的工作原理和相關(guān)設(shè)計(jì)，我們認(rèn)為，因太陽(yáng)能供熱系統(tǒng)由多個(gè)部分組成，所以，需要合理配置各部分。因此，我們著重優(yōu)化設(shè)計(jì)了太陽(yáng)能集熱器的最佳傾角、最優(yōu)面積和蓄熱系統(tǒng)的容量，以使系統(tǒng)運(yùn)行效果達(dá)到最佳。

摘 要：隨著我國(guó)建筑總量和建筑能耗的快速增長(zhǎng)，傳統(tǒng)的供熱方式已難以滿足建筑供熱的需求，而利用太陽(yáng)能為建筑物供熱，則可獲得良好的節(jié)能和環(huán)保效益。就太陽(yáng)能供熱系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)的相關(guān)問(wèn)題進(jìn)行了分析和研究，以期能為太陽(yáng)能供熱技術(shù)的推廣和應(yīng)用提供一定的理論依據(jù)。

關(guān)鍵詞：太陽(yáng)能；供熱系統(tǒng)；優(yōu)化設(shè)計(jì)；相變材料

中圖分類(lèi)號(hào)：TU832.1+7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2095-6835（2014）18-0043-02

太陽(yáng)能供熱技術(shù)主要利用集熱器吸收太陽(yáng)能，然后通過(guò)傳熱工質(zhì)傳送給供熱系統(tǒng)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)建筑的供熱。太陽(yáng)能供熱技術(shù)的應(yīng)用不僅有助于緩解當(dāng)前能源緊張的問(wèn)題，而且還能保護(hù)環(huán)境，但該技術(shù)在應(yīng)用過(guò)程中也存在一定的不足。由于太陽(yáng)能具有不穩(wěn)定性，且熱能存儲(chǔ)技術(shù)尚未完善，極大地限制了對(duì)太陽(yáng)能的熱利用。在此情況下，如何提高太陽(yáng)能供熱系統(tǒng)的運(yùn)行效率，已經(jīng)成為該領(lǐng)域研究的關(guān)鍵性問(wèn)題。因此，對(duì)太陽(yáng)能供熱系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)的相關(guān)問(wèn)題進(jìn)行探討，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 工作原理和相關(guān)設(shè)計(jì)

1.1 太陽(yáng)能供熱系統(tǒng)的工作原理

太陽(yáng)能供熱系統(tǒng)由集熱系統(tǒng)、輔助熱源系統(tǒng)、蓄熱裝置和供熱末端裝置等構(gòu)成，主要分為能源供應(yīng)、能源存儲(chǔ)和能源利用三個(gè)環(huán)節(jié)（如圖1所示）。與傳統(tǒng)的供熱方式相比，太陽(yáng)能供熱系統(tǒng)并不以常規(guī)能源作為主要熱源，而是利用集熱器收集太陽(yáng)輻射能，并將其轉(zhuǎn)化為熱量，再通過(guò)供熱末端裝置輸送給用戶，剩余的熱量則被存儲(chǔ)在蓄熱裝置中，以備不時(shí)之需。如果存儲(chǔ)的熱量難以滿足用戶的需要，輔助熱源就會(huì)發(fā)揮其作用，幫助完成供熱任務(wù)。

1—太陽(yáng)能集熱器；2—相變蓄熱器；3—熱水箱；

4—輔助加熱裝置；5—地盤(pán)管；6—循環(huán)水泵；7—控制器

圖1 太陽(yáng)能供熱系統(tǒng)構(gòu)成

該系統(tǒng)的具體工作原理是：在太陽(yáng)能豐富的時(shí)段啟動(dòng)水泵，開(kāi)啟V1、V3、V5和V6閥門(mén)為建筑采暖，同時(shí)蓄熱；在太陽(yáng)能較弱的時(shí)段，關(guān)閉V1和V3閥門(mén)，集熱器僅向用戶供熱；在夜晚或陰天，啟動(dòng)相變蓄熱裝置，開(kāi)啟V2、V4和V6閥門(mén)，將蓄存的太陽(yáng)能供給用戶；當(dāng)相變蓄熱裝置的熱能不足時(shí)，則需運(yùn)行輔助加熱裝置，開(kāi)啟V2和V4閥門(mén)，為用戶提供熱量。

1.2 太陽(yáng)能供熱系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

太陽(yáng)能供熱系統(tǒng)的設(shè)計(jì)主要集中在集熱系統(tǒng)和蓄熱裝置兩部分。其中，太陽(yáng)能集熱系統(tǒng)的設(shè)計(jì)包括選型、定位、連接和確定面積四個(gè)環(huán)節(jié)。在選型前，應(yīng)對(duì)太陽(yáng)能集熱器進(jìn)行分類(lèi)：按照結(jié)構(gòu)類(lèi)型分為真空管式、平板式和空氣太陽(yáng)能集熱器；按照吸熱體材料劃分，真空管集熱器又分為金屬熱體真空管和全玻璃真空管。太陽(yáng)能集熱系統(tǒng)的定位主要依據(jù)集熱器的安裝傾角和方位，以更好地接收太陽(yáng)輻射。太陽(yáng)能集熱器主要有串聯(lián)、并聯(lián)和混聯(lián)三種連接方式，連接方式的選擇要根據(jù)具體情況判定。由于太陽(yáng)能供熱系統(tǒng)主要滿足暖季的供熱需求，因此，集熱器面積的確定主要依據(jù)暖季的供熱負(fù)荷。蓄熱裝置的設(shè)計(jì)主要包括選擇、裝置和運(yùn)行三個(gè)環(huán)節(jié)，相變材料有很多種類(lèi)，其中，固-液相變材料具備高儲(chǔ)能密度、導(dǎo)熱系數(shù)大等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用。相變材料一般要封存在容器里，構(gòu)成相變蓄熱裝置，該裝置可實(shí)現(xiàn)采暖、蓄熱和供熱等運(yùn)行模式。

2 太陽(yáng)能供熱系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)

2.1 太陽(yáng)能集熱系統(tǒng)的優(yōu)化

集熱系統(tǒng)的優(yōu)化應(yīng)考慮集熱器的最佳傾角和最優(yōu)面積。集熱器與水平面之間的夾角稱為最佳傾角。最佳傾角的確定，能使太陽(yáng)能供熱系統(tǒng)在特定條件下收集最大量的太陽(yáng)輻射能，從而最大限度地發(fā)揮系統(tǒng)的集熱作用。最佳傾角主要受當(dāng)?shù)氐牡乩砭暥取⑻?yáng)輻射量、太陽(yáng)角和月份等因素的影響；集熱器的最優(yōu)面積會(huì)直接影響系統(tǒng)的運(yùn)行效果，最優(yōu)面積的確定需要認(rèn)真衡量集熱器面積與太陽(yáng)能保證率之間的關(guān)系，以計(jì)算供熱系統(tǒng)的壽命期凈收益。通常情況下，與采暖季最有利工況對(duì)應(yīng)的集熱器面積較小，該情況出現(xiàn)的概率相對(duì)較大；與采暖季最不利工況對(duì)應(yīng)的集熱器面積較大，而最不利工況下的部分負(fù)荷由輔助熱源承擔(dān)。因此，太陽(yáng)能集熱器的最優(yōu)面積要小于最不利工況對(duì)應(yīng)的集熱面積。

2.2 太陽(yáng)能蓄熱系統(tǒng)的優(yōu)化

在集熱器的面積確定后，需確定蓄熱容量，這主要通過(guò)集熱器的集熱量和建筑物熱負(fù)荷的時(shí)間來(lái)確定。從建筑24 h的集熱量和熱負(fù)荷的變化中發(fā)現(xiàn)，隨著室外溫度和日照強(qiáng)度的提高，集熱量會(huì)不斷增加，熱負(fù)荷則會(huì)不斷降低。蓄熱量的表達(dá)式為：

. （1）

式（1）中：Qx——系統(tǒng)需要的熱量；

Qj（t）——集熱器d的集熱量；

Qw（t）——建筑的熱負(fù)荷，kW。

由于采暖季的日太陽(yáng)輻射量與室外溫度不一致，所以，建筑的日熱負(fù)荷與集熱量有差異，這也造成了蓄熱系統(tǒng)日蓄熱量的不同。通常情況下，采暖季初期和末期的太陽(yáng)輻射量較大，溫度較高，日蓄熱量也較大，根據(jù)日蓄熱量集中的區(qū)間，可以確定蓄熱量的容量，在此基礎(chǔ)上，還可計(jì)算出蓄熱裝貿(mào)填充的相變材料的質(zhì)量。

3 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，鑒于太陽(yáng)能的不穩(wěn)定性，將太陽(yáng)能集熱系統(tǒng)、蓄熱裝置和輔助熱源有機(jī)地結(jié)合在一起，實(shí)現(xiàn)了太陽(yáng)能供熱系統(tǒng)供熱的穩(wěn)定性。通過(guò)分析太陽(yáng)能供熱系統(tǒng)的工作原理和相關(guān)設(shè)計(jì)，我們認(rèn)為，因太陽(yáng)能供熱系統(tǒng)由多個(gè)部分組成，所以，需要合理配置各部分。因此，我們著重優(yōu)化設(shè)計(jì)了太陽(yáng)能集熱器的最佳傾角、最優(yōu)面積和蓄熱系統(tǒng)的容量，以使系統(tǒng)運(yùn)行效果達(dá)到最佳。