一種新型三水箱太陽能熱水系統(tǒng)及控制策略

俞準，梁柯，郭志勇，嚴中俊，張國強

（1.湖南大學(xué) 土木工程學(xué)院，湖南 長沙 410082；2.中建五局裝飾幕墻有限公司，湖南 長沙 410004）

與分散式單水箱太陽能熱水系統(tǒng)相比，集中式雙水箱太陽能熱水系統(tǒng)具有蓄熱能力強和供熱穩(wěn)定性好等優(yōu)點［1］，目前已廣泛應(yīng)用于高層住宅建筑［2］和公共建筑［3］.該系統(tǒng)通常設(shè)置蓄熱水箱和供熱水箱分別實現(xiàn)熱水的蓄存與供應(yīng)［4-5］.為確保向用戶持續(xù)穩(wěn)定供水，在工程實際應(yīng)用中（尤其是學(xué)生公寓和工廠宿舍等存在集中大量用水的場合）通常對供熱水箱和蓄熱水箱均配備輔助熱源［6-7］，其中供熱水箱輔助熱源主要用于彌補供熱水箱及供水循環(huán)管路散熱以實現(xiàn)向用戶恒溫供水；而蓄熱水箱輔助熱源則主要用于蓄熱水箱熱水溫度未達到某一設(shè)定值時對其進行加熱并補入供熱水箱，從而避免出現(xiàn)當(dāng)用戶短時間內(nèi)存在大量用水時，因蓄熱水箱補水溫度過低而導(dǎo)致供熱水箱輔助熱源難以將供熱水箱熱水及時加熱至用戶所需溫度的情況.此外，就運行控制策略而言，現(xiàn)有雙水箱太陽能熱水系統(tǒng)通常對輔助熱源和集熱循環(huán)分別采用溫度控制和溫差控制：當(dāng)供熱水箱和蓄熱水箱中熱水溫度低于某一設(shè)定值（如50 ℃［7-8］）時輔助熱源開啟，否則關(guān)閉；當(dāng)集熱器出水溫度與蓄熱水箱熱水溫度之差高于某一設(shè)定值（如5～10 ℃［9］）時集熱泵啟動，低于某一設(shè)定值（如1～3 ℃［9］）時集熱泵關(guān)閉.由于集中式太陽能熱水系統(tǒng)能耗相對較高，近年來不同學(xué)者對如何通過改進系統(tǒng)形式［10-12］和控制策略［6，13-14］降低系統(tǒng)運行能耗進行了較多研究.例如，丁志雄等［15］將相變材料封裝后置于蓄熱水箱中，利用相變材料蓄熱密度大的優(yōu)點提高系統(tǒng)在太陽輻射量較高情況下的蓄能密度并加以錯時利用，結(jié)果顯示其系統(tǒng)全年運行能耗減少了17.7%；Wang 等［7］提出了一種分季節(jié)分時段的控制策略，該策略通過在一天不同時段中逐步提高蓄熱水箱的設(shè)定溫度以提高集熱器集熱效率并減少輔助熱源運行時間，結(jié)果顯示該系統(tǒng)輔助熱源年運行能耗最高可降低26%.上述方法均有效提高了集中式太陽能熱水系統(tǒng)太陽能保證率和運行能效.然而，現(xiàn)有研究仍存在一定局限，主要體現(xiàn)在受系統(tǒng)雙水箱形式和控制策略所限，當(dāng)一天中（或某時刻后剩余時間內(nèi)）太陽輻射量不足以將集熱器出水溫度加熱至集熱泵啟動條件時，會導(dǎo)致集熱器所吸收的太陽能無法對蓄熱水箱進行加熱并散失于外界環(huán)境中，從而造成能量浪費.

針對上述問題，同時考慮到現(xiàn)有雙水箱太陽能熱水系統(tǒng)（以下簡稱“傳統(tǒng)系統(tǒng)”）的補水通常來自于市政管網(wǎng)自來水且其溫度相對較低，本文在傳統(tǒng)系統(tǒng)基礎(chǔ)上提出一種引入補水加熱水箱的新型三水箱太陽能熱水系統(tǒng)（以下簡稱“本文所提系統(tǒng)”），并開發(fā)了相應(yīng)控制策略以充分利用傳統(tǒng)系統(tǒng)蓄熱水箱所無法蓄存的太陽能對補水進行加熱，從而實現(xiàn)系統(tǒng)太陽能保證率的提升.具體而言，當(dāng)太陽輻射量不足且集熱器無法對蓄熱水箱進行加熱時，補水加熱水箱可蓄存集熱器所吸收的太陽能以避免能量浪費；當(dāng)太陽輻射量充足且蓄熱水箱溫度達到最大設(shè)定值后，補水加熱水箱可進一步提高系統(tǒng)蓄熱能力并繼續(xù)儲存太陽能.

為分析所提系統(tǒng)的運行性能，本文建立了TRNSYS 動態(tài)仿真模型并通過實驗對其進行了驗證.在此基礎(chǔ)上，對比分析了本文所提系統(tǒng)與傳統(tǒng)系統(tǒng)在典型日（晴天日和多云日）與典型年的太陽能保證率，并探究了不同補水加熱水箱體積和用戶用水行為模式對系統(tǒng)全年太陽能保證率的影響.此外，本文進一步以某實際工程為例進行了經(jīng)濟性分析，為所提系統(tǒng)在實際中的應(yīng)用提供了參考.

1 系統(tǒng)介紹與實驗方案

1.1 實驗平臺

為測試本文所提系統(tǒng)的運行性能，本文搭建了相應(yīng)實驗平臺，其系統(tǒng)原理圖和裝置實物圖分別如圖1 和圖2 所示.該系統(tǒng)主要由真空管太陽能集熱器、太陽能集熱循環(huán)泵、補水加熱水箱、蓄熱水箱、供熱水箱和供熱水泵等設(shè)備組成.各設(shè)備主要參數(shù)如表1 所示.3 個水箱均采用50 mm 的聚氨酯作為保溫材料以減少水箱散熱，且水箱上部均安裝有浮球補水控制閥以保證其在測試過程中始終為滿水位狀態(tài).此外，蓄熱水箱與供熱水箱底部各設(shè)置1 個電加熱器作為輔助熱源.

表1 系統(tǒng)各設(shè)備主要參數(shù)Tab.1 The parameters of each equipment of the system

圖1 系統(tǒng)原理圖Fig.1 Schematic diagram of experimental system

圖2 實驗裝置實物圖Fig.2 The picture of the experimental equipment

為獲取系統(tǒng)運行時的水溫變化，在每個水箱中心軸線（距水箱底部500 mm）及集熱器出水口處各布置1 個PT-100 溫度傳感器.為確保實驗數(shù)據(jù)的準確性，實驗開始前利用冰水混合物對其進行標(biāo)定，標(biāo)定精度誤差為±0.5 ℃.在實驗過程中，采用數(shù)據(jù)采集器（Agilent 34972A）進行數(shù)據(jù)采集，時間間隔設(shè)置為1 min.此外，本文采用HOBO無線溫濕度記錄儀測量實驗過程中的環(huán)境溫濕度變化［16］，采用太陽總輻射記錄儀測量實驗過程中太陽總輻射量變化［17］.

1.2 系統(tǒng)控制策略

1.2.1 輔助熱源及集熱循環(huán)控制策略

輔助熱源的主要作用是滿足用戶最低供水溫度需求，考慮到生活熱水溫度不應(yīng)低于45 ℃［18］且實際應(yīng)用中通常留有一定余量（如設(shè)為50 ℃［7-8］），本文將輔助熱源的啟停條件設(shè)置為當(dāng)蓄熱水箱與供熱水箱中水溫低于50 ℃時開啟，否則關(guān)閉.就集熱循環(huán)控制而言，本文采用傳統(tǒng)溫差控制策略，當(dāng)集熱器與水箱之間溫差大于5 ℃時集熱泵開啟，當(dāng)該溫差小于 2 ℃時集熱泵關(guān)閉.

1.2.2 補水加熱水箱及蓄熱水箱加熱控制策略

1）補水加熱水箱及蓄熱水箱環(huán)路切換控制策略.由上述集熱循環(huán)控制策略可知，當(dāng)集熱器與水箱之間溫差大于5 ℃時，集熱泵開啟并通過不同環(huán)路對蓄熱水箱或補水加熱水箱進行加熱.由于輔助熱源控制策略會使得蓄熱水箱水溫不低于50 ℃，因此系統(tǒng)運行過程中集熱器水溫達到55 ℃時才會對其進行加熱.就傳統(tǒng)系統(tǒng)而言，當(dāng)一天剩余時間內(nèi)太陽輻射不足以將集熱器水溫加熱到55 ℃時，集熱泵會無法開啟并導(dǎo)致集熱器所收集的太陽能被浪費.為避免該部分能量浪費，在本文所提系統(tǒng)運行過程中將基于靜態(tài)條件（集熱泵不開啟）對集熱器水溫變化進行預(yù)測，只要當(dāng)天剩余時間內(nèi)太陽輻射可將集熱器水溫加熱到55 ℃，則優(yōu)先開啟蓄熱水箱加熱環(huán)路，利用集熱器對蓄熱水箱進行加熱以減少相應(yīng)輔助熱源的運行時間；否則開啟補水加熱水箱加熱環(huán)路，利用集熱器對補水加熱水箱進行加熱.

2）補水加熱水箱及蓄熱水箱過溫保護控制策略.考慮到生活熱水溫度不應(yīng)超過60 ℃［4］，在運行過程中還應(yīng)對蓄熱水箱和補水加熱水箱水溫進行實時監(jiān)測，當(dāng)蓄熱水箱水溫達到60 ℃時停止對其加熱并對補水加熱水箱進行加熱，當(dāng)補水加熱水箱水溫達到60 ℃時關(guān)閉集熱泵.

需要說明的是，為準確預(yù)測集熱器水溫在當(dāng)天剩余時間內(nèi)的變化，應(yīng)基于集熱器性能參數(shù)（可通過廠家樣本獲取）、集熱器實時熱水溫度和短期氣象參數(shù)（可通過專業(yè)商業(yè)網(wǎng)站等方式獲?。┑纫蛩剡M行靜態(tài)熱平衡計算，相應(yīng)公式如下：

式中：η為集熱器效率；a0、a1、a2為集熱器參數(shù)，本文中分別為0.43，1.25 和0.02；Tout為集熱器水溫，℃；Ta為環(huán)境溫度，℃；G為集熱器所在平面總輻射量，W/m2；Qa為集熱器集熱量，W；Ac為集熱器面積，m2，本文為2.7 m2；Ql為集熱器散熱量，W；UL為集熱器總熱損失系數(shù)，W/（m2·℃），本文為2.76 W/（m2·℃）；Tout，n+1為下一計算時刻集熱器水溫，℃；Tout，n為計算時刻集熱器水溫，℃；c為水的比熱容，kJ/（kg·K），本文為 4.18 kJ/（kg·K）；m為集熱器中水的質(zhì)量，kg，本文為40 kg.

1.3 實驗方案

基于上述控制策略，本文實驗方案如下：

1）實驗開始前通過蓄熱水箱和供熱水箱電加熱控制裝置將兩個水箱水溫均加熱至50 ℃.

2）啟動太陽能集熱控制裝置并開啟閥門3、4、7.

3）根據(jù)式（1）～（4），每小時判斷一次當(dāng)天剩余時間內(nèi)太陽能集熱器水溫能否高于55 ℃，若能則開啟閥門2 和6 并關(guān)閉閥門1 和5，否則開啟閥門1 和5 并關(guān)閉閥門2和6.

4）實時監(jiān)測蓄熱水箱和補水加熱水箱水溫，當(dāng)蓄熱水箱水溫達到60 ℃時開啟閥門1 和5 并關(guān)閉閥門2和6，當(dāng)補水加熱水箱水溫達到60 ℃時關(guān)閉太陽能集熱控制裝置.

5）在系統(tǒng)運行過程中通過開啟和關(guān)閉閥門8 模擬用戶用水過程.

2 模型建立與驗證

2.1 模型建立

本文基于TRNSYS18 模塊化瞬態(tài)仿真平臺建立了所提系統(tǒng)的仿真模型，如圖3 所示.該模型包括氣象數(shù)據(jù)、用戶負荷、集熱器、水箱、控制器、輸出等平臺標(biāo)準模塊.各個模塊參數(shù)均按實驗參數(shù)設(shè)置，其中用戶負荷模塊中用水行為模式設(shè)置為單個家庭典型用水模式［19］，用戶用水量設(shè)置為120 L/d［4］.

圖3 系統(tǒng)仿真模型Fig.3 TRNSYS 18 model schematic of the proposed system

2.2 模型驗證

本文基于所建實驗平臺于2021 年6月進行了相關(guān)實驗，并根據(jù)實驗測試數(shù)據(jù)對所建模型進行了驗證.圖4 給出了其中某一日的實驗數(shù)據(jù)與模擬結(jié)果的對比圖，該日環(huán)境溫度為20.9～33.1 ℃，相對濕度為39%～81%，全天總太陽輻射量為26.28 MJ/m2.其中，圖4（a）和（b）分別為本文所提系統(tǒng)中補水加熱水箱和蓄熱水箱內(nèi)熱水溫度變化的實驗及模擬結(jié)果對比圖.由圖可見，補水加熱水箱和蓄熱水箱的熱水溫度模擬值與實驗值較為吻合，且相應(yīng)誤差分析顯示補水加熱水箱水溫與蓄熱水箱水溫模擬值與實驗值的最大相對誤差分別為4.97%和6.89%.上述結(jié)果表明該模型具有較好的準確性，可進一步用于探究本文所提太陽能熱水系統(tǒng)的運行性能.

圖4 實驗與模擬水溫變化Fig.4 Temperature comparison between simulation and experiment

3 結(jié)果與討論

3.1 兩種系統(tǒng)運行性能分析

為了對比分析本文所提系統(tǒng)和傳統(tǒng)系統(tǒng)運行性能，從典型年氣象數(shù)據(jù)中隨機選取某一晴天日（太陽輻射量高于20.8 MJ/m2［20］）和某一多云日（太陽輻射量為7.5～14.3 MJ/m2［20］）對兩個系統(tǒng)運行過程中補水加熱水箱和蓄熱水箱內(nèi)熱水溫度變化進行了仿真模擬，結(jié)果分別如圖5（a）和（b）所示.

圖5 兩個典型日水箱水溫變化對比圖Fig.5 Comparison of simulation temperature in typical days

由圖5（a）可見，對于傳統(tǒng)系統(tǒng)蓄熱水箱，在6：00—8：00，由于用戶存在少量用水，導(dǎo)致其水溫緩慢下降；在8：00—10：00，由于集熱泵未達到開啟條件，因此其水溫基本保持不變；到10：00 時，集熱器水溫達到55 ℃且集熱泵開啟，因此在10：00—12：00其水溫逐步上升；在12：00—14：00，用戶存在少量用水且集熱器持續(xù)對蓄熱水箱進行加熱，因此其水溫先出現(xiàn)一定下降而后又上升到 60 ℃，此后集熱器停止對蓄熱水箱進行加熱；在14：00—18：00，用戶無用水行為，其水溫基本保持不變；在18：00—20：00，由于用戶存在少量用水，導(dǎo)致其水溫緩慢下降；在20：00—23：00，用戶存在大量用水，其水溫迅速下降且當(dāng)水溫低于50 ℃時輔助熱源開啟；由圖5（a）局部放大圖可知，輔助熱源開啟時間為21：55—22：15.23：00 后用戶不再用水，其水溫也基本不變.

對于本文所提系統(tǒng)，在6：00—20：00 蓄熱水箱水溫變化與傳統(tǒng)系統(tǒng)蓄熱水箱水溫變化趨勢基本一致.由圖中補水加熱水箱水溫變化趨勢可見，在 14：00 蓄熱水箱水溫達到60 ℃后，根據(jù)本文所提系統(tǒng)的控制策略，集熱器開始對補水加熱水箱進行加熱，其水溫逐漸升高.在20：00—23：00，用戶存在大量用水，與傳統(tǒng)系統(tǒng)相比，本文所提系統(tǒng)中補水水溫更高，因此蓄熱水箱水溫下降速率比傳統(tǒng)系統(tǒng)蓄熱水箱更為緩慢.值得強調(diào)的是，與傳統(tǒng)系統(tǒng)在20：00—23：00蓄熱水箱內(nèi)輔助熱源開啟20 min相比，本文所提系統(tǒng)蓄熱水箱內(nèi)輔助熱源并未開啟.

由圖5（b）可見，在多云日，兩個系統(tǒng)中蓄熱水箱與補水加熱水箱水溫變化趨勢與晴天日均較為類似.區(qū)別是，由于多云日太陽輻射量相對較低，在15：00 以后集熱器水溫?zé)o法達到55 ℃，根據(jù)本文所提系統(tǒng)的控制策略，此時集熱器開始對補水加熱水箱進行加熱.從圖5（b）局部放大圖可知，在20：00—23：00用戶存在大量用水時，傳統(tǒng)系統(tǒng)與本文所提系統(tǒng)的蓄熱水箱均開啟了輔助熱源，其運行時間分別為35 min和28 min.

為了進一步分析兩個系統(tǒng)的運行性能，本文對兩個系統(tǒng)的太陽能保證率進行了計算，相應(yīng)計算公式如下：

式中：f為太陽能保證率；Qload為系統(tǒng)所需熱量，MJ；Qaux為輔助熱源提供的熱量，MJ.

表2 給出了傳統(tǒng)系統(tǒng)和本文所提系統(tǒng)在上述兩個典型日及典型年的太陽能保證率.由表2 可知，在晴天日，兩個系統(tǒng)的太陽能保證率分別為65.31%和100%；在多云日，兩個系統(tǒng)的太陽能保證率分別為46.91%和59.77%.就全年太陽能保證率而言，兩個系統(tǒng)分別可達39.79%和48.71%，本文所提系統(tǒng)相較于傳統(tǒng)系統(tǒng)提升了22.42%.上述結(jié)果表明，與傳統(tǒng)系統(tǒng)相比，本文所提系統(tǒng)及相應(yīng)控制策略可有效利用更多的太陽能并減少輔助熱源開啟時間，從而顯著提高了太陽能保證率.

表2 典型日及典型年太陽能保證率Tab.2 The solar fraction in typical days and years

3.2 不同因素對系統(tǒng)運行性能影響分析

3.2.1 補水加熱水箱體積對太陽能保證率的影響

本文所提系統(tǒng)中補水加熱水箱在不同體積下蓄熱能力和蓄熱量會有所不同，從而使得系統(tǒng)太陽能保證率發(fā)生變化.為分析該影響，本文對補水加熱水箱在不同體積下全年所蓄存的熱量和系統(tǒng)全年太陽能保證率進行了相應(yīng)計算，結(jié)果如圖6所示.

圖6 不同補水加熱水箱體積下系統(tǒng)全年太陽能保證率Fig.6 Annual solar fraction of the system under different makeup water tank volumes

由圖6 可見，當(dāng)補水加熱水箱體積由10 L 增大到100 L時，其全年所蓄存的熱量及系統(tǒng)太陽能保證率均不斷升高.這是由于隨著體積的增加其蓄熱能力也逐漸上升，因此在全年運行過程中能夠蓄存更多的太陽能，從而使得系統(tǒng)全年太陽能保證率也不斷升高.當(dāng)補水加熱水箱體積由100 L 增大到150 L時，系統(tǒng)全年太陽能保證率基本維持不變.其主要原因是此時補水加熱水箱全年所蓄存的熱量已達到最大值，而隨著水箱體積增加其表面積和對環(huán)境的散熱量也相應(yīng)增大，因此系統(tǒng)全年太陽能保證率不但不再升高反而略有降低.

上述結(jié)果顯示，單純增大補水加熱水箱體積并不會使得系統(tǒng)全年太陽能保證率不斷提升.考慮到大的補水加熱水箱體積還會導(dǎo)致系統(tǒng)初投資顯著增加，在實際應(yīng)用中應(yīng)在綜合考慮系統(tǒng)全年太陽能保證率和初投資等因素的基礎(chǔ)上合理選擇補水加熱水箱體積.

3.2.2 不同用戶用水行為模式對系統(tǒng)太陽能保證率的影響

既有研究顯示，用戶用水行為模式（主要包括用水時間和用水量）對太陽能熱水系統(tǒng)的太陽能保證率通常具有一定影響［21-22］.為分析不同用戶用水行為模式下本文所提系統(tǒng)與傳統(tǒng)系統(tǒng)的太陽能保證率變化，本文根據(jù)文獻選取了家庭用水行為模式［19］和學(xué)校浴室用水行為模式［23］（下文分別簡稱為模式1與模式2，其相應(yīng)用水曲線如圖7 所示，且用戶總用水量均為120 L），基于所建模型對本文所提系統(tǒng)與傳統(tǒng)系統(tǒng)的全年太陽能保證率進行了計算和對比，結(jié)果如表3所示.

表3 兩種用水行為模式下系統(tǒng)全年太陽能保證率Tab.3 The annual solar fraction of the system under two water usage behavior modes

圖7 兩種用水行為曲線圖Fig.7 The curve of two distinct water usage modes

由表3 可知，在模式1 和模式2 下本文所提系統(tǒng)的全年太陽能保證率分別為48.71%和44.64%，而傳統(tǒng)系統(tǒng)的全年太陽能保證率分別為39.79% 和33.36%.顯然，兩種用水模式下本文所提系統(tǒng)的全年太陽能保證率均高于傳統(tǒng)系統(tǒng)，且模式1 下本文所提系統(tǒng)的全年太陽能保證率更高.這是因為與模式2 下用戶僅存在夜間用水相比，模式1 下用戶在白天也存在用水并導(dǎo)致蓄熱水箱和補水加熱水箱中水溫出現(xiàn)下降，此時集熱器回水溫度也相應(yīng)降低，從而提高了集熱器集熱效率.同時，與傳統(tǒng)系統(tǒng)全年太陽能保證率相比，本文所提系統(tǒng)全年太陽能保證率在模式1 與模式2 下均有較高提升，分別達到22.42%和33.81%.進一步計算顯示，兩種模式下補水加熱水箱全年所蓄存的熱量分別為1 269.97 MJ和1 272.83 MJ，占集熱器全年蓄存熱量的33.42%和35.25%.上述結(jié)果顯示，與傳統(tǒng)系統(tǒng)相比，本文所提系統(tǒng)及相應(yīng)控制策略在不同用水行為模式下均可更為充分地利用太陽能.此外，在總用水量相同的前提下，與僅存在夜間用水的用戶用水行為模式相比，本文所提系統(tǒng)在白天和夜間均存在用水的用戶用水行為模式下可獲得更高的全年太陽能保證率.

4 經(jīng)濟性分析

為進一步分析本文所提系統(tǒng)在實際應(yīng)用中的經(jīng)濟性，本文基于長沙地區(qū)某居住建筑太陽能熱水系統(tǒng)的相關(guān)參數(shù)（表4［7］）和該地區(qū)居民用電階梯電價，對傳統(tǒng)系統(tǒng)及本文所提系統(tǒng)的運行費用及項目回收期進行了計算，結(jié)果見表5.需要說明的是，本文同時基于所建模型和上述系統(tǒng)相關(guān)參數(shù)對不同補水加熱水箱體積下的系統(tǒng)全年太陽能保證率進行了計算，并最終選擇11 m3作為相應(yīng)補水加熱水箱體積（此時系統(tǒng)全年太陽能保證率達到最高）.

表4 某居住建筑太陽能熱水系統(tǒng)相關(guān)參數(shù)［7］Tab.4 The parameters of the solar water heating system in a residential building［7］

表5 系統(tǒng)年運行費用及項目回收期Tab.5 The annual operating cost and project payback period of the proposed system

由表5 可知，本文所提系統(tǒng)與傳統(tǒng)系統(tǒng)相比，由于增加了補水加熱水箱，其初投資成本相應(yīng)增加了 8 000元.同時，在采用本文所提系統(tǒng)后，其年耗電量由傳統(tǒng)系統(tǒng)的75 846.37 kWh 降低為62 226.23 kWh，相應(yīng)年運行費用也從傳統(tǒng)系統(tǒng)的66 043.58元降低為53 948.89元.與傳統(tǒng)系統(tǒng)相比，本文所提系統(tǒng)年運行費用減少了18.31%.綜合考慮補水加熱水箱成本及年運行費用可計算出采用本文所提系統(tǒng)后項目回收期為0.66年.顯然，本文所提系統(tǒng)在實際應(yīng)用中具有較好的經(jīng)濟性.

5 結(jié)論

1）與傳統(tǒng)系統(tǒng)相比，本文所提系統(tǒng)及相應(yīng)控制策略可有效利用補水加熱水箱蓄存更多的太陽能并減少輔助熱源開啟時間，從而顯著提高了太陽能保證率.就典型年而言，兩個系統(tǒng)的全年太陽能保證率分別為39.79%和48.71%，本文所提系統(tǒng)相較于傳統(tǒng)系統(tǒng)提升了22.42%.

2）單純增大補水加熱水箱體積并不會使系統(tǒng)全年太陽能保證率不斷提升.考慮到大的補水加熱水箱體積還會導(dǎo)致系統(tǒng)初投資顯著增加，在實際應(yīng)用中應(yīng)在綜合考慮系統(tǒng)全年太陽能保證率和初投資等因素的基礎(chǔ)上合理選擇補水加熱水箱體積.

3）在不同用水行為模式下，本文所提系統(tǒng)與傳統(tǒng)系統(tǒng)相比均可更為充分地利用太陽能.就家庭用水模式與學(xué)校浴室用水模式而言，本文所提系統(tǒng)全年太陽能保證率相較于傳統(tǒng)系統(tǒng)均有較大提升，提升率分別達到22.42%和33.81%.此外，在用水量一定的條件下，與僅存在夜間用水的用戶用水行為模式相比，本文所提系統(tǒng)在白天和夜間均存在用水的用戶用水行為模式下可獲得更高的全年太陽能保證率.

4）本文案例分析顯示，在長沙地區(qū)某居住建筑采用本文所提系統(tǒng)后，年運行費用從傳統(tǒng)系統(tǒng)的 66 043.58 元降低為53 948.89 元，降低了18.31%；相應(yīng)項目回收期為0.66年.顯然，本文所提系統(tǒng)在實際應(yīng)用中具有較好的經(jīng)濟性.

在本文工作基礎(chǔ)上，未來將進一步對本文所提系統(tǒng)中補水加熱水箱與封裝相變材料的耦合應(yīng)用進行研究，利用相變材料蓄能密度大的優(yōu)勢進一步提高系統(tǒng)蓄熱能力，在降低水箱體積的同時提高系統(tǒng)太陽能保證率，并深入探究不同參數(shù)（如相變材料熱物性和封裝結(jié)構(gòu)幾何尺寸等）對耦合系統(tǒng)運行性能的影響，從而為其在實際工程中的應(yīng)用和推廣提供依據(jù).