太阳能热利用系统的长期监测与节能减排效益评价-何涛

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1、太阳能热利用系统长期监测与节能减排效益评价中国建筑科学研究院何涛张昕宇郑瑞澄国家太阳能热水器质量监督检验中心（北京）黄祝连邓昱张磊摘要介绍了太阳能热利用主要的几种系统形式，分析了太阳能热利用系统的性能与运行参数的关系，提出了典型热利用系统的监测评估方案，用于太阳能热利用系统的监测和性能评价。关键词太阳能热利用监测节能减排效益评价一、问题的提出随着常规能源的价格日益高涨，太阳能等可再生能源的利用日益受到重视，但是投资建设太阳能热利用系统，其节能效果究竟如何，能否达到设计要求，急需一套科学、实用、可行的方法进行测试和评估。本文将在介绍太阳能热利用系统形式的基础上，分

2、析系统性能与运行参数的关系，提出了典型热利用系统的监测评估方案，用于太阳能热利用系统的监测和性能评价。但是对于如何评价太阳能热利用系统还存在着一些技术难点：1.太阳能热利用系统主要评价指标的确定。选取合理的指标来评价太阳能热利用的节能性能、常规能源替代量、系统效率和经济性等是目前研究的重点。2、由于我国的幅员辽阔，气候多样，建筑形式多样，太阳能热利用系统形式多样，因此需要统一系统评价指标的测试方法，保证相关评价指标的一致性。3、太阳能保证率的计算评价方法；4、系统效率的计算评价方法；5、系统常规能源替代量的计算评价方法。二、太阳能热利用系统形式太阳能热利用系统主

3、要包括两部分，一部分是太阳能集热系统，一部分是末端用热系统，根据末端用热系统的不同，分为太阳能热水系统、太阳能采暖系统和太阳能空调系统。一般情况下，热水负荷是全年性负荷，采暖负荷和空调负荷是季节性负荷，因此常见的太阳能热利用系统除了太阳能热水系统是负荷比较单一之外，其他形式的太阳能热利用系统都是热水和采暖或空调的复合系统，太阳能热水系统由太阳能集热系统、供热水系统和辅助热源系统组成，用热水温度一般为40℃～55℃；太阳能热水采暖复合系统，系统由太阳能集热系统、供热水系统、采暖系统和辅助热源系组成统，采暖系统末端一般采用辐射换热为主的散热系统，工作温度40℃～60

4、℃；太阳能热水、采暖和空调复合系统，系统由太阳能集热系统、热力驱动的冷水机组、采暖空调末端系统、辅助热源或者辅助冷源系统，热力驱动的16吸收式冷水机组需要供热温度要在80℃以上。三、太阳能热利用系统性能与运行参数的关系分析太阳能热利用系统性能与集热器工作特性有着密切的关系，式（1）为太阳能集热器热性能公式，（1）式中：—集热器工作效率，无量纲；—测试得出的集热器特性参数，归一化温差为0时集热器的工作效率，无量纲，；—测试得出的集热器特性参数，集热器热损系数，W/㎡·℃；其中—集热器工质进口温度，℃；—环境空气温度，℃；—太阳辐照度，W/㎡。从集热器的热性能公式可

5、以知道，太阳能集热器的工作效率与集热器工质进口温度、环境空气温度和太阳辐照度有关，确定太阳能集热系统所在地之后，环境空气温度和太阳辐照度即为定值，而集热器工质进口温度与末端用热系统所需温度的关系密切相关，末端用热温度越高，集热器工质进口温度会越高，集热器的工作效率会降低，得到太阳能的热量越少，反之，末端用热温度降低，集热器工质进口温度也随之降低，集热器的工作效率会提高，得到太阳能的热量越多。表1为一个集热器在不同形式太阳能热利用系统在相同气候工作条件下集热器归一化温差和集热器工作效率的变化。表1不同形式太阳能热利用系统在相同气候工作条件下集热器归一化温差和集热器

6、工作效率的变化系统性式参数末端系统工作温度（℃）归一化温差（W/㎡·℃）设计工况下的效率冬季夏季冬季夏季太阳能泳池加热系统270.0550.00330.5450.664太阳能生活热水加热系统500.1130.04170.4130.576太阳能地板辐射采暖系统400.088-0.470-太阳能空调系统（吸收式冷水机组）95-0.1167-0.403从上表可以看出，夏季工况条件下，末端工质工作温度最高的太阳能空调系统在95℃16时工作效率为0.403，末端工质工作温度最低的太阳能泳池加热系统在27℃时工作效率为0.664，同一个集热器在不同工端工质工作温度下，集热器

7、工作效率相差0.26。四、典型太阳能热利用系统监测评估方案监测是评估的基础，对于太阳能热利用系统，太阳能集热系统是相同的，区别是不同的末端用热系统的温度不同，太阳能集热系统的评价主要包括太阳能集热系统效率和贮热水箱热损系数。太阳能集热系统效率为太阳能集热系统有用得热量与同一测试期间内投射在太阳能集热器上日太阳辐照能量之比。本指标用于评价太阳能集热系统的性能，计算公式见式（1）：（1）式中：——集热系统效率，%；——太阳能集热系统得热量，MJ;对于短期测试，测量贮热水箱的温升即可，长期测试需要安装相应测试仪表，此时按下式计算：（2）式中――水的密度，kg/m3；―

8、―水的比热容，J/（kg