张家口地区光电互补供暖系统性能研究

(河北建筑工程学院 河北 张家口 075000)

一、背景

随着社会经济的发展，能源和环境问题日益突出，尤其对于北方的冬季供暖，燃煤、燃气等造成的排放物是雾霾形成的来源之一。为了减少雾霾，清洁能源供热成为供热的新趋势。张家口地区在清洁能源供热上发展迅速，当地风电、太阳等清洁能源能资源丰富，当两者结合起来为用户供暖可以获得良好的经济效益和环境效益。

光电互补供热系统在张家口地区的应用非常广泛，现对张家口市某光电互补供热项目采暖期进行测试分析。

二、项目概况

本项目位于张家口市，高9.8m共3层,建筑面积为650m2，采暖方式为地板辐射采暖。本项目共敷设真空管式集热管20个模块，每个模块60根集热管，管长1.5m，电锅炉功率60kw，室内循环水泵额定流量为12t/h，太阳能集热侧循环水泵额定流量为5.6t/h。

三、工程测试

(一)测试平台。光电互补供热系统主要由太阳能阵列集热部分，电锅炉蓄热部分，蓄热水箱供热部分和自动控制系统组成，具体工艺流程图如图1。

图1 系统工艺流程图

(二)系统运行情况。通过实时监测可以得出，集热器每天的运行时间都是固定的，早八点开启集热侧循环泵，晚六点关闭，集热器白天将太阳能集热器收集的热量，蓄到蓄热水箱中，同时蓄热水箱一直给用户供热。

晚上电锅炉定时开启和关闭，保证在低谷电价运行，其热量传输到蓄热水箱中，同时蓄热水箱通过循环水泵为用户供给热量，循环水泵通过温度传感器控制，当用户侧回水温度达到50℃时循环水泵关闭，当低于回水温度40℃时，循环水泵开启。

(三)测试参数及仪器。系统测试过程中主要测试参数以及使用仪器见下表3-1：

表3-1 测试参数及仪器表

四、测试结果及分析

(1)现通过测试太阳能集热器阵列在运行时间内的供回水温度的变化以及流量，计算出太阳能集热器阵列的集热量。

(2)系统供热量可根据室内侧的供回水温度变化以及流量进行计算。

(一)太阳能侧集热情况。通过对本项目整个采暖季进行实时监测，把整个采暖季按照月份分别分析，可以得出系统在各月份的典型日下的运行参数，现以12月份为例进行分析研究。

根据分析可以得出太阳能集热器阵列从早上8：00点左右开始供给热量。太阳能集热器供给的热量随着太阳辐射强度的增强而逐渐增大，在下午2:00点过后太阳能的供热量开始变小，直到下午5:00点左右就不再供给热量。

(二)室内侧散热情况。张家口地区夜间低谷电价时间为晚22:00-早8:00，所以电锅炉的开启均在低谷电价期内(阴天或雨雪天除外)，12月份的典型日运行工况下，用户室内的供回水温度变化图见图2。

图2 典型日下的室内供回水温度变化

通过图2可以得到在12月电锅炉晚23:00点开启早8:00关闭，室内供回水的温度随蓄热水箱的水温的变化而变化，蓄热水箱中的水温度随着电锅炉的开启而开始上升，由于系统为直接式系统且室内供水直接从水箱底部抽水，故室内供水温度就是蓄热水箱底部的温度，电锅炉关闭以后，蓄热水箱为用户供暖，所以供水温度下降。随着太阳的升起，太阳能集热器阵列得到的热量不断增大，当太阳能逐步产生的热量多过室内的散热量时，供回水温度开始不断升高，随着太阳落下集热器阵列的的热量减小，供回水温度不断降低，最低降到26℃。

(三)太阳能供热比。通过运行数据可以计算各个月份典型日下的集热器的集热量以及对应的建筑耗热量，就可以得出各月份太阳能的集热量与建筑耗热量的比值，具体见表 4-1

表4-1 各月份典型日的比值变化

五、结论与建议

(1)测试数据显示太阳能在冬季供热中在三月份供给热量最多，其供热比为42.1%，在最寒冷的1月份供热比为11.1%，发现集热器集热量的供热比在整个采暖季的变化幅度较大，先降后升。

(2)建议调整太阳能集热循环部分的控制方式，采用温差控制模式，减少由于夜间太阳能集热部分的运行造成的蓄热水箱的热量流失，夜晚排空集热器阵列中的水防止冻裂管道。