丁力勤　马超

【摘 要】在严寒地区，太阳能—土壤源热泵复合式系统能够为建筑供热供冷。为最大程度开发利用太阳能集热系统，论文利用复合式系统中的太阳能集热系统实现建筑物非供暖期时的热水供应，通过与其他常规热水供应系统的对比，发现太阳能热水系统具有良好的经济性和环保性，从而为太阳能-土壤源热泵复合式系统的应用和推广提供参考依据。

【Abstract】In cold regions， the solar - soil source heat pump complex system can provide heat and cooling for buildings. In order to maximize the development and utilization of solar energy collector system， this paper uses solar energy collector system in the compound system to realize the hot water supply during the non heating period of the building， and by comparing with other conventional hot water supply system， it is found that the solar water heating system has good economic and environmental protection. Thus it provides reference for the application and popularization of the solar-soil source heat pump complex system.

【关键词】Trnsys动态模拟;太阳能热水系统;经济性

【Keywords】 Trnsys dynamic simulation; solar water heating system; economy

【中图分类号】TU822                                       【文献标志码】A                                【文章编号】1673-1069（2019）08-0136-02

1 引言

太阳能是指太阳的热辐射能[1]。随着化石燃料等不可再生能源的数量日趋减少，同时世界各国对环保问题越来越重视，太阳能和地热能作为可再生能源和清洁能源，逐渐成为人们使用能源的组成部分，并不断得到发展。目前，太阳能的利用有光热转换和光电转换[2]两种方式。

太阳能热水系统[3]是一种将光转换成热的装置，即通过集热器吸收太阳能，转换成的热量存储到水箱中，提供所需的生产或生活热水。一般，太阳能热水系统按照动态流动方式可分为循环式和直流式。而循环式又可以按照循环动力分为自然循环和强制循环两种。自然循环式[4]太阳能热水系统是依靠集热器和水箱内流体的温差形成热虹吸压头，使系统中的水循环流动。强制循环式[5]是在集热器系统中添加了水泵，泵提供系统中水循环的动力。而直流式太阳能热水系统是指集热器吸收太阳辐射后内部水温升高，系统中则形成热虹吸压头，热水通过上升管流入水箱中，补给水箱中的冷水后自动下降进入集热器，实现水的循环流动。

2 太阳能热水系统的搭建

太阳能热水系统主要由太阳能集热器、循环水泵、存储水箱以及控制系统等组成。在已建立的太阳能-土壤源热泵复合式系统中，太阳能集热系统只有在供暖季节使用，非供暖期则停止运行，这样就会降低系统整体的经济性能，延长投资回收期。论文提出在复合式系统的基础上非供暖期太阳能集热系统供应生产或生活热水的方案，这样不仅可以最大限度利用太阳能这种清洁能源，减少化石燃料的使用，而且能够提高复合式系统的经济性和节能环保效益，实现一举两得的效果。

太阳能热水系统搭建初期，需要确定与热水密切相关的几个参数，即设计冷水初温、设计热水温度、设计日用水量和设计小时用水量。根据《建筑给水排水设计规范》，设计冷水温度应该以当地最冷月平均水温资料确定，此处冷水温度取4℃。

假设办公建筑中人员数量为5～7m2/人计算，大概估算人数为220人。根据《办公室建筑设计规范》及《建筑给水排水设计规范》，可确定热水系统的设计小时用水量及设计热水温度，如表1所示。

对于设计小时热水用量，由于工作时间为早八点到晚六点，考虑到中午和晚上的滞留人员和加班人员，按照一定比例估算所需要的生活热水量及设计小时热水用量，表2为不同时间段热水用量和设计小时热水用量的情况。

在太阳能-土壤源热泵复合式系统的基础之上，建立太阳能热水系统，为建筑提供非供暖期所需的生产或生活热水量，系统图如图1所示。

3 室外气象参数

太阳能热水系统模型中，需从外部导入建筑物所在地的气象数据。本文中选取的建筑物所在地的地理位置为北纬33°39′～ 34°45′，东经107°40′～109°49′。利用Trnsys瞬时动态模拟软件[6]模拟了当地环境温度、水平面太阳能日辐射量及太阳日总辐射变化情况。易知，当地的太阳能年辐射总量水平约为4574MJ·m-2·a-1，太阳能年均日辐射量12.53MJ·m-2。

4 太阳能热水系统的性能分析

由于太阳能集热系统在供暖期需要给建筑提供热量，所以使用太阳能集热系统供热水的时间是有要求的，即在非供暖期才可以使用，计算可知，通过太阳能集热系统提供热水的天数为245天。利用太阳能集热系统后，建筑的年节能量达到123798.96MJ。相比于用煤、天然气等常规的生产热水方式，使用太阳能集热系统生产热水时可以不同程度地节约燃料，最大限度地开发利用太阳能这种可再生清洁能源，年节约费用和系统寿命期内节约费用具体如表3所示。

太阳能热水系统通过收集太阳能提供热量，因不使用常规能源而减少了向环境排放的污染物，体现了其明显的环保优势。太阳能-土壤源热泵复合式系统在非供暖期利用太阳能集热系统生产生活热水的方式相比于用煤生产热水方式而言，系统寿命期二氧化碳排放量减少了374841.01kg。

5 結论

利用太阳能-土壤源热泵复合式系统搭建太阳能热水系统，在非供暖期为建筑物提供热水。此种热水供应方式与用煤生产热水供应方式相比，不仅能够节约能源，减少运行费用，还能降低二氧化碳排放量，具有较好的经济性和环保性。

【参考文献】

【1】梁瑞林，石大雷.太阳能利用与太阳能建筑[J].价值工程，2011（21）：80-81.

【2】张艳丽，牛国玲.东北农户屋顶太阳能发电系统设计[J].安徽农业科学，2016（22）：169-170.

【3】谭德君，郭枫.某养老地产项目太阳能热水系统设计[J].给水排水，2017（10）：81-85.

【4】周玲.连接方式对自然循环太阳能热水系统的影响[J].能源工程，2008（4）：30-33.

【5】金吉祥，杨晓华.太阳能集中热水系统设计与施工[J].施工技术，2009（11）：67-71.

【6】付波.基于TRNSYS的太阳能热水系统的模拟分析[J].区域供热，2017（06）：94-98.