基于太阳能空调系统的分区水箱运行特性研究

　　1 概述

　　随着我国“十二五”规划中对节能减排的要求以及我国对二氧化碳减排量的承诺开始实施，新能源的利用已经成为迫在眉睫的问题，而太阳能作为一种天然无污染的清洁能源，越来越引起大家的关注。在我国，建筑耗能占了总能耗的相当大的比例，而另据测算，在酒店、办公楼、医院等一般民用建筑物中，空调耗能占总耗能的50%以上。所以，若将太阳能用在空调系统中将达到良好的节能效果，同时可以避免普通空调使用制冷剂所导致的臭氧层破坏。

　　目前，太阳能空调系统的研究已经相对较多，只是大多数的研究仍处在试验成果阶段[1，2]，我国实际应用中具有代表性的是“九五”期间在江门和乳山建的两个示范性工程、“十五”期间在北京建的田圃、北苑两个示范性工程[3 ～5]。而以上研究较多地偏向于整体式蓄热水箱下的系统，但整体水箱下的太阳能空调系统温度波动大，太阳能利用率低，为此，有些学者专门从水箱角度出发，研究了温度分层水箱下的太阳能空调系统[6]，之后的研究还有些改进[7 ～10]，但温度分层水箱运行要求较高，不稳定，而且达到较高温度耗时较长。这里提出了一种分区的蓄热水箱，它可以较快地达到较高的运行温度，并保持较长时间，提高系统的性能。

　　2 分区水箱下的太阳能空调系统

　　由以往的研究来看，太阳能空调若单纯用于夏季制冷，其效率很低。所以，此处将其与冬季的供暖和生活用热水结合讨论。其工作分为3 种情况: 在夏季，太阳能制取的热水驱动热水型单效溴化锂制冷机制冷并提供生活热水热量; 在冬季，太阳能制取的热水直接用来供暖，同时提供生活热水热量; 在过渡季，太阳能制取的热水只提供生活热水热量。

　　2. 1 分区水箱的特点

　　此处蓄热水箱为分区设计，分为运行区和蓄热区两部分。其工作原理如图1 所示，左侧为运行区，右侧为蓄热区。运行区体积较小，与集热器相连，白天的集热量首先满足该区的要求，使该区温度达到较高值，负责工作负荷，当温度高于某一设定值时，热量通过换热器传到蓄热区; 蓄热区通过双向换热器与运行区相连，白天负责蓄存来自运行区多余的热量，由于运行区体积较小，夜间温度降低较快，此时蓄热区温度将高于运行区，其将通过传热提高运行区工作温度，使运行区温度得以维持运行。

　　2. 2 分区水箱下的太阳能空调系统特点

　　对于分区水箱下的太阳能空调系统，与以往较典型的太阳能空调系统相比，它有以下特点:

　　(1) 它只有蓄热水箱而无蓄冷水箱，太阳能集热板的得热全部进入蓄热水箱，减少了初投资，而且对蓄热水箱采取分区处理，使系统工作与蓄热同时进行;