毛细管网型太阳能供暖系统实验研究.doc

1、1毛细管网型太阳能供暖系统实验研究摘要：本文通过实验测试研究毛细管网型太阳能供暖系统对室内舒适性的影响，得到结论为实验房间室内平均温度为 16.66，而普通房间室内平均温度为 10.2，温度提高 6.46，并且白天太阳能房间的室内温度始终高于普通房间的室内温度，夜间停止运行时也能维持与普通房间基本一致的室内温度，可以有效提高农居室内热舒适性，实现对太阳能的极限利用，减少常规能源的消耗。毛细管网热惯性小，系统运行时室内温度升高较快，可依据主观意愿实时改善室内热环境，使用灵活。该系统如与火炕联合运行，可以有效改善炕面温度分布的不均匀性。 关键词：太阳能，毛细管网，供暖，舒适性 中图分类号：TK51

2、1 文献标识码： A 近年来，伴随着农村经济的快速发展，农民生活水平不断提高，人们对居住环境的要求越来越高，村镇地区生活用能消费越来越大1。我国是一个发展中国家，能源工业的建设速度远远赶不上国民经济增长的需要，能源缺口很大，节能是我们的基本目标，而建筑节能在节能工作中占有十分重要的地位。太阳能以其资源丰富、免费使用、对环境无任何污染的特点而成为新能源开发利用的主导方向，在我国广大的农村地区，住宅比较分散，太阳光照充足，太阳能热水器普及率高达 40以上，而太阳能热水器规格是按洗浴用量选择的，平时日常使用通常存在很大热量富裕，如果能对其加以有效利用则可在改善农居室内热舒适性的同2时可达到节省能源、

3、保护环境的目的，成为推进社会主义新农村建设的有力措施。 1 实验方案设计 1.1 毛细管网型太阳能供暖系统的特点 太阳能由于受到晴、阴、云、雨等随机因素的影响，集热水箱温度也会随之波动，实际上属于“低品位”能源，必须借助于可靠的辅助热源才能完成常规能源的供暖效果。 毛细管网是国内一项新的散热末端，具有轻薄、散热面积大与不挤占室内空间的特点，以超大的换热面积来降低换热温差，此特点可针对太阳能热水系统这种不稳定热源形成极限利用，只要水温超过 30即可实现一定的供热效果，可以充分利用太阳能热水器在非洗浴时段的富裕热量，实现对太阳能极限利用2。 结合分析太阳能与毛细管网新技术的特点可以发现二者联合使用

4、的明显技术优势：太阳能集热管只需将热水加热到 30以上，毛细管网便可有效散热，不仅太阳能集热效率提高，而且太阳能蓄热水箱及输配管路热损失也将大为减少，该系统用能品位低，节能显著，可以实现对太阳能的最大化使用效果3 。 1.2 具体实验方案 选取两间朝向、面积和结构均相同的房间作为实验用房，其中的一个房间作为参照的房间，保持原有的使用状态不变，另一个房间搭建毛细管网型太阳能供热系统。将两片与火炕面积相同的毛细管网分别布置在实验房间的炕面上和加设保温绝热层的墙面上，然后通过管路与太阳3能热水器连接成循环回路，完成实验台的搭建。在实验过程中同时运行两片毛细管网为房间供热，然后对实验房间和生火的普通房

5、间的室内温度和炕面温度进行对比测试，分析测试结果，得出实验结论。 2 实验平台搭建及测试 2.1 实验平台搭建 本实验选取沈阳建筑大学生态园的两间大小、朝向和格局相同的平房作为实验基地，房间尺寸为 5000 mm 4000 mm 3200 mm,毛细管网的布置。选取两片面积为 2.8m 1.8 m 的毛细管网，一片铺在炕面上，一片铺在墙上，并在墙上做一层 6cm 厚的保温隔热层，防止毛细管网与墙壁发生热传导，造成热量损失4。 太阳能热水器的安装。在我国北方的冬季宜选用玻璃真空管集热器，该集热器具有效率高升温快，热水产量大，耐寒能力强，保温性能好，玻璃内外管之间的高真空使得对流体传导的热损失很低

6、5。 2.2 实验运行原理 实验原理图如图 1 所示： 4图 1 实验原理图 1-太阳能热水器，2-转子流量计，3-循环泵，4-除污器，5-补水三通，6-13-测温三通，14-19-截止阀，20、21-超声波冷、热流量表，22、23-自动排气阀 实验工作原理：白天太阳光照射到太阳能热水器上，加热贮水箱内的水；当室内需要采暖时，开启循环泵，热水进入毛细管网中，开始向室内散热，从而提高了室内的温度，达到采暖的目的。毛细管网型太阳能供热系统热惯性小，热反应时间仅为 10-30 分钟，随时启动随时升温，使得整个系统舒适性更强，使用更灵活。 2.3 实验测试 测试时间：2013 年 3 月 7 日 8:

7、003 月 10 日 8:00。 测试内容：采用 XMZ*-J 系列万能输入巡回检测仪表测试毛细管网型太阳能系统的炕面温度和室内温度情况，并与普通火炕的炕面温度和室内温度进行对比分析。 测点布置：依据中华人名共和国农业行业标准民用火炕性能试验方法(NY/T 58-2009) ，布置 9 个炕面温度测点。 本次实验采用对比分析的方法，其中一个房间的火炕生火，火炕每5天生火三次，每次持续 90 分钟(采用当地经验值)，分别为早上 7：30-9：00，中午 11：30-13：00，下午 17：00-18：30，另一个房间的火炕不生火仅运行太阳能，本次实验测试三天，采用最后一天较稳定的情况作对比分析。

8、 3 实验结果及分析 3.1 室内外温度分析 太阳能房间与普通房间室内外温度对比分析，室内外温度分布如图2： 图 2 太阳能房间与普通房间室内外温度分布图 由图 8 可知，室外平均温度为 2.15，运行太阳能期间，普通房间室内平均温度为 10.2，太阳能房间室内平均温度为 16.66，比普通房间的室内平均温度高 6.46，由于毛细管网热惯性小的特点，太阳能房间室内温度上升较快，并且白天太阳能房间的室内温度始终高于普通房间的室内温度，夜间停止运行时太阳能房间也能维持与普通房间的室内温度基本一致的变化趋势。由此可见毛细管网型太阳能供暖系统可以有效提高农居室内热舒适性，实现减少常规能源消耗的目的。

9、3.2 炕面温度分析 太阳能房间与普通房间炕面温度对比分析，炕面温度分布如图 3、图4： 图 3 仅太阳能房间炕面温度分布图图 4 普通房间炕面温度分布图 由图 3、图 4 可看出，由于太阳能房间的炕面铺有毛细管网，炕面的6温度波动幅度减小，温度分布比较均匀。在运行太阳能期间太阳能房间的炕头、炕中、炕尾的平均温度分别为 23.12、24.9、26.1，夜间停止运行太阳能供暖系统时炕面温度下降较快，达不到人体卫生需求，如果与火炕联合运行应该可以大大改善炕面的热舒适性；生火的普通房间炕头、炕中、炕尾的平均温度分别为 56.94、42.07、35.96，炕面温差最大处大于 25，如与太阳能供暖系统联

10、合运行，应该可以改善炕面温度分布的均匀性。 3.3 太阳能热水器内水温的变化分析 太阳能热水器内水温变化如图 5、图 6 所示： 图 5 运行太阳能时水温变化图图 6 停止运行太阳能时水温变化图 由图 5、图 6 可以看出，运行太阳能系统时，随着日照强度的增强，热水器内的水温也随着上升，在 14:00 时，水温达到一天中的最高温度为 43.4，此时也是一天中日照最强的时刻，说明测试条件下太阳能热水器的集热能力高于毛细管的散热能力。18:00 停止运行太阳能，从停止运行太阳能到次日热水器内水温升温之前的最大温差为 4.8，水温变化较小。由于夜间日照强度减弱直到消失，热水器内的水温也逐渐下降，到次

11、日运行时可以恢复到正常运行的水温，说明全玻璃真空管热水器升温较快，储水箱的保温效果较好。 4 结论 1)由于毛细管网热惯性小的特点，毛细管网型太阳能供热系统房间室内温度上升较快，测试日室内平均温度为 16.66，而普通房间室内平7均温度为 10.2，温度提高 6.46，并且白天太阳能房间的室内温度始终高于普通房间的室内温度，夜间停止运行时太阳能房间也能维持与普通房间的室内温度基本一致的变化趋势。由此可见毛细管网型太阳能供暖系统可以有效提高农居室内热舒适性，实现减少常规能源消耗的目的，同时可随用户主观意愿随时启动随时升温，使用更灵活。 2) 生火的普通房间炕头、炕中、炕尾的平均温度分别为 56.

12、94、42.07、35.96，炕面温度不均匀，温差最大处大于 25，而太阳能房间的炕面温度波动幅度减小，温度分布比较均匀。如火炕与太阳能供暖系统联合运行，应该可以有效改善炕面温度分布的不均匀性。 3)太阳能热水器内的水温随着日照强度的增强，水温逐渐升高，从停止运行太阳能到次日启用期间，太阳能热水器内的水温最多下降 4.8，到次日启用时热水器内的水温又可以上升到毛细管网有效散热的温度，说明全玻璃真空管太阳能热水器升温较快，储水箱的保温效果较好。 参考文献 1 胜兴,冯国会主编. 高效相变蓄热火炕火墙联合供暖的优化设计方法研究. 沈阳: 沈阳建筑大学, 2011. 2 王茜, 冯国会, 李刚主编. 寒冷地区太阳能炕采暖系统设计与性能研究. 沈阳: 沈阳建筑大学, 2012. 3 仝小鹏主编. 浅谈毛细管网辐射采暖制冷系统应用.山西建筑, 2011, 37(15):111-112 4 金梧凤,余铭锡,金光禹主编.毛细管网系统供冷性能的实验研究. 暖通空调, 2010, (09):1148-1152. 85 祖文超,戎卫国等主编.太阳能供热采暖系统研究现状及思考. 制冷与空调, 2010, 24(02):78-81.