下面文章主要以石家莊某農(nóng)戶所用的太陽能空氣集熱采暖系統(tǒng)為對象，對不同天氣條件下該系統(tǒng)的運行效果進行實驗分析。分析結(jié)果表明：白天，不同天氣條件下，房間溫度可以保持在18～22℃;夜間，房間溫度可以保持在15～18℃。研究結(jié)果可為太陽能空氣集熱采暖系統(tǒng)在北方農(nóng)村地區(qū)的推廣提供參考。

　　關(guān)鍵詞：農(nóng)村,太陽能,空氣集熱器,采暖

　　我國北方農(nóng)村地區(qū)冬季主要使用煤、木材、秸稈等進行取暖，這樣會導致大氣污染物排放量較大。因此，迫切需要在北方農(nóng)村地區(qū)推廣清潔取暖技術(shù)。太陽能采暖系統(tǒng)將收集到的太陽輻射能轉(zhuǎn)化為熱能并用于取暖，是一種利用清潔能源的取暖方式。

　　目前，常用的太陽能采暖系統(tǒng)為太陽能熱水系統(tǒng)，該系統(tǒng)的循環(huán)工質(zhì)為水[1]~[3]。這使得該系統(tǒng)的抗凍性能較差，并存在管路結(jié)垢、銹蝕以及真空管破損后導致水資源損失等問題。基于此，國內(nèi)外學者對太陽能空氣集熱采暖系統(tǒng)進行研究，并提高了該系統(tǒng)中太陽能空氣集熱器的換熱性能[4]~[7]。太陽能空氣集熱采暖系統(tǒng)的循環(huán)工質(zhì)為空氣，該系統(tǒng)具有抗凍性能好、無結(jié)垢、不腐蝕以及當少量工質(zhì)泄漏時不會影響自身的運行性能等優(yōu)點[8]，[9]。本文以太陽能空氣集熱采暖系統(tǒng)為研究對象，根據(jù)實驗數(shù)據(jù)對該系統(tǒng)的運行效果進行研究、分析。

　　1實驗設(shè)計

　　1.1實驗條件

　　石家莊市處于北緯38°43′，東經(jīng)114°55′，屬于暖溫帶半濕潤季風大陸性氣候，全年平均環(huán)境溫度為14.9℃，平均風速為1.4m/s，平均日太陽輻射量為4900MJ/m2，平均日照時數(shù)為2500h，屬于太陽能資源二類區(qū)域。石家莊市冬季采暖期為120d(11月15日-次年3月15日)。本文的太陽能空氣集熱采暖系統(tǒng)位于石家莊市平山縣某農(nóng)村建筑上，該建筑物的取暖面積為100m2，采用太陽能空氣集熱采暖系統(tǒng)和電加熱輔助采暖系統(tǒng)進行供暖。室內(nèi)采暖設(shè)計溫度為18～22℃。

　　1.2實驗系統(tǒng)

　　太陽能空氣集熱采暖系統(tǒng)有4組太陽能空氣集熱器，每組太陽能空氣集熱器由50支太陽能真空管(直徑為58mm，長度為1800mm)組成，太陽能空氣集熱器的總集熱面積為22m2。主風機、引風機為輸出功率分別為250W和80W的離心風機。風道的主管道為螺旋風管，直徑為100mm，支管道為PVC管，直徑為75mm，管道外部均有保溫層。出風口處設(shè)有電加熱設(shè)備，該電加熱設(shè)備的功率為4kW。

　　太陽能空氣集熱器出口處安裝有溫度傳感器，當太陽能空氣集熱器出口溫度大于45℃時，同時開啟主風機和引風機，主風機將太陽能空氣集熱器中的熱空氣沿著風道和出風口輸送到采暖房間，同時引風機將房間內(nèi)的冷空氣通過回風口和風道輸送到太陽能空氣集熱器內(nèi)進行加熱，如此循環(huán)，房間溫度會逐漸升高，直至達到室內(nèi)采暖設(shè)計溫度。當太陽能空氣集熱器出口溫度低于35℃時，關(guān)閉主風機和引風機，在此條件下，若房間溫度低于15℃，則同時開啟主風機、引風機和電加熱設(shè)備，利用電加熱設(shè)備向室內(nèi)供暖;若房間溫度高于18℃，則同時關(guān)閉主風機、引風機和電加熱設(shè)備。

　　1.3實驗測試儀器

　　實驗過程中，利用太陽能輻射儀、溫度傳感器和數(shù)據(jù)采集儀采集、記錄太陽輻射強度、累積太陽輻射量、房間溫度、室外溫度和太陽能空氣集熱器出口溫度等參數(shù)。太陽能輻射儀的測量精度為±1W/m2，測量范圍為0~2000W/m2;溫度傳感器的測量精度為±0.3℃，測量范圍為-40~100℃。

　　2實驗結(jié)果分析

　　2.1晴天條件下的實驗結(jié)果

　　實驗系統(tǒng)所在地區(qū)晴天條件下的太陽輻射強度較大，太陽輻射強度的最大值約為550W/m2，日太陽輻射量為11.37MJ/m2。晴天條件下太陽能空氣集熱器出口溫度呈現(xiàn)出先升高后降低的變化趨勢。

　　9：00左右，太陽能空氣集熱器出口溫度顯著升高，這是由于此時采暖房間(利用太陽能空氣集熱采暖系統(tǒng)和電加熱設(shè)備供暖的房間)的溫度已升高到18℃，此時關(guān)閉主風機、引風機和電加熱設(shè)備，太陽能空氣集熱器不向室內(nèi)供熱，在太陽輻射強度逐漸增大的條件下，太陽能空氣集熱器內(nèi)部溫度隨之升高。，晴天條件下，白天，采暖房間溫度呈現(xiàn)出先升高后降低的變化趨勢。9：50左右，太陽能空氣集熱器出口溫度高于45℃，此時開啟主風機和引風機向室內(nèi)供暖。

　　12：45左右，太陽輻射強度達到最大值(550W/m2)，此時太陽能空氣集熱器出口溫度約為91℃，采暖房間溫度達到最大值，約為22℃。此后，太陽輻射強度逐漸降低，太陽能空氣集熱器出口溫度的降低速率明顯小于太陽輻射強度的降低速率。

　　16：55左右，太陽能空氣集熱器出口溫度降低到35℃以下，此時關(guān)閉主風機和引風機，采暖房間溫度依然維持在20℃。夜間，由于房間墻體具有一定的蓄熱作用，因此，房間溫度下降緩慢，19：15左右才降低到15℃以下，此時同時開啟主風機、引風機和電加熱設(shè)備，使室內(nèi)溫度保持在15℃以上。由圖4還可看出，晴天條件下平均環(huán)境溫度為2.1℃。白天，采暖房間溫度基本保持在18℃以上，晚間，采暖房間溫度保持在15～18℃。

　　而非采暖房間(沒有采暖設(shè)備的房間)的日平均溫度為4.3℃，因此，太陽能空氣集熱采暖系統(tǒng)的供暖效果十分理想。

　　2.2霧霾天氣條件下的實驗結(jié)果

　　實驗系統(tǒng)所在地區(qū)霧霾天條件下的太陽輻射強度較小，日太陽輻射量約為0.5MJ/m2。白天，太陽能空氣集熱器出口溫度的升高速度十分緩慢，始終低于45℃。此時，需要根據(jù)采暖房間溫度的變化情況，來控制電加熱設(shè)備的啟停。上午采暖房間溫度約為16℃，此時電加熱設(shè)備持續(xù)運行。

　　12：30，采暖房間溫度升高到18℃以上，此時可關(guān)閉電加熱設(shè)備。16：45，采暖房間溫度降低到15℃以下，此時須要再次開啟電加熱設(shè)備。霧霾天氣條件下平均環(huán)境溫度為-2℃。白天，采暖房間溫度保持在16～18℃，晚間，采暖房間溫度保持在15～17℃;非采暖房間溫度整日的波動幅度較小，房間溫度的平均值為3℃。綜上可知，利用太陽能空氣集熱采暖系統(tǒng)和電加熱設(shè)備進行供暖，能夠保證室內(nèi)采暖溫度滿足采暖設(shè)計溫度。

　　3結(jié)論

　　本文對石家莊某農(nóng)村的戶用太陽能空氣集熱采暖系統(tǒng)進行實驗研究，以分析該系統(tǒng)的采暖效果。分析結(jié)果表明：晴天條件下，白天，采暖房間溫度保持在18℃以上，夜間，采暖房間溫度保持在15～18℃，太陽能空氣集熱采暖系統(tǒng)的供暖效果較好;霧霾天氣條件下，白天，采暖房間溫度保持在16～18℃，夜間，采暖房間溫度保持在15～17℃，太陽能空氣集熱采暖系統(tǒng)和電加熱設(shè)備相結(jié)合，能夠保證室內(nèi)的采暖溫度滿足采暖設(shè)計溫度。

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　　推薦期刊：可再生能源：1999-2000年度遼寧省一級期刊，創(chuàng)刊于1983年，由遼寧省能源研究所、中國農(nóng)村能源行業(yè)協(xié)會、中國資源綜合利用協(xié)會可再生能源專委會、中國生物質(zhì)能技術(shù)開發(fā)中心、遼寧省可再生能源學會主辦。