姚飛飛、楊守武、張文成、王廣鋒

（格力電器 （合肥）有限公司，合肥）

引言

目前，隨著國內經濟的不斷發(fā)展，農村家庭對于生活質量也有了新的需要，大量農戶紛紛蓋起了別墅?？紤]到建筑最大的耗能點就是供暖與制冷，約占建筑總能耗的55%，采用傳統(tǒng)家庭式空調能耗大，對環(huán)境損害明顯，結合農村固有的特點——地下水資源豐富、房屋屋頂采光面積大，依據(jù)標準《太陽能供熱采暖工程技術規(guī)范》［1］，提出了利用太陽能與深井水混合的供暖與制冷系統(tǒng)［2］，如果在全國范圍內能夠系統(tǒng)化、批量化的生產，加以提倡，對保證能源安全、減少CO2氣體排放、保護生態(tài)環(huán)境和提高人民生活都具有重大意義，符合“節(jié)能減排”的國家政策［3］。

1 太陽能熱水器與井水混合的裝置應用于制冷系統(tǒng)

1.1 裝置介紹

農村家用太陽能熱水器與井水混合的制冷與供暖裝置非常適合在農村地區(qū)的推廣，該裝置由太陽能集熱板、二個水位控制保溫箱、一個保溫貯水箱，室內風機盤管、潛水泵和水井組成，考慮到冬季井水溫度較自來水溫度高、有些農村地區(qū)自來水未普及的原因，整個裝置的循環(huán)水都采用深井水。

夏季，利用深井水與房間的溫差制冷，換熱后的水再回到地下或供整個家庭生活用水，此時太陽能產生的熱水只供用戶使用；

冬季，利用太陽能獲得的熱水與房間的溫差制熱，換熱后的水 （水溫較井水溫度高）再回到太陽能集熱板加熱。整個裝置做到了既充分利用太陽能與地下能源，又不浪費水資源，大大減少運行成本，節(jié)約能源。

1.2 裝置工作過程

首先，潛水泵將溫度為15℃左右的深井水泵到水位控制保溫箱1中，夏季，利用深井水與房間的溫差制冷，當井水流經變向調節(jié)閥到達室內風機盤管，與空氣進行換熱產生涼風，獲得制冷的效果，換熱后的水通過閥門2（閥門1關閉）流入淺水井或供家庭生活用水，通過控制系統(tǒng)調節(jié)水的流量，達到控制室溫的目的，此時太陽能產生的熱水全部供家庭日常生活使用；冬季，水位控制保溫箱1中的水，經太陽能集熱板的加熱后，流入水位控制保溫箱2，通過溫度控制閥門1和溫度控制閥門2的調節(jié)，使水位控制保溫箱2內的水加熱到需要的溫度范圍，達到所需溫度的熱水再進入保溫貯水箱，經過總控制閥門后再流經變向調節(jié)閥到達室內風機盤管，與空氣進行換熱產生熱風，換熱后的水通過閥門1（閥門2關閉）回到太陽能集熱板進行循環(huán)利用。

2 裝置可行性分析

為證明此裝置的可行性，以安徽農村地區(qū)為設計對象，針對專為農村用戶而設計的太陽能熱水器與井水混合的制冷與供暖裝置進行設計計算，所有設計計算都按照 《太陽能供熱采暖工程技術規(guī)范》進行設計，具有一定的準確性。

2.1 風機選型

現(xiàn)以農村普通家庭 （一家六口人）兩層別墅為類，住房總面積120.5m2，實際需要制冷、制熱總面積為186.7m2，圖3、圖4為一層、二層住宅平面圖。

查相關設計手冊，根據(jù)房間的情況選擇適當?shù)睦?、熱負荷指標。采用特靈風機盤管，根據(jù)房間的不同選擇風機盤管型號，見表1。

圖1 夏季水循環(huán)系統(tǒng)

圖2 冬季水循環(huán)系統(tǒng)

圖3 一層平面圖

2.2 冬季日用總熱水量

冬季日用總熱水量φw包括人均日用熱水量φr和冬季日用供熱用熱水量φ1，按下式計算：

式中：

φr—人均日用熱水量，L／d；取 50L／d；

m—用水人數(shù)，取6；

φ1—冬季日用供熱用的熱水量，L／d。

冬季日用供熱用熱水量φ1計算：

圖4 二層平面圖

式中：

Qr—日均室內所需總供熱量，kJ／d；假設空調運行12小時，經計算得出安徽地區(qū)建筑物耗熱量指標為14.2W／m2，則：

ρ—水的密度；

C—水的比熱，kJ／（kg·℃）；

表1 各房間冷、熱負荷及所選風機盤管

表2 所選風機盤管的具體參數(shù)

tend—保溫水箱內的設計溫度，℃；考慮到熱水供用戶洗漱、沐浴等使用，應盡量保持在45℃左右；

t2—室內風機盤管出口水溫，℃；取35℃；經計算得 φ1＝2735L／d

代入式 （1），則冬季日用總熱水量 φw為3035L／d

2.3 太陽能集熱板面積的確定［1］

2.3.1 直接系統(tǒng)集熱板面積

式中：

Ac—直接系統(tǒng)集熱板總面積，m2；

t1—冬季集熱板進水溫度，℃；其值根據(jù)用戶用熱水量、供熱用熱水量與風機盤管出水溫度確定［3］：

tend—保溫水箱內的設計溫度，℃；考慮到熱水供用戶洗漱、沐浴等使用，應盡量保持在45℃左右；

f—太陽能保證率，根據(jù)安徽地區(qū)可查得取值為0.25；

JT—年平均太陽能輻照量，kJ／m2；根據(jù)安徽地區(qū)可查得取值為4333645kJ／m2；

ηcd—集熱板集熱效率，根據(jù)經驗取值宜為0.25～0.5，設計中取其值為0.3；

ηL—熱損失率，ηL＝0.2～0.3，設計中取其值為0.25。

經計算得直接系統(tǒng)集熱板面積Ac＝39m2

2.3.2 間接系統(tǒng)集熱板面積

間接系統(tǒng)集熱板面積的計算，按照直接系統(tǒng)集熱板面積擴大10%，即：

AIN＝39×110%＝42.9m2

考慮到所采用的太陽能集熱板每塊為2m2，故取AIN＝44m2滿足需要。

3 泵的選型

3.1 潛水泵選型

由于水源采用深井水，至少低于地面20m，且考慮到兩層別墅的高度最高為10m及管阻等因素，選用潛水泵的型號為100QJ3－12。

3.2 循環(huán)泵1選型

循環(huán)泵1的主要功能是在水位控制保溫箱2中的水沒有達到溫度要求時，為水提供動力，克服壓差及管路阻力使水返回到太陽能集熱板再次進行加熱以達到所需要的溫度，選用循環(huán)泵的型號為MP－20RZM。

3.3 循環(huán)泵2選型

循環(huán)泵2的主要功能是為經過房間風機盤管的水提供動力，克服壓差及管路阻力使水返回到太陽能集熱板再次進行加熱以達到所需要的溫度，選用循環(huán)泵的型號為MP－55RZ。

上述水泵的相關參數(shù)見表3。

表3 水泵相關參數(shù)

4 能耗分析

按照以上房間設計及選型，冬季一天運行12小時，經驗工作時間約為使用時間的45%，整個裝置一天耗電量為：

0.75 ＋（3×0.032＋3×0.059＋0.02＋0.09）×12＝5.35kWh；

相比采用傳統(tǒng)空調，四個臥室分別選用4臺1.5P空調，單臺功率1200W，客廳及餐廳選用2臺3P空調，單臺功率2350W，上述相同條件，則每天耗電量為：

（4×1.2＋2×2.35） ×12×45%＝51.3kWh。

對比可知，整個裝置每天節(jié)省45.95度電，節(jié)電量十分可觀，在不考慮夏天的使用情況下，如果僅按照一年中，冬天采暖用90天，總節(jié)省電量為4135.5度電。

5 總結

目前，隨著經濟的不斷發(fā)展，農村地區(qū)家庭生活質量的不斷提高，結合農村固有特點，十分適合在農村地區(qū)對太陽能熱水器與井水混合的制冷與供暖裝置進行推廣，符合政府大力倡導的“節(jié)能減排”政策。經過分析，整個裝置在農村地區(qū)具有相當高的可行性，而且隨著太陽能利用技術的不斷發(fā)展與成熟，使用前景十分廣闊。本文為有意愿自主設計家庭中央空調的讀者提供了一定的參考。