太陽熱収集器の選択: パフォーマンスとシナリオの間のトレードオフ
のパフォーマンス 太陽熱源温水器 (SAW) システムは、そのコアコンポーネントである太陽熱収集器の種類と効率に大きく依存します。専門的なエンジニアリングの実践では、平板コレクターと真空管コレクターという 2 つの主流テクノロジーが考慮されます。
1. 真空管コレクター(ETC)
真空管技術は、その優れた絶縁性能により、SAW システムにおいて重要な役割を果たしています。
主な利点: 真空管は、管間の高真空層を利用して、対流および伝導による熱損失を大幅に低減します。これは、低い周囲温度や低い日射量（曇りの日や冬など）でも、ETC が高い収集効率を維持し、水をより高いレベルまで加熱できることを意味します。
適用可能なシナリオ: 真空管タイプは優れた低温集熱性能により、特に中国北部、寒冷地、より高い出口水温を必要とする商業用途に適しています。空気熱源ヒートポンプの高温予熱をより効率的に提供し、ヒートポンプの作業負荷を大幅に軽減し、それによって冬におけるシステムの季節性能係数 (SPF) を向上させます。
技術的考慮事項: 最新の真空管コレクターはヒート パイプ技術を利用することが多く、水なしでの動作と間接的な熱交換が可能です。これにより、凍結防止が簡素化され、システムの信頼性が向上します。
2. 平板コレクタ(FPC)
フラット プレート コレクターは、その堅牢な構造と熱安定性により、一部のプロジェクトで好まれています。
構造的特徴：FPCは熱吸収板、透明カバー、絶縁層から構成されます。そのコンパクトな構造により、建物との統合が容易になります (BIPV、Building Integrated Photovoltaics/Thermal)。
性能に関する考慮事項: 平板コレクターは、高い放射照度と周囲温度の下で優れた瞬間効率を提供します。ただし、温度変動が大きい場合には、真空管に比べて熱損失が大きくなります。
アプリケーションシナリオ: フラットプレートコレクターは、中国南部、一年中太陽の光が豊富な地域、または低コストの大規模システム統合ソリューションとしてより適しています。
プロフェッショナルな統合: 太陽熱源温水器では、平板コレクターがヒートポンプ蒸発器の予熱源として機能することがよくあります。生成する中低温の温水は蒸発温度を高め、ヒートポンプのCOP（性能係数）を最適化します。
ヒートポンプ蒸発器の設計: 適合性と効率的な熱交換
太陽熱温水器システムにおいて、ヒートポンプの核となるのは環境から低品位の熱エネルギーを吸収する蒸発器です。複雑なシステムの要件を満たすために、蒸発器は高い熱交換効率とマルチモード適応性を満たさなければなりません。
1. チューブインチューブ/シェルアンドチューブ蒸発器
このタイプの蒸発器は通常、水と冷媒の間の直接または間接的な熱交換を伴う用途に使用されます。
機能的な位置付け: 標準の空気源ヒートポンプ (ASHP) モードでは、蒸発器が空気から熱を吸収します。ただし、ソーラーハイブリッドモードでは、蒸発器は多機能熱交換器として設計される場合があります。
特殊な用途: 一部のハイエンドの太陽空気源システムでは、中間媒体 (不凍液や循環水など) を使用します。中間媒体は、最初に太陽熱集熱器によって加熱され、次に蒸発器に送られて冷媒を補充します。この設計では、蒸発器に優れた流動抵抗と熱伝達係数が必要です。
2. フィン付きチューブ蒸発器
この蒸発器は標準的な空気熱源ヒートポンプ室外機に使用され、周囲の空気から直接熱を吸収します。
コア機能: オフシーズン期間または補助暖房時には、システムは主にフィンチューブ蒸発器に依存して空気熱を吸収します。
霜取りに関する考慮事項: 低温、高湿度の環境では、フィンチューブ蒸発器は霜の問題に直面します。プロフェッショナルな太陽空気源システムは、除霜熱源としても太陽集熱器からの余剰熱を利用し、除霜効率を向上させ、除霜エネルギー消費とヒートポンプのダウンタイムを削減します。
システム統合と最適化の組み合わせ
太陽空気源給湯器の専門知識は、最適化された制御ロジックとコレクターと蒸発器間の熱力学サイクルにあります。
エネルギー相乗効果: このシステムは、インテリジェントな温度制御アルゴリズムを使用して、太陽予熱をいつ使用するか (水タンクの温度またはヒートポンプの蒸発温度を上げるため)、いつ純粋なヒートポンプモードに切り替えるかを正確に決定します。この動的な切り替えにより、太陽光発電の優先順位が確保され、再生可能エネルギーの利用率が最大化されます。
性能の向上: コレクタによって提供される予熱エネルギーにより、ヒート ポンプ コンプレッサーの吸入圧力が大幅に増加し、圧縮比が低下します。これにより、複合モードでのシステムの COP が純粋な空気源ヒート ポンプの COP よりもはるかに高くなり、エネルギーの限界利益が最大化されます。
