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我国北方农宅冬季采暖能耗巨大,并造成严重的室内外空气污染。利用太阳能热空气采暖和太阳能热水器能够有效解决农户采暖和生活热水需求。但目前的系统方案通常将两者分别考虑,或者没有考虑采暖与生活热水负荷的匹配,造成太阳能系统全年利用率低,经济性及用户接受度不高。本文提出针对北方农宅的太阳能热空气-热水两用方案,并就方案的可行性及实用性开展相关理论、实验及示范研究,主要内容和研究成果如下:一、基于负荷特性分析,提出适合于北方农宅的太阳能热空气采暖-生活热水两用集热器设计原则,并设计了一款太阳能空气-热水两用集热器。按照ASHRAE标准进行了稳态热性能测试,结果表明,集热器热性能良好,加热热水的最大热效率为65.06%,加热空气的最大热效率在51.48%~55.91%,集热器两端压力损失仅为37~134 Pa,具有较好的推广前景。二、建立太阳能空气-热水两用集热器加热空气和热水的传热理论模型,并进行了系统优化计算。结果表明,为兼顾集热器的热性能和经济性,保温材料厚度推荐设计在30~50mm,翅片厚度推荐设计在0.3~0.5mm,空气循环流量推荐设计为80~120m3/h,热水循环流量推荐设计在100~200L/h。三、建立了北方农宅太阳能空气-热水两用系统应用示范,并对各季节的运行效果进行了测试。对仅在白天有采暖需求的农户,采暖季系统平均热效率在31%~35%,室内温度维持在10~15℃,夏季和过渡季,太阳能热水器热效率在49.6%~58.2%,能提供足够的生活热水,系统全年运行效果良好。对全天均有采暖需求的农户,将太阳能空气-热水采暖系统与低温空气源热泵相结合,解决了太阳辐照不足时的采暖问题。低温空气源热泵运行阶段,平均COP能到2.5左右,室温营造良好,太阳能贡献率约20%~37%。