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太陽能供熱采暖技術淺析

文章出處:人氣:3412發表時間:2015-7-28

建筑能耗伴隨建筑總量攀升和居住舒適度的提升呈急劇上升趨勢。目前,建筑能耗約占全國能耗總量的 30%。開發利用太 陽能供熱采暖技術,對我國節約常規能源、保護自然環境、促進經濟 發展、改善人民生活,具有十分重要的意義。

 一、國內外發展 太陽能供熱采暖的建筑簡稱為太陽房。 太陽能采暖系統可分為兩 大類,一類為主動式,稱為主動太陽房;另一類為被動式,稱為被動 式太陽房。早在 20 世紀 80 年代中期,法國科學家就著手太陽能組合 系統,并推出一種稱為“直接太陽能地板”的系統。進入 90 年代, 奧地利、丹麥、芬蘭、德國、瑞典、瑞士、荷蘭等國家相繼設計出各 種形式的太陽能組合系統。1998 年,國際能源署(IEA)太陽能加熱 和制冷項目(SHC)專門成立了“太陽能組合系統”任務組,組織多 國專家和企業立項開展太陽能采暖系統的關鍵技術研究, 交流各國太 陽能采暖的經驗和工程案例, 并在太陽能采暖系統的關鍵技術研究方 面獲得很多成果,促進該項技術國模推廣。 由于主動式太陽能采暖系統復雜、初投資和維護費用高,該項技 術在我國一直發展比較緩慢。近幾年,部分太陽能企業和研究機構開 展了主動式太陽能供熱采暖系統的研究和示范。2004 年,北京市平

      谷區在新農村建設中,啟動了平谷區新農村新民居建設項目,確定選 用主動式太陽能采暖技術,促進了太陽能供熱采暖技術的提升,帶動 了北京其他區縣遺跡其他省份的示范推廣, 為我國太陽能供熱采暖技 術推廣起到了積極作用。 二、太陽能采暖系統 1)概述 利用太陽能加熱的系統,即可為用戶提供熱水,又可為建筑物提 供采暖。我國氣候大體可劃分為嚴寒、寒冷、夏熱冬冷、夏熱冬暖、 溫和等五大熱工地區。其中東北、華北、西北(簡稱“三北”地區) 目前冬季仍與火爐采暖為主,采暖效率低,燒煤多,給廣大城鎮造成 嚴重的環境污染。而這些地區,太陽能資源又十分豐富因此打力推廣 太陽能采暖系統,對節約常規能源不僅具有巨大的經濟效益,而且具 有明顯的社會效益和環境效益。 2)分類

      液體太陽能采暖系 空氣太陽能采暖系 按使用介質分類

     

      直接太陽能采暖系 間接太陽能采暖系 地面輻射采暖系統 頂棚輻射采暖系統 風機盤管系統 散熱器采暖

      按太陽能利用方式分類

      按散熱部件的類型分類

     

     

      太陽能采暖/空調綜合系統 太陽能采暖/熱水組合系統

      按與其他系統綜合利用的種類

      直接受益式——太陽輻射穿透太陽房的,直接進入室內的才熱方式 集熱蓄熱墻式——太陽輻射穿透透明材料后,投射在集熱墻的吸熱面上, 加熱層中的空氣再通過空氣的對流想室內傳遞熱量的采暖方式。 附加陽光間式——在太陽房肢體南面附加一個玻璃溫室的采暖方式。 組合式——由上述兩種或更多種類型組合而成的采暖方式

      3)特點 太陽能采暖系統與常規能源采暖系統的主要區別, 在于它是以太 陽能集熱器作為熱源,替代或部分替代以煤、石油、天然氣、電力等 作為能源的鍋爐。太陽能集熱器獲取太陽輻射能而轉換的熱量,通過 散熱系統送至室內進行采暖;過剩熱量存儲在儲熱水箱內;當太陽能 集熱器收集的熱量小于采暖負荷時,由儲存的熱量來補充;若存儲的 熱量不足時,由備用的輔助熱源提供。輔助熱源可為電力、燃氣、燃 油和生物質能等。太陽能采暖系統適合在節能建筑中應用。 三、典型節能型太陽能采暖系統例舉 1)太陽能熱泵采暖系統 太陽能熱泵采暖系統就是將太陽能集熱器和熱泵組合成一個系 統,由太陽能為熱泵提供所需的熱源,并將低品位熱能提升到高品位 熱能,從而為建筑物進行供熱。例如,利用太陽能集熱器使水溫達到 1020℃,再利用熱泵進一步提高到 3050℃,滿足建筑物采暖的 要求。 因此, 太陽能熱泵采暖系統的主要優點是, 不僅可也節能省點, 減少太陽能集熱器的面積,縮小貯水箱的容積,延長太陽能采暖的使 用時間。 直接膨脹式太陽能熱泵系統 直接膨脹式太陽能熱泵系統是將太陽能集熱器與熱泵蒸發器結 合為一體,稱為集熱/蒸發器,如下圖所示:

      壓縮機 集熱蒸發器

      節流機構

      非直接膨脹式太陽能熱泵系統 非直接膨脹式太陽能熱泵系統是將太陽能集熱器與熱泵蒸發器 分離, 由太陽能集熱器、換熱器、熱泵和兩個貯水箱等部件組成的, 以水或者防凍液作為太陽能集熱器的傳熱介質。

      蒸發器 壓縮機 集熱器

      節流機構

      2)太陽能地板輻射采暖系統 地板輻射采暖是建筑采暖方式的一種, 它是在房屋地板的下面敷 設塑料管,以熱水作為采暖系統的熱媒。所謂太陽能地板輻射式采暖 系統,就是由太陽能集熱器提供所需要的熱水!畹匕遢椛洳膳c傳 統的散熱器采暖相比,具有如下一些有優點: 1 、在滿足相同采暖條件下,地板輻射采暖系統所需要的熱水 溫度可以比散熱器采暖要低得多,地表面平均溫度一般要求在 24 28℃的范圍,供水溫度一般在 3038℃左右即可。因而特別適合與 太陽能結合,既由太陽能集熱器提供所需要的低溫熱水,在冬季運行

      事仍可保持較高的集熱效率, 即使平板集熱器也可以用于太陽能地板 輻射式采暖。 2 、地板輻射采暖的熱量是從地板上升到天花板,垂直溫度梯 度小,負荷“腳暖頭涼”的人體生理需要,促進血液循環,所以在放 房間里的人們會感覺到比散熱器采暖更加舒適,改善了生活質量。 3 地板輻射采暖方式的室內感覺溫度比非地板輻射采暖方式 、 的室內實感溫度高出 24℃,大大減少了房間對環境的熱損失,具 有明顯的節能效果。 4 、地板輻射采暖的室內水平均溫度分布均勻,空氣對流效應 小,可以減小室內灰塵的飛揚和擴散,滿足舒適衛生的要求。 5 、地板輻射采暖房間水平面上不占用面積,不妨礙室內家具 的布置和移動,因而擴大了房間的有效使用面積,減少了樓房內上層 對下層造成的噪聲。 6 、易于解決高空間、大跨度、矮窗式建筑物采暖供熱緊張的 問題,對于商場、禮堂、展覽館、辦公大廳等的采暖具有重要作用。 3)基本結構 太陽能地板輻射采暖系統通常由太陽能集熱器、貯水箱、地下熱 盤管、分水器、集水器、循環水泵、輔助熱源等組成。其中,地下加 熱盤管及其配套的輻射采暖地板, 是太陽能地板輻射采暖系統所特有 的。

      四、發展前景 相對于單純的太陽能熱水供應,我國兼有冬季供暖的太陽能供 熱、 采暖技術和工程應用水平較低, 由于主動式太陽能采暖系統復雜、 設備多,所以初期投資和經常維持費用都比被動式太陽能采暖高。我 國是發展中國家,經濟發展相對落后,從國情出發,過去采取的政策 是優先發展被動式太陽能采暖。 “十一五”期間, 我國的太陽能供熱采暖技術和工程應用將會有 較快的發展,特別是財政部、建設部的“可再生能源建筑應用示范項 目”完成后,會獲得相當數量示范工程的實踐經驗總結。所以,近幾 年的工作應著重放在為將來實施太陽能供熱采暖技術推廣及相關政 策的制定創造條件上。一方面積極開展工程應用示范,另一方面可以 挑選工程應用較多的地區, 先行醞釀制定地方性的太陽能供熱采暖技 術推廣政策。 太陽能供熱采暖是繼太陽能熱水之后, 最具發展潛力的太陽能熱 利用技術,是今后應大力推廣的技術。我國太陽能資源最為豐富的地 區(太陽能資源區劃的第 1 區和第 2 區) ,都是氣候寒冷、常規能源 比較缺乏的偏遠地區,如西藏、新疆、內蒙古等,既有實際的采暖需 求、又有充足的資源條件,是應用太陽能供熱采暖條件最為優越的地 區。但是,這些地區大多比較貧困,缺乏工程示范的經濟支撐能力。 所以,國家應出臺相應的優惠政策,重點扶持這些地區開展太陽能供 熱采暖的工程示范,在此基礎上總結經驗,進行可行性研究分析,并

      在條件成熟后,率先出臺推廣太陽能供熱采暖技術的地方性政策法 規,逐步過渡到全國

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