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太阳能供热采暖技术浅析

文章出处:人气:2457发表时间:2015-7-28

建筑能耗伴随建筑总量攀升和居住舒适度的提升呈急剧上升趋势。目前,建筑能耗约占全国能耗总量的 30%。开发利用太 阳能供热采暖技术,对我国节约常规能源、保护自然环境、促进经济 发展、改善人民生活,具有十分重要的意义。

 一、国内外发展 太阳能供热采暖的建筑简称为太阳房。 太阳能采暖系统可分为两 大类,一类为主动式,称为主动太阳房;另一类为被动式,称为被动 式太阳房。早在 20 世纪 80 年代中期,法国科学家就着手太阳能组合 系统,并推出一种称为“直接太阳能地板”的系统。进入 90 年代, 奥地利、丹麦、芬兰、德国、瑞典、瑞士、荷兰等国家相继设计出各 种形式的太阳能组合系统。1998 年,国际能源署(IEA)太阳能加热 和制冷项目(SHC)专门成立了“太阳能组合系统”任务组,组织多 国专家和企业立项开展太阳能采暖系统的关键技术研究, 交流各国太 阳能采暖的经验和工程案例, 并在太阳能采暖系统的关键技术研究方 面获得很多成果,促进该项技术国模推广。 由于主动式太阳能采暖系统复杂、初投资和维护费用高,该项技 术在我国一直发展比较缓慢。近几年,部分太阳能企业和研究机构开 展了主动式太阳能供热采暖系统的研究和示范。2004 年,北京市平

      谷区在新农村建设中,启动了平谷区新农村新民居建设项目,确定选 用主动式太阳能采暖技术,促进了太阳能供热采暖技术的提升,带动 了北京其他区县遗迹其他省份的示范推广, 为我国太阳能供热采暖技 术推广起到了积极作用。 二、太阳能采暖系统 1)概述 利用太阳能加热的系统,即可为用户提供热水,又可为建筑物提 供采暖。我国气候大体可划分为严寒、寒冷、夏热冬冷、夏热冬暖、 温和等五大热工地区。其中东北、华北、西北(简称“三北”地区) 目前冬季仍与火炉采暖为主,采暖效率低,烧煤多,给广大城镇造成 严重的环境污染。而这些地区,太阳能资源又十分丰富因此打力推广 太阳能采暖系统,对节约常规能源不仅具有巨大的经济效益,而且具 有明显的社会效益和环境效益。 2)分类

      液体太阳能采暖系 空气太阳能采暖系 按使用介质分类

     

      直接太阳能采暖系 间接太阳能采暖系 地面辐射采暖系统 顶棚辐射采暖系统 风机盘管系统 散热器采暖

      按太阳能利用方式分类

      按散热部件的类型分类

     

     

      太阳能采暖/空调综合系统 太阳能采暖/热水组合系统

      按与其他系统综合利用的种类

      直接受益式——太阳辐射穿透太阳房的,直接进入室内的才热方式 集热蓄热墙式——太阳辐射穿透透明材料后,投射在集热墙的吸热面上, 加热层中的空气再通过空气的对流想室内传递热量的采暖方式。 附加阳光间式——在太阳房肢体南面附加一个玻璃温室的采暖方式。 组合式——由上述两种或更多种类型组合而成的采暖方式

      3)特点 太阳能采暖系统与常规能源采暖系统的主要区别, 在于它是以太 阳能集热器作为热源,替代或部分替代以煤、石油、天然气、电力等 作为能源的锅炉。太阳能集热器获取太阳辐射能而转换的热量,通过 散热系统送至室内进行采暖;过剩热量存储在储热水箱内;当太阳能 集热器收集的热量小于采暖负荷时,由储存的热量来补充;若存储的 热量不足时,由备用的辅助热源提供。辅助热源可为电力、燃气、燃 油和生物质能等。太阳能采暖系统适合在节能建筑中应用。 三、典型节能型太阳能采暖系统例举 1)太阳能热泵采暖系统 太阳能热泵采暖系统就是将太阳能集热器和热泵组合成一个系 统,由太阳能为热泵提供所需的热源,并将低品位热能提升到高品位 热能,从而为建筑物进行供热。例如,利用太阳能集热器使水温达到 1020℃,再利用热泵进一步提高到 3050℃,满足建筑物采暖的 要求。 因此, 太阳能热泵采暖系统的主要优点是, 不仅可也节能省点, 减少太阳能集热器的面积,缩小贮水箱的容积,延长太阳能采暖的使 用时间。 直接膨胀式太阳能热泵系统 直接膨胀式太阳能热泵系统是将太阳能集热器与热泵蒸发器结 合为一体,称为集热/蒸发器,如下图所示:

      压缩机 集热蒸发器

      节流机构

      非直接膨胀式太阳能热泵系统 非直接膨胀式太阳能热泵系统是将太阳能集热器与热泵蒸发器 分离, 由太阳能集热器、换热器、热泵和两个贮水箱等部件组成的, 以水或者防冻液作为太阳能集热器的传热介质。

      蒸发器 压缩机 集热器

      节流机构

      2)太阳能地板辐射采暖系统 地板辐射采暖是建筑采暖方式的一种, 它是在房屋地板的下面敷 设塑料管,以热水作为采暖系统的热媒。所谓太阳能地板辐射式采暖 系统,就是由太阳能集热器提供所需要的热水。☆地板辐射采暖与传 统的散热器采暖相比,具有如下一些有优点: 1 、在满足相同采暖条件下,地板辐射采暖系统所需要的热水 温度可以比散热器采暖要低得多,地表面平均温度一般要求在 24 28℃的范围,供水温度一般在 3038℃左右即可。因而特别适合与 太阳能结合,既由太阳能集热器提供所需要的低温热水,在冬季运行

      事仍可保持较高的集热效率, 即使平板集热器也可以用于太阳能地板 辐射式采暖。 2 、地板辐射采暖的热量是从地板上升到天花板,垂直温度梯 度小,负荷“脚暖头凉”的人体生理需要,促进血液循环,所以在放 房间里的人们会感觉到比散热器采暖更加舒适,改善了生活质量。 3 地板辐射采暖方式的室内感觉温度比非地板辐射采暖方式 的室内实感温度高出 24℃,大大减少了房间对环境的热损失,具 有明显的节能效果。 4 、地板辐射采暖的室内水平均温度分布均匀,空气对流效应 小,可以减小室内灰尘的飞扬和扩散,满足舒适卫生的要求。 5 、地板辐射采暖房间水平面上不占用面积,不妨碍室内家具 的布置和移动,因而扩大了房间的有效使用面积,减少了楼房内上层 对下层造成的噪声。 6 、易于解决高空间、大跨度、矮窗式建筑物采暖供热紧张的 问题,对于商场、礼堂、展览馆、办公大厅等的采暖具有重要作用。 3)基本结构 太阳能地板辐射采暖系统通常由太阳能集热器、贮水箱、地下热 盘管、分水器、集水器、循环水泵、辅助热源等组成。其中,地下加 热盘管及其配套的辐射采暖地板, 是太阳能地板辐射采暖系统所特有 的。

      四、发展前景 相对于单纯的太阳能热水供应,我国兼有冬季供暖的太阳能供 热、 采暖技术和工程应用水平较低, 由于主动式太阳能采暖系统复杂、 设备多,所以初期投资和经常维持费用都比被动式太阳能采暖高。我 国是发展中国家,经济发展相对落后,从国情出发,过去采取的政策 是优先发展被动式太阳能采暖。 “十一五”期间, 我国的太阳能供热采暖技术和工程应用将会有 较快的发展,特别是财政部、建设部的“可再生能源建筑应用示范项 目”完成后,会获得相当数量示范工程的实践经验总结。所以,近几 年的工作应着重放在为将来实施太阳能供热采暖技术推广及相关政 策的制定创造条件上。一方面积极开展工程应用示范,另一方面可以 挑选工程应用较多的地区, 先行酝酿制定地方性的太阳能供热采暖技 术推广政策。 太阳能供热采暖是继太阳能热水之后, 最具发展潜力的太阳能热 利用技术,是今后应大力推广的技术。我国太阳能资源最为丰富的地 区(太阳能资源区划的第 1 区和第 2 区) ,都是气候寒冷、常规能源 比较缺乏的偏远地区,如西藏、新疆、内蒙古等,既有实际的采暖需 求、又有充足的资源条件,是应用太阳能供热采暖条件最为优越的地 区。但是,这些地区大多比较贫困,缺乏工程示范的经济支撑能力。 所以,国家应出台相应的优惠政策,重点扶持这些地区开展太阳能供 热采暖的工程示范,在此基础上总结经验,进行可行性研究分析,并

      在条件成熟后,率先出台推广太阳能供热采暖技术的地方性政策法 规,逐步过渡到全国

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