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kai云体育app官方下载 太阳能采暖系统应用现状与发展

发布时间:2024-07-10 点此:139次

摘要:太阳能供暖系统是利用太阳能作为热源,为建筑物冬季供暖及全年其他用热需求的系统。本文介绍了国内外太阳能供暖系统的现状及主要设备的应用情况,指出了系统设计中存在的一些问题,并提出了发展太阳能供暖系统的几点措施。

关键词:太阳能供热系统 太阳能集热器 节能

太阳能供热系统的应用及发展

王倩1,高新宇2

(1. 茂名学院,广东 茂名 525000;

2. 北京工业大学, 北京 100124)

摘要:太阳能供暖系统收集太阳能,为建筑物提供采暖和生活热水。本文综述了太阳能供暖系统及其设备在国内外的应用情况,讨论了尚待解决的一些问题,提出了发展太阳能供暖系统的措施。

关键词:太阳能供热系统 太阳能集热器 节能

一、引言

随着国民经济的发展,能源需求量不断增大,能源利用紧张,常规能源的大规模使用必然会对环境产生不利影响。太阳能作为一种可再生能源,取之不尽,用之不竭,不会增加环境负荷,将成为未来能源结构的重要组成部分。我国是太阳能资源丰富的国家之一,年辐射总量约为3300-8300MJ/(m2.a),全国2/3以上的地区年日照时数在2000h以上,陆地每年所接受的太阳辐射能相当于2.4万亿吨标准煤,为太阳能的利用提供了良好的条件。在建筑能耗中,生活热水、采暖能耗占相当大的比重,利用太阳能满足生活热水、采暖等低品位能源消耗要求,具有巨大的节能效益,因此太阳能采暖技术越来越受到人们的重视。

2. 太阳能供热系统概述

2.1 太阳能供热系统原理

太阳能供暖系统是指以太阳能为供暖系统热源,利用太阳能集热器将太阳能转化为热能,供给建筑物冬季供暖及全年其他热量需求的系统。太阳能供暖可分为主动和被动两种方式。被动式太阳能供暖通过对建筑朝向和周围环境的合理布置、对内部空间和外部形态的巧妙处理、建筑材料和结构构造的适当选择,使建筑在冬季能够充分收集、储存和散发太阳辐射热。主动式太阳能供暖系统主要由太阳能集热系统、储热系统、终端供暖系统、自动控制系统以及其他能量辅助供暖和热交换设备组成。与被动式太阳能供暖相比,其供暖条件更加稳定,但同时也增加了投资费用,系统也更为复杂。随着经济社会的发展,主动式太阳能供暖已开始大规模应用。

近年来的太阳能采暖建设项目中,最集中、最具代表性的是北京周边郊区县新建居住建筑太阳能采暖项目。由于农村居住建筑相对分散、密度低,不宜采用投资大、维护水平高的集中供热方式,传统的燃煤采暖方式存在效率低、环境污染、成本高等问题。在农村推广安全、环保、运行成本低的太阳能采暖系统,符合新农村建设的客观要求。太阳能采暖所需的集热面积比太阳能热水系统大得多,安装位置要求也相对较大,对于高层建筑或居住密度较高的城区,存在安装施工条件不足的问题,限制了应用。农村居住建筑一般建筑容积率低,无明显遮挡,为太阳能采暖项目的建设提供了良好的条件。北京市平谷区新建居住建筑太阳能采暖项目进展较早,有较多成功的应用经验[5][6]。

3.太阳能供热系统设备

3.1 收集器

常见的太阳能集热器有平板型和真空管型,真空管型又可分为全玻璃真空管、U型管真空管和热管真空管集热器。目前kaiyun登录入口(中国)官方网站,在我国太阳能热水器市场中,平板太阳能热水器约占10%的市场份额,其余为真空管太阳能热水器。国外平板太阳能热水器占90%以上的市场份额[7]。我国与世界太阳能市场主流存在巨大差异。由于太阳能供热系统与建筑结合紧密,对集热器产品与建筑的结合程度、故障率、使用寿命等性能要求较高。平板集热器结构简单,耐压力、耐外界冲击,适合承压运行,在整体外观、结构强度、安装运行等方面都非常适合与建筑结合。 从热性能上看,平板集热器虽然保温性能不如真空管集热器,但由于其有效采光面比真空管集热器大,因此热效率高于真空管集热器。早期平板集热器在冬季不能防冻的缺点,随着技术进步早已得到解决。在太阳能供热项目中,非采暖季节会出现能源过剩,真空管集热器容易出现爆管、真空度降低等问题,而平板集热器可以更容易地解决这个问题。因此,目前北京的太阳能供热项目很多都采用平板集热器。

3.2 辅助热源

为居住建筑提供采暖热水的太阳能供热系统与为居住建筑提供生活热水的太阳能热水系统在供水特点上有所不同。生活热水不需要连续供应云开体育app官方下载安装最新版,而采暖热水必须连续稳定可靠地供应。太阳辐射受昼夜、季节、纬度、海拔等自然条件限制,受阴雨天气等随机因素影响,具有间歇性和不稳定性。因此,在太阳能供热系统中必须设置辅助热源。辅助热源应根据当地太阳能资源条件、常规能源供应条件、建筑热负荷及周围环境条件进行综合经济分析,确定合适的辅助热源和合理的太阳能供热配比。太阳能供热中可选择的辅助热源主要有小型燃油(气)锅炉、城市热网或区域锅炉房、工业余热、电锅炉、电加热管道、地源热泵及生物质燃料等。 在农村建设的太阳能供暖项目中,由于城市热网、燃气管道不易到达,油、电价格高昂,辅助能源的应用类型多为生物质燃料。如北京市平谷区挂家峪村,辅助热源由生物质锅炉提供。利用生物质成型设备将当地果树修剪下来的枝条粉碎,压缩成燃料棒或燃料块,作为生物质锅炉的燃料,也可作为炊事燃料。这种生物质压缩燃料比传统生物质燃烧密度大,燃烧效率高,更易于储存,使用时劳动强度低,是一种较好的辅助热源[5]。

3.3 加热端子

由于太阳能热密度低,很难达到较高的集热温度,普通散热器对热媒温度要求较高(70℃以上),而太阳能系统不易满足这一出水温度要求。因此在太阳能供热系统中,通常采用地板辐射供暖这种末端供热方式。地板供暖所需的低温热水在35-55℃之间,这正是太阳能集热器所能提供的适宜温度。地板供暖系统以整个地面作为散热面,热量主要以辐射方式传递,与以对流散热为主的散热器系统相比,更加舒适,脚暖头凉的热感更符合人体的生理调节特点,而且比末端采用散热器的系统温度低2-3℃即可获得同样的舒适度,节省供热能耗。 夜间采暖负荷一般比白天大,但夜间没有太阳辐射,采用具有蓄热功能的地板采暖方式十分适合,因此目前太阳能采暖系统一般都采用地板辐射散热系统作为末端。

太阳能供热系统设计中的几个问题

4.1 太阳能与建筑一体化

太阳能采暖系统是为建筑服务的,应作为一个子系统融入建筑,实现太阳能与建筑的一体化。但就我国太阳能热水器的发展而言,长期以来,太阳能热水器都是在房屋建成后由用户自行购买安装。这种做法带来了很多问题,主要是对建筑外观和房屋相关功能的破坏。因此,一些城市出台了禁止安装太阳能热水器的法规,严重制约了太阳能热水器的进一步发展。由于太阳能采暖工程集热器的面积远大于太阳能热水系统的集热器面积,因此,太阳能采暖系统与建筑的有机结合就显得尤为重要。过去,各建筑设计院很少对太阳能采暖系统进行设计,这就需要设计师在实践中不断将太阳能采暖技术融入建筑设计,积累设计经验,实现太阳能与建筑功能、建筑美观的协调。

4.2 冬季和夏季热量平衡

目前已安装的太阳能供暖系统大约每6-8平方米的建筑面积配备1平方米的太阳能集热器,在此比例下,太阳能冬季供暖保证率较低,而夏季太阳能系统产生的生活热水却远大于实际消耗量,这迫使太阳能集热系统必须采用闷热烘干、遮光等方法来降低太阳得热量,导致非供暖季节太阳能利用率低,并因系统过热而存在安全隐患。因此,解决冬夏季热量平衡问题已成为太阳能供暖系统发展的重要技术问题。

4.3 相关设计信息不完整

太阳能供热系统的设计主要由暖通工程师和建筑工程师完成,由于过去很少进行此类设计,设计人员希望有相关的标准、规范和设计手册可供参考。目前,国家标准GB50364《民用建筑太阳能热水系统应用技术规范》和《民用建筑太阳能热水系统工程技术手册》已经出台,但太阳能供热系统的设计资料尚不齐全,各厂家的产品性能参数仍需经过权威检测部门的检测,作为系统设计的重要依据。

发展太阳能供热系统的五大措施

5.1加强建筑节能

建筑节能是实现太阳能采暖的前提。由于单位面积太阳能的能量密度较低,如果不通过加强围护结构保温来有效降低建筑采暖负荷,太阳能采暖系统的集热面积将非常大,增加系统的初期投资,使太阳能采暖系统完全不能发挥应有的节能效益。我国已陆续颁布实施了针对不同建筑气候区的建筑节能设计国家标准。这些标准的强制实施,将大大降低建筑的热耗指标,减少太阳能采暖系统所承担的负荷,为太阳能采暖项目的应用形成有利条件。

5.2 提高太阳能集热系统的效率

在目前正在建设的太阳能供热项目中,集热器、水箱等关键产品还有很大的改进空间,如进一步提高平板集热器的密封性,提高集热效率。企业应加强研发能力,提高产品质量和工艺水平,开发安全可靠、高效稳定的新产品,不断提高太阳能集热系统的效率。在房屋设计之初,应同步进行太阳能供热系统设计,使设计更适合太阳能设备或部件的应用,在不影响建筑物的前提下,达到最佳的太阳能集热性能。

5.3提高太阳能利用率

太阳能供热系统必须提高太阳能的利用率,以缩短投资回收期。利用太阳能制冷技术、跨季节蓄热技术和全年综合利用,可以解决冬夏热量不平衡问题。目前,跨季节蓄热的理论研究和实验研究很少,大部分研究是利用太阳能产生的热水驱动吸收式制冷机的太阳能制冷。由于吸收式制冷机需要高温水(85℃以上)作为热源,应积极开发适用于太阳能空调系统的中高温太阳能集热器。在目前国内太阳能制冷技术和跨季节蓄热技术尚未实现商业化的条件下,可以强调全年综合利用,考虑适当降低系统的太阳能保证率,合理匹配供热和热水供应的建筑面积,如使系统热水供应的建筑面积大于供热的建筑面积。

5.4政府制定鼓励支持政策

太阳能供热系统社会效益较高,但存在投资较大、回收期较长的弊端。对于房地产开发商而言,如果开发成本的增加不能带动房屋销售,开发商的积极性不会很高。因此,政府应积极开展试点,制定更加完善、合理的鼓励和扶持政策,对生产厂家、房地产开发商、终端用户等进行鼓励和扶持,积极推广试点经验,提高系统整体技术水平,促进太阳能供热产业和市场健康发展。

参考:

1. 王默涵,杨乾明,孔祥强等,太阳能采暖在建筑中的应用,中国建筑信息供热制冷,2006年第11期,第33-36页

2.郑瑞成,太阳能供热工程的应用与推广,太阳能,2007年第2期,第37-41页

3. 王曦,李春梅,范俊,太阳能地板采暖系统,农业工程学报,增刊1kaiyun官方网app下载app,2006,pp. 184-185

4. 李建红,白宁,马伟斌等,大型太阳能空调/热泵系统,太阳能学报,2006年第2期,第152-158页

5. 朱敦志,刘俊,陆超,太阳能供热技术在新农村建设中的应用,农业工程学报,2006年增刊1,167-170

6. 赵典,钟义成,张华,太阳能采暖系统在北京市平谷区新农村建设项目中的应用与探索,小城镇建设,2005年第12期,第96-97、106页

7.郑瑞成,太阳能建筑应用发展方向与对策,建筑科技,2006年第23期,第54-58页

作者简介:王倩,女,1973年2月出生,硕士研究生学历,茂名学院副教授,联系地址:广东省茂名市官渡二路139号茂名学院机电工程学院热能与动力工程教研室,邮编525000

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