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节能知识
太阳能采暖系统应用现状和发展

核心提示:在建筑能耗中,生活热水、供暖能耗占相当比例,利用太阳能来满足生活热水、供暖这些低品位能耗的要求具有巨大节能效益,因此太阳能采暖技术越来越受到人们重视。

  一.前言

  随着国民经济的发展,能源需求量日益增加,能源利用情况紧张,而常规能源的大量使用必将对环境造成不利影响。太阳能作为可再生能源的一种,取之不尽,用之不竭,同时又不会增加环境负荷,将成为未来能源结构中的重要组成部分。我国属太阳能资源丰富的国家之一,年辐射总量大约在3300-8300MJ/m2.a),全国2/3以上面积地区年日照小时数大于2000h,每年陆地接收的太阳辐射能相当于2.4万亿吨标准煤,具有太阳能利用的良好条件。在建筑能耗中,生活热水、供暖能耗占了相当的比例,利用太阳能来满足生活热水、供暖这些低品位能耗的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。

  二.太阳能采暖系统概况

  1.太阳能采暖系统原理

  太阳能采暖系统是指以太阳能作为采暖系统的热源,利用太阳能集热器将太阳能转换成热能,供给建筑物冬季采暖和全年其他用热的系统。太阳能采暖可分为主动式和被动式两种方式。被动式太阳能采暖通过建筑的朝向和周围环境的合理布置,内部空间和外部形体的巧妙处理,以及建筑材料和结构构造的恰当选择,使建筑物在冬季能充分收集、存储和分配太阳辐射热。主动式太阳能采暖系统主要由太阳能集热系统、蓄热系统、末端供热采暖系统、自动控制系统和其他能源辅助加热、换热设备集合构成,相比于被动式太阳能采暖,其供热工况更加稳定,但同时,投资费用也增大,系统更加复杂。随着经济和社会的发展,主动式太阳能采暖开始大规模应用。

  近年的太阳能采暖建设项目中,比较集中和有代表性的是北京周边郊区县新民居的太阳能采暖工程。由于农村住宅相对分散,密度低,不宜采用投资大,维护水平高的集中供暖模式,而传统的燃煤取暖方式又存在效率低、污染环境、费用较高等问题,在农村推广安全环保、运行费用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远大于太阳能热水系统,安装位置要求较大,对于高层建筑或居住密度较大的城区存在安装建设条件不足的问题,限制了应用,而农村住宅一般建筑容积率较低,没有明显遮挡,具备建设太阳能采暖项目的良好条件。

    .太阳能采暖系统设备

  1.集热器

  常见的太阳能集热器有平板型和真空管型两种,其中,真空管型又可分为全玻璃真空管型、U型管真空管和热管真空管集热器。目前在我国太阳能热水器 市场,平板太阳能热水器约占10%左右的市场份额,其余均为真空管太阳能热水器,而国外平板太阳能热水器则占90%以上的市场份额,中国与世界太阳能市场主流存在巨大差异。由于太阳能采暖系统与建筑结合紧密,因而对集热产品与建筑的结合、故障率、使用寿命等性能要求较高,平板集热器结构简单,抗压,抗外力冲击,适合承压运行,从整体外观、结构强度、安装运行等方面都非常适合与建筑相结合。在热性能方面,尽管平板集热器的保温性能不如真空管集热器,但由于其有效采光面大于真空管集热器,因此其热效率高于真空管集热器。早期平板集热器不能防冻过冬的缺点随着技术进步早已得到解决。太阳能采暖工程中,非采暖季能源过剩,真空管集热器易发生爆管、真空度降低等问题,而平板集热器则能较容易地解决这一问题,因此,目前北京地区太阳能采暖工程中,很多工程项目采用了平板型集热器。

  2.辅助热源

  为住宅提供采暖用热水的太阳能采暖系统,与为住宅提供生活热水的太阳能热水系统在供水特点上是不同的,生活热水不需要连续供应而采暖用热水必须连续供应,而且要稳定可靠。太阳辐射受昼夜、季节、纬度和海拔高度等自然条件的限制和阴雨天气等随机因素的影响,存在较大的间歇性和不稳定性,因此在太阳能采暖系统中,必须设置辅助热源。辅助热源要根据当地太阳能资源条件,常规能源的供应状况,建筑物热负荷和周围环境条件等因素,做综合经济性分析,以确定适宜的辅助热源及合理的太阳能供暖比例。太阳能采暖中可以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、工业废热、电锅炉、电热管、地源热泵及生物质燃料等。

  在农村建设的太阳能采暖项目,由于城市热网及燃气管线不易到达,油、电价格又较高,因此,辅助能源的应用类型多为生物质燃料。如北京平谷区挂甲峪村,辅助热源用生物质锅炉提供,采用生物质压块成型设备,把当地的果木修剪枝条粉碎后压缩成燃料棒或燃料块,作为生物质锅炉燃料,同时还用作炊事燃料,这种生物质压缩成型燃料比传统的生物质燃烧密度高,燃烧效率高,储藏也较容易,使用时劳动强度小,是一种较好的辅助热源方式。

  3.采暖末端

  太阳能由于热密度较低,集热温度很难达到较高水平。普通散热器热媒温度要求较高(70℃以上),而太阳能系统不易达到该出水温度要求。因此,在太阳能采暖系统中,通常采用地板辐射采暖的末端供热方式。地板采暖 所需要的低温热水在35-55℃之间,正好是太阳能集热器所能提供的适合温度。

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