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太陽能采暖系統概況

文章出處:公司動態 責任編輯:廣東尚而特太陽能有限公司 發表時間:2018-06-12
  
太陽能采暖系統概況
隨著國民經濟的發展,能源需求量日益增加,能源利用情況緊張,而常規能源的大量使用必將對環境造成不利影響。太陽能作為可再生能源的一種,取之不盡,用之不竭,同時又不會增加環境負荷,將成為未來能源結構中的重要組成部分。我國屬太陽能資源豐富的國家之一,年輻射總量大約在3300-8300兆焦/(m2.a),全國2/3以上面積地區年日照小時數大于2000小時,每年陸地接收的太陽輻射能相當于2.4萬億噸標準煤,具有太陽能利用的良好條件。在建筑能耗中,生活熱水、供暖能耗占了相當的比例,利用太陽能來滿足生活熱水、供暖這些低品位能耗的要求具有巨大的節能效益,因此,太陽能采暖技術越來越受到人們的重視。
太陽能采暖系統概況
太陽能采暖系統是指以太陽能作為采暖系統的熱源,利用太陽能集熱器將太陽能轉換成熱能,供給建筑物冬季采暖和全年其他用熱的系統。太陽能采暖可分為主動式和被動式兩種方式。被動式太陽能采暖通過建筑的朝向和周圍環境的合理布置,內部空間和外部形體的巧妙處理,以及建筑材料和結構構造的恰當選擇,使建筑物在冬季能充分收集、存儲和分配太陽輻射熱。主動式太陽能采暖系統主要由太陽能集熱系統、蓄熱系統、末端供熱采暖系統、自動控制系統和其他能源輔助加熱、換熱設備集合構成,相比于被動式太陽能采暖,其供熱工況更加穩定,但同時,投資費用也增大,系統更加復雜。隨著經濟和社會的發展,主動式太陽能采暖開始大規模應用。
在近年應用了太陽能采暖的建設項目中,比較集中和有代表性的是北京周邊郊區縣新民居的太陽能采暖工程。由于農村住宅相對分散、密度低,不宜采用投資大、維護水平高的集中供暖模式,而傳統的燃煤取暖方式又存在效率低、污染環境、費用較高等問題,在農村推廣安全環保、運行費用低的太陽能采暖系統符合新農村建設的客觀要求。太陽能采暖所需的集熱面積遠大于太陽能熱水系統,要求安裝位置較大,對于高層建筑或居住密度較大的城區存在安裝建設條件不足的問題,限制了應用,而農村住宅一般建筑容積率較低,沒有明顯遮擋,具備建設太陽能采暖項目的良好條件。北京平谷區新民居太陽能采暖工程項目進展較早,有很多成功應用的經驗。
太陽能采暖系統設備
集熱器常見的太陽能集熱器有平板型和真空管型兩種。其中,真空管型又可分為全玻璃真空管型、U型管真空管和熱管真空管集熱器。目前在我國太陽能熱水器市場,平板太陽能熱水器約占10%左右的市場份額,其余均為真空管太陽能熱水器,而國外平板太陽能熱水器則占90%以上的市場份額,中國與世界太陽能市場主流存在巨大差異。由于太陽能采暖系統與建筑結合緊密,因而對集熱產品與建筑的結合、故障率、使用壽命等性能要求較高,平板集熱器結構簡單,抗壓,抗外力沖擊,適合承壓運行,從整體外觀、結構強度、安裝運行等方面都非常適合與建筑相結合。在熱性能方面,盡管平板集熱器的保溫性能不如真空管集熱器,但由于其有效采光面大于真空管集熱器,因此其熱效率高于真空管集熱器。早期平板集熱器不能防凍過冬的缺點隨著技術進步早已得到解決。太陽能采暖工程中,非采暖季能源過剩,真空管集熱器易發生爆管、真空度降低等問題,而平板集熱器則能較容易地解決這一問題,因此,目前北京地區太陽能采暖工程中,很多工程項目采用了平板型集熱器。
輔助熱源為住宅提供采暖用熱水的太陽能采暖系統,與為住宅提供生活熱水的太陽能熱水系統在供水特點上是不同的,生活熱水不需要連續供應而采暖用熱水必須連續供應,而且穩定可靠。太陽輻射受晝夜、季節、緯度和海拔高度等自然條件的限制和陰雨天氣等隨機因素的影響,存在較大的間歇性和不穩定性,因此在太陽能采暖系統中,必須設置輔助熱源。輔助熱源要根據當地太陽能資源條件,常規能源的供應狀況、建筑物熱負荷和周圍環境條件等因素,做綜合經濟性分析,以確定適宜的輔助熱源及合理的太陽能供暖比例、太陽能采暖中可以選擇的輔助熱源主要有小型燃油(氣)鍋爐,城市熱網或區域鍋爐房、工業廢熱、電鍋爐、電熱管、地源熱泵及生物質燃料等。在農村建設的太陽能采暖項目,由于城市熱網及燃氣管線不易到達,油、電價格又較高,因此,輔助能源的應用類型多為生物質燃料。如北京平谷區掛甲峪村,輔助熱源用生物質鍋爐提供,采用生物質壓塊成型設備,把當地的果木修剪枝條粉碎后壓縮成燃料棒或燃料塊,作為生物質鍋爐燃料,同時還用作炊事燃料,這種生物質壓縮成型燃料比傳統的生物質燃燒密度高,燃燒效率高,儲藏也較容易,使用時勞動強度小,是一種較好的輔助熱源方式。
采暖末端太陽能由于熱密度較低,集熱溫度很難達到較高水平。普通散熱器熱媒溫度要求較高(70攝氏度以上),而太陽能系統不易達到該出水溫度要求。因此,在太陽能采暖系統中,通常采用地板輻射采暖的末端供熱方式。地板采暖所需要的低溫熱水在35~55攝氏度之間,正好是太陽能集熱器所能提供的適合溫度。地板采暖系統以整個地面作為散熱面,熱量主要以輻射方式傳播,與以對流散熱為主的散熱器系統相比,舒適性更好,腳暖頭涼的熱感覺更符合人體的生理學調節特點,且可以在比末端采用散熱器的系統低2~3攝氏度的情況下獲得同樣的舒適感,節省供熱能耗。夜間采暖負荷一般大于白天,但夜間卻無太陽輻射,具有蓄熱功能的地板采暖方式是非常適合的。因此,目前太陽能采暖系統普遍采用地板輻射散熱系統作為末端。
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