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太阳能中高温技术之太阳能采暖


     太阳能采暖系统是以太阳能作为热源,供给建筑物冬季采暖和全年其他用热的系统。本文介绍了太阳能采暖系统国内应用外现状和主要设备的应用情况,指出了系统设计中存在的一些问题,提出了发展太阳能采暖系统的4大措施。 
 





     0 
前言 

   
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。在建筑能耗中,生活热水、供暖能耗占了相当一部分比例,利用太阳能满足生活热水、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。 

 
   1
太阳能采暖系统概况 

    1.1
太阳能采暖系统原理 

    太阳能采暖可分为主动式和被动式两种。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。 

    1.2 
国外太阳能采暖系统应用现状 

    欧洲、北美对太阳能供热(热水、采暖)系统的应用已有几十年历史,过去主要用于单体建筑内的小型系统,近十余年来,包括区域供热在内的大型太阳能供热采暖系统的应用取得较快发展。德国是应用太阳能供热技术较早的国家,太阳能采暖技术已经在德国居住区供热设置改造和配套建设中得到广泛推广和应用;欧洲大多数国家都积极鼓励支持利用太阳能,对安装太阳能装置的家庭实行补贴政策,一般补贴为系统造价的20%50%;以色列80%住宅装有太阳能热水器,政府以立法形式规定高度27米以下新建住宅必须安装太阳能热水器。丹麦marstal太阳能供热采暖工程是世界上太阳能供热采暖系统。 

     1.3 
国内太阳能采暖系统应用现状 

   
我国太阳能热利用产业发展迅猛,2012年太阳能热利用产业的总产量大约为6390万平方米,保有量达25770万平方米,我国已成为太阳能热利用生产和使用大国。虽然我国太阳能热水器应用已经相当广泛,但太阳能采暖工程应用还处于起步阶段。 

    2
太阳能采暖系统设备 

    2.1
太阳能集热器 

   
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。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。 

    2.2 
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。 

  
  2.3
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),而太阳能采暖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3555℃,正好是太阳能集热器所能提供的温度。地板采暖系统以整个地面作为散热面,热量主要以辐射方式传播,与以对流散热为主的散热器系统相比,舒适性更好,脚暖头凉的热感觉更符合人体的生理学调节特点,且可以在比末端采用散热器的系统低23℃的情况下获得同样的舒适感,节省供热能耗。夜间采暖负荷一般大于白天,但夜间却无太阳辐射,因此具有蓄热功能的地板采暖方式是非常适合的。 


 



 




    3发展太阳能采暖系统的措施 

    3.1
加强建筑节能 

   
建筑节能是实现太阳能采暖的先决条件,由于太阳能在单位面积上的能量密度较低,如果不通过加强围护结构保温等措施来有效降低建筑物的采暖负荷的话,太阳能采暖系统的集热面积将会很大,增加系统的初投资,使太阳能采暖系统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物的耗热量指标,减轻太阳能采暖系统所承担的负荷,形成太阳能供热采暖工程应用的有利条件。 

    3.2
提高太阳能集热系统的效率 

   
目前建设的太阳能采暖工程中,集热器、水箱等关键产品还有较大的改进空间,企业应加强研发力量,提高产品质量和工艺水平,开发安全、可靠、高效、稳定的新产品以不断提高太阳能集热系统的效率。房屋设计之初就同步进行太阳能采暖系统的设计,使设计更适合于太阳能设备或部件的应用。在不影响建筑物功能及美观度的条件下,达到太阳能集热性能的较佳。 

    3.3 
提高太阳能利用率 

   
太阳能采暖系统一定要提高太阳能利用率以缩短投资回收期。冬夏热量不平衡的问题可由太阳能制冷技术、跨季节蓄热技术和全年的综合利用来解决。 

    3.4
政府制定鼓励支持政策 

    太阳能采暖系统具有较高社会效益,但存在投资相对较高,投资回收期较长的缺点,对房地产开发商而言,如果开发成本的增加不能带动房屋销售的话,则开发商的积极性不高。因此,政府应积极建设试点工程,针对生产厂商、房地产开发商、终端用户制定更完善、合理的鼓励和支持政策,积极推广试点工程经验,提高系统整体技术水平,促进太阳能采暖行业及市场的良性发展。 

    4 
结语 

   
近几年随着我国经济的快速发展和对环境保护的重视,在建设节约型社会方针提出后,国家层面及人们的环保意识日益增强,太阳能采暖作为一种较为简单、经济、环保、可靠的改善建筑环境的方法,是一种很适合我国目前经济和环境状况的采暖及供热方式,在我国将得到大力的推广和广泛的使用。 


太阳能中高温技术之太阳能采暖 2017/6/6 本文被阅读 426 次
 
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