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太陽能采暖昨天·今天·明天


隨著我國經濟高速的發展,人民的生活水平的不斷提高,環境污染問題日益重視及能源的需求量日益增加,在化石能源枯竭的潛在威脅下,在常規能源對環境造成不利影響下。太陽能作為一種清潔、環保的可再生能源,是未來能源結構中的重要組成部分,與常規能源相比,太陽能有著不可比擬的優越性。我國是太陽能資源相當豐富的國家,平均日輻射量在4kW/m2以上。年日照時數在2000h以上。太陽能即是近期急需的能源之一,又是未來能源發展的基礎。利用太陽能為建筑供熱采暖具有巨大的節能效益和環境效益。因此,太陽能采暖技術一直受到世界各國人們的重視。

1太陽能采暖系統概況及國內外應用現狀

1.1太陽能采暖系統原理

太陽能采暖是指通過集熱器將清潔、無污染的太陽能加以吸收,將太陽能轉換成熱能,將所得的熱量通過傳熱工質傳遞,供給建筑物冬季采暖和其他用熱系統。太陽能采暖系統主要組成部分有太陽能集熱系統、控制系統、末端供暖系統、蓄熱系統、連接管道、泵或風機以及其他輔助熱源等。太陽能采暖系統主要分為主動式和被動式兩種形式,被動式太陽能采暖是通過建筑朝向和周圍環境的合理布置,以及建筑材料和結構的恰當選擇,建筑物在冬季能夠充分吸收和貯存太陽輻射能,達到采暖的目的。

被動式太陽能采暖系統熱量變化波動大,換熱效率低,保溫效果較差,但結構簡單、廉價、易于 管理。主動式太陽能采暖系統是指將傳熱工質(水或空氣)通過太陽能集熱器輸送到蓄熱器或采暖房內。與被動式太陽能采暖相比,熱量變化波動小,換熱效率高,保溫效果好,但基建投資大,系統復雜,管理困難。隨著社會的發展和科技的進步,主動式太陽能采暖被廣泛的推廣應用。

1.2國外應用現狀

國外學者對太陽能采暖的研究比較早,早在20世紀50年代,美國麻省理工就已經成功舉辦了太陽能采暖的學術研討會。1945年發明的平板式集熱器和1975年發明的全玻璃真空管集熱器對太陽能采暖領域起到促進作用。從此利用集熱器給建筑供暖開始走向實際應用。20世紀80年代,法國推出一種“直接太陽能地板”系統。隨后其他各國也設計了各種形式的太陽能采暖組合系統。德國是較早利用太陽能采暖技術的國家,太陽能采暖技術在供熱領域和配套建設得到廣泛的應用。

1.3國內應用現狀

我國太陽能在建筑中的應用開始于20世紀70年代末,太陽能利用主要體現在太陽能熱水器的的使用,太陽能熱水器應用在我國是最廣泛、發展最迅速的領域。我太陽能采暖技術起步較晚,目前仍處于起步階段,大部分采暖還主要依靠常規能源。隨著我國太陽能與建筑設計結合的推進,目前有北京清華陽光公司辦公樓、天普新能源示范大樓等太陽能采暖試驗點,太陽能區域采暖還沒有應用到實際中。近年來,在我國政府的扶持下,太陽能采暖在建筑中的應用比較廣泛。但由于太陽能采暖系統的集熱面積要求比較大,安裝條件不足,限制了太陽能采暖系統的應用。

2太陽能采暖系統設備

2.1集熱器

太陽能集熱器是太陽能采暖系統的核心部件,常見的集熱器有平板型集熱器和真空管集熱器。應用最多、最廣泛的是平板型太陽能熱水器。平板型集熱器結構簡單,不需要跟蹤,成本較低,抗壓,可以同時接收直射輻射和散射輻射,安裝運行方面更適合與建筑結合。雖然真空管集熱器的集熱效果及保溫效果要比平板型集熱器好,但是真空管集熱器價格高。易爆管,冬季易凍裂等問題。在夏季,過剩的熱量無法儲存,造成浪費。而平板型集熱器則不會出現以上問題。

2.2輔助熱源

太陽能采暖唯一的缺點就是受地區、季節、晝夜以及陰雨天等這些自然因素的影響,存在較大的不穩定性。所以說在太陽能采暖建筑中,必須借助輔助熱源,保證太陽能采暖的穩定、連續的供應。輔助熱源的選擇是根據當地的太陽能資源以及太陽能采暖系統的工況選擇的,要對當地的建筑熱負荷及其環境等因素做綜合性的分析來確定合適的輔助熱源的。一般的輔助熱源有鍋爐、熱泵、電熱管、生物質鍋爐及地源熱泵等。

2.3采暖末端

由于太陽能熱密度低,集熱溫度不是很高,達不到普通散熱器的溫度要求。因此,在太陽能采暖系統中,地板輻射采暖作為末端太陽能采暖系統最好的方式之一。太陽能集熱器所釋放的溫度正好適合地板采暖所需要的溫度。從生理學上考慮,梯度散熱的地板采暖更適合人體生理的舒適感。在夜間室內需要的熱量大,但是夜間無太陽輻射,所以地板采暖最適合作為采暖末端了。目前,地板采暖在太陽能采暖系統中應用的更為普遍。

3太陽能采暖系統存在的問題

通過對國內外研究現狀分析以及對一些工程實例的 研究表明,太陽能采暖系統存在很多問題,主要有以下幾點:

3.1設計資料不完善

太陽能采暖系統設計沒有相應的設計技術指南和設計手冊,也沒有成熟的設計方法和軟件。設計出來的采暖系統都是根據各設計師的經驗及當地情況進行設計,所以出現的設計參數有很大的差異性。

3.2冬夏熱量平衡問題

熱量不平衡問題是太陽能采暖系統發展中重要的技術問題,夏季產生的熱量要遠遠多于冬季產生的熱量,而夏季還不需要采暖,造成很大的浪費。同時,還存在熱量過大產生安全隱患等一系列問題,所以不得不采取遮擋等辦法來阻礙太陽能采暖系統的得熱量。因此,解決熱量不平衡問題是目前的重要任務之一。

3.3太陽能采暖系統管理問題

太陽能采暖系統夏季仿制過熱產生,冬季還得考慮系統防凍問題,以及管路的保溫和散熱等問題。

3.4太陽能與建筑一體化問題

從國內研究現狀及一些工程實例中發現,太陽能采暖需要的集熱面積遠遠大于采暖面積,所以導致采暖系統與建筑出現很大的結合問題。例如,我國太陽能熱水器的安裝是在購買房屋之后,這種安裝方式給建筑物和房屋帶來一定的破壞性,尤其是建筑的外觀。目前有很多城市禁止在房屋上安裝太陽能熱水器的措施。嚴重阻礙了太陽能熱水器的發展和使用。

4發展太陽能采暖系統的措施

4.1加強建筑節能

單位面積的太陽能能量密度低,如果建筑物的外圍結構保溫性不好及采暖負荷低,那就得增加太陽能集熱板的采暖面積。提高了初次投資的成本,也談不上太陽能采暖系統具有節能效益了。

4.2提高太陽能利用率和太陽能采暖系統的效率

由于冬夏熱量不平衡等問題,自然環境造成的熱量不均等問題,都導致太陽能利用率低。所以應該降低采暖系統的太陽能保證率,合理設計太陽能集采暖系統的采暖面積,使采暖面積遠遠大于建筑面積。對于太陽能采暖系統的效率,應該提高太陽能集熱板的集熱效率,設計新型高效的太陽能集熱板。并將太陽能采暖系統與建筑同步建設,這樣可以是太陽能采暖系統與建筑物更好的結合。達到最佳的集熱效率。

4.3規范太陽能采暖工程設計、施工手冊

目前我國出版了國家標準GB503464《民用建筑太陽能熱水系統應用技術規范》和《民用建筑太陽能熱水系統工程技術手冊》。這些規范還不夠完善。相對于國外來說,我國應該出版相關的標準、規范和設計手冊來供給設計師參考。為太陽能采暖系統的設計提供重要的參考依據。

4.4政府扶持

太陽能采暖系統具有良好的節能效益和社會效益,但其缺點是初次投資高,投資回收期長。因此,房地產開發商對此興趣不高。政府應該大力支持和鼓勵開發商建設試點工程,政府出臺相應的優惠政策,更好的促進太陽能采暖的快速發展。

5總結

通過對太陽采暖系統的分析,太陽能采暖系統仍存 在很多難以解決的問題,但從總體來說,太陽能采暖是未來采暖產業發展方向。隨著國家的鼓勵和扶持,太陽能采暖技術將有著廣泛的應用前景。

專業研究、設計、生產各種太陽能平板集熱器(銅鋁復合平板集熱器、陽臺壁掛太陽能熱水器、藍膜平板太陽能集熱器、黑鉻平板太陽能集熱器、各式平板太陽能熱水器和熱水器
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