三類太陽能供暖系統(tǒng)淺析
文章來源:未知時(shí)間:2022-01-25
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原標(biāo)題：三類太陽能供暖系統(tǒng)淺析
一個(gè)健康舒適的居住環(huán)境，離不開各種機(jī)電設(shè)備技術(shù)，正是這些創(chuàng)新的空調(diào)技術(shù)為我們提供溫度舒適、濕度合理、空氣健康的居住環(huán)境。
一、太陽能地板采暖
太陽是一個(gè)巨大的熾熱球體，中心區(qū)域溫度達(dá)幾千度，表面平均溫度約6000K，它以電磁波的形式向宇宙空間輻射能量。我國(guó)陸地表面每年接受太陽輻射能相當(dāng)于49000億噸標(biāo)準(zhǔn)煤，約等于上萬個(gè)三峽工程發(fā)電量的總和。由于太陽本身的特征以及它與地球之間的空間關(guān)系，使得地球大氣層外與太陽光線垂直面上的輻射強(qiáng)度乎是一個(gè)定值，但由于地球的自轉(zhuǎn)和公轉(zhuǎn)以及地軸與公轉(zhuǎn)軌道平面有23°27’的固定傾角，因此地球表面出現(xiàn)了晝夜交替、季節(jié)變換和雨雪陰睛，使某一點(diǎn)的太陽能量成為一個(gè)變化的和間斷性的數(shù)值。但全國(guó)三分之二的國(guó)土面積每年日照在2200小時(shí)以上，年太陽輻射量超過5000兆焦/平方米。
我們主張最好用太陽能地板采暖系統(tǒng)進(jìn)行采暖。目前我國(guó)太陽能熱水器的生產(chǎn)量和保有量均居世界第一，其太陽能真空集熱管技術(shù)已達(dá)到世界先進(jìn)水平，而成本卻相對(duì)較低。利用太陽能將水加熱到六、七十度，其效率很高，而地板采暖，水溫在四、五十度就可以達(dá)到人們所需要的舒適度。對(duì)于普通的民用住宅，采用地板采暖比采用對(duì)流采暖節(jié)省約20%的能源。另外地板采暖還有如下的優(yōu)點(diǎn)：垂直溫度場(chǎng)分布比較均勻；在室溫相同的條件下，距地面0.05～0.15m高度的溫度，較對(duì)流供暖方式約高8～10℃，對(duì)人體生理有益(即腳暖全身皆暖)與對(duì)流供暖方式相比，空氣對(duì)流減弱，有較好的空氣潔凈度:房間熱慣性較好;平均輻射溫度適當(dāng)，可減少人體輻射散熱;熱源選擇寬闊、靈活，在能提供40℃以上熱水的地方即可應(yīng)用;有利于建筑裝飾，不占使用面積；有利于實(shí)施分戶熱計(jì)量；減少樓層噪音;使用年限長(zhǎng)，維護(hù)少。
我們假設(shè)在12月份將水由20℃加熱到50℃，則:
每天每平方米總的熱量:1764000卡=1764千卡;
每公斤的水由20℃加熱到50℃所需要的熱量:
(50-20)℃×1000卡/℃=30000卡=30(千卡)
每天每平方米集熱管可以產(chǎn)生的熱水量為(溫差為30℃):
1764÷30=58.8kg
因此，只要利用合理，設(shè)計(jì)得當(dāng)，太陽能量是完全可以滿足日常的采暖需求的。根據(jù)我們的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，太陽能集熱面積與地板采暖的供熱面積比例可以達(dá)到1:5左右。一旦出現(xiàn)連續(xù)的陰天，可以自動(dòng)使用輔助能源，達(dá)到全自動(dòng)不間斷地板采暖。太陽能采暖系統(tǒng)是利用太陽能轉(zhuǎn)化為熱能，通過太陽能平板集熱設(shè)備采集太陽光的熱量，通過熱導(dǎo)循環(huán)將熱量導(dǎo)入至儲(chǔ)能罐，在通過散熱末端將熱量導(dǎo)入室內(nèi)，通過電子控制儀器控制室內(nèi)水溫。
太陽能采暖系統(tǒng)由太陽能集熱部分、熱能儲(chǔ)存系統(tǒng)、輔助供暖系統(tǒng)及生活熱水末端系統(tǒng)和供暖末端系統(tǒng)供應(yīng)等幾部分組成。
1>太陽能集熱器：太陽能集熱器是整個(gè)裝置中的關(guān)鍵部件，主要起到采集太陽能量，對(duì)儲(chǔ)熱水箱的水進(jìn)行加熱的目的。在太陽能采暖熱水系統(tǒng)裝置中，一般選擇集熱器的類型為平板式，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用壽命長(zhǎng)、承壓性高、維修率低、與建筑物易結(jié)合等優(yōu)點(diǎn)。
2>太陽能儲(chǔ)熱水箱：水箱保溫材料采用聚氨酯發(fā)泡。
3>輔助供暖：輔助能源系統(tǒng)是太陽能集熱系統(tǒng)的補(bǔ)充與備用。當(dāng)太陽能系統(tǒng)無法滿足供熱需求時(shí)，啟動(dòng)輔助能源加熱儲(chǔ)熱水箱中的水，達(dá)到設(shè)定溫度即停止。
4>太陽能供暖末端：是太陽能綜合能源系統(tǒng)中的建筑供熱設(shè)備，目前與太陽能熱源匹配效果最好的供暖末端設(shè)備為地暖熱水盤管或風(fēng)機(jī)盤管。
二、全自動(dòng)太陽能地板采暖系統(tǒng)
全自動(dòng)太陽能地板采暖系統(tǒng)由真空管太陽集熱器、熱水儲(chǔ)罐、輔助能源和地板采暖四部分組成。
要求整個(gè)系統(tǒng)的輸水管道必須采用帶有阻氧層的塑料管材。目前在國(guó)內(nèi)，絕大部分的地板采暖系統(tǒng)和暖氣片連接用管都沒有使用阻氧管，這給今后的使用留下了隱患。因?yàn)樗芰瞎懿暮徒饘俟懿南啾扔幸粋€(gè)很大的特點(diǎn)，分子間結(jié)構(gòu)非常大，屬于高聚合物，氧分子可以通過這個(gè)縫隙穿入到水體當(dāng)中去。如果是普通的塑料管材，不加阻氧層，氧的透入量是100%(相當(dāng)于每2天給整個(gè)系統(tǒng)換一次新水)，如果要給它加了阻氧層之后，他的氧透入率減少了99.6%(相當(dāng)于每125天給整個(gè)系統(tǒng)換一次新水)，有氧存在會(huì)對(duì)水體產(chǎn)生什么樣的危害呢?主要有兩條，一個(gè)是對(duì)于有鋼存在的，即系統(tǒng)里面有鋼質(zhì)產(chǎn)品存在的時(shí)候產(chǎn)生腐蝕，從而影響整個(gè)系統(tǒng)的壽命；另外一個(gè)就是水體里面，如果有氧氣存在的時(shí)候，容易有水藻的滋生，水處理的再干凈，也是含有大腸桿菌之類的微生物，在有氧的情況下會(huì)不斷的繁殖，作為地板采暖的管道，十年可能只附著了一層綠蘚，但50年的使用時(shí)間里面，這個(gè)膜很容易把管道堵塞掉，最直接的就是影響到它導(dǎo)熱的效能。在德國(guó)和歐洲一些國(guó)家，已經(jīng)開始強(qiáng)制執(zhí)行采暖管材一定要有阻氧層，我們國(guó)家的地板采暖的規(guī)范里而也提到了建議，是建議但沒有強(qiáng)制執(zhí)行，因?yàn)楝F(xiàn)在因內(nèi)生產(chǎn)的管材幾乎是不帶阻氧層的。規(guī)范里面建議要求使用阻氧層的管材，或者是水體里面增加阻氧劑。
真空管太陽集熱器和熱水儲(chǔ)罐組成一個(gè)獨(dú)立的回路，該回路由一個(gè)具有兩個(gè)溫控回路Wl、W2的溫度控制柜控制。Wl測(cè)量真空管太陽集熱器水箱的溫度，W2測(cè)量熱水儲(chǔ)罐的水溫，要求當(dāng)Wl大于60℃(溫度可以由用戶設(shè)置，下同)時(shí)，打開電磁閥1，延時(shí)數(shù)秒啟動(dòng)熱水泵，當(dāng)Wl=W2時(shí)，關(guān)閉電磁閥1和熱水泵。當(dāng)W2大丁45℃，要求(Wl-W2大于20℃才能打開電磁閥1和熱水泵;當(dāng)Wl=W2時(shí)，關(guān)閉電磁閥1和熱水泵。當(dāng)W1=5℃時(shí)，打開電磁閥2，將集熱器的水放掉。
輔助能源、熱水儲(chǔ)罐和地板采暖形成一個(gè)獨(dú)立的回路。輔助能源可以是燃?xì)鉅t、電加熱器、熱泵等，自帶一個(gè)熱水泵，并且具有兩個(gè)溫控回路Fl和F2。Fl測(cè)量進(jìn)水口的溫度，要求當(dāng)水溫低于40℃時(shí)，啟動(dòng)輔助能源，如點(diǎn)火、通電等:當(dāng)水溫高于40℃時(shí)，關(guān)閉輔助能源。F2測(cè)量地板采暖的室內(nèi)溫度，要求當(dāng)室內(nèi)溫度高于22℃時(shí)，停止熱水泵的運(yùn)轉(zhuǎn)，低于18℃時(shí)，啟動(dòng)熱水泵，使地暖系統(tǒng)循環(huán)。
熱水儲(chǔ)罐要求具有高的保溫性能，對(duì)所有進(jìn)出管道的節(jié)點(diǎn)也要做到非常好的保溫措施。溢水管采用單向閥，當(dāng)儲(chǔ)罐內(nèi)壓力升高，向外排水或排氣，反之，壓力降低到負(fù)壓時(shí)，不得回吸外界空氣;補(bǔ)水排污管也為單向閥，要求儲(chǔ)罐內(nèi)壓力為負(fù)壓時(shí)，自動(dòng)補(bǔ)充經(jīng)過處理過的低氧含量的水。
地板采暖系統(tǒng)可根據(jù)采暖面積的大小，決定使用分水器的類型和數(shù)量。同時(shí)要求采用地板采暖的建筑物其保溫性能越高越好。
三、簡(jiǎn)易型太陽能采暖系統(tǒng)
運(yùn)用這個(gè)系統(tǒng)，我們可以對(duì)現(xiàn)有的非集中供暖的住宅進(jìn)行改型。對(duì)于城鎮(zhèn)中住小區(qū)的家庭，有的是地板采暖，有的是暖氣片采暖，不管是什么樣的采暖方式，都會(huì)有帶一個(gè)溫控回路的燃?xì)鉅t作為采暖的能量源。只要在燃?xì)鉅t的進(jìn)水口前串聯(lián)一個(gè)小型的熱水儲(chǔ)罐，同時(shí)該儲(chǔ)罐與室外的真空管太陽集熱器形成一個(gè)簡(jiǎn)易的定溫放水的回路即可達(dá)到太陽能采暖的目的。
對(duì)于廣大的農(nóng)村家庭，可以更加簡(jiǎn)單地運(yùn)用這套系統(tǒng)。輔助熱源可以使用家里做飯用的煤爐，每日三餐和燒水時(shí)補(bǔ)充一下熱量，一個(gè)采用定溫放水的8平方米左右的真空太陽能集熱器完全可以滿足一家日常的采暖需求。使用3～4年即可收回所有投資。
太陽能蓄能采暖介紹
太陽能蓄能采暖分為當(dāng)天蓄能采暖、周蓄能采暖、跨季蓄能采暖
a.當(dāng)天蓄能采暖
當(dāng)天蓄能采暖指利用太陽能集熱器將當(dāng)天的熱能收集到水箱內(nèi)儲(chǔ)存起來，滿足建筑末端的供熱需求。
b.周蓄能采暖
周蓄能采暖指利用太陽能集熱器將一周的熱能收集到水箱內(nèi)儲(chǔ)存起來，滿足建筑末端的供熱需求。集熱器的面積確定按照一周的太陽能輻照量計(jì)算，水箱的容量要稍大于當(dāng)天蓄能采暖系統(tǒng)的水箱。適合不常居住的度假別墅。
c.跨季蓄能采暖
跨季蓄能采暖指利用太陽能集熱器將春、夏、秋三個(gè)季節(jié)的熱能收集到水箱內(nèi)儲(chǔ)存起來，滿足建筑末端的供熱需求。集熱器的面積確定按照三個(gè)季節(jié)的太陽能輻照量計(jì)算，水箱的容量約大于10倍數(shù)當(dāng)天蓄能采暖系統(tǒng)的水箱。適合無足夠面積可供太陽能集熱器擺放的別墅。
輔助能源的選擇
輔助能源的介紹：燃油鍋爐、燃?xì)鉅t、生物質(zhì)鍋爐、燃煤鍋爐、電加熱、（水箱內(nèi)置電加熱或外置電加熱器）、熱泵。
燃煤鍋爐啟停時(shí)間長(zhǎng)，出力調(diào)整叫困難，較難實(shí)現(xiàn)自控或無人職守，有環(huán)境污染問題；
燃油、燃?xì)忮仩t控制方便，便于調(diào)節(jié)，可方便實(shí)現(xiàn)自控運(yùn)行，但設(shè)備間需要滿足消防要求；
熱泵使用費(fèi)用低，控制方便，但設(shè)備初投資高，此外北方地區(qū)采用空氣源熱泵在冬季使用能效比很低；
電加熱設(shè)備易安裝，控制方便，是太陽能熱水系統(tǒng)最常用的輔助熱源，但運(yùn)行費(fèi)用較高，有時(shí)因需電力增容大大提高系統(tǒng)投資。
在選擇輔助熱源是，要綜合考慮各項(xiàng)因素。
太陽能采暖系統(tǒng)輔材的選擇
1.管路
太陽能采暖系統(tǒng)采用的管材和管件應(yīng)符合現(xiàn)行產(chǎn)品要求，管道的工作壓力和工作溫度不得大于產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)定的允許工作壓力和工作溫度。
太陽能集熱系統(tǒng)管道可采用鋼管、薄壁不銹鋼、塑鋼熱水管、塑料與金屬?gòu)?fù)合管等。以乙二醇為主要成分的防凍液系統(tǒng)不宜采用鍍鋅鋼管。
熱水管道應(yīng)選用耐腐蝕并符合衛(wèi)生要求的管道，一般可采用薄壁銅管、薄壁不銹鋼、塑料熱水管、塑料與金屬?gòu)?fù)合管等。
設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)在系統(tǒng)管路必要位置設(shè)置排氣裝置、泄水裝置、溫度計(jì)、壓力表、安全閥、膨脹水箱等輔助設(shè)備。閉式系統(tǒng)應(yīng)設(shè)置膨脹罐或泄壓閥。
2.管路保溫
太陽能熱水系統(tǒng)的集熱系統(tǒng)連接管道、水箱、供水管道均應(yīng)保溫。常用的保溫材料有巖棉、玻璃棉、聚氨酯發(fā)泡、橡塑泡棉等材料。
管道保溫材料選用是有以下要求：
1）.保溫材料制品的允許使用溫度應(yīng)高于太陽能系統(tǒng)工作的介質(zhì)最高溫度。
2）.保溫材料不宜采用有機(jī)物，以免生蟲。腐爛、生菌、引鼠。
3）.宜采用吸濕性小、存水性弱、對(duì)管壁無腐蝕作用的材料；室外管道保溫層外應(yīng)加保護(hù)層防水。
4）.保溫材料應(yīng)采用非燃和難燃材料。應(yīng)符合GB50016《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》的要求；電加熱器的保溫必須采用非燃材料。
3.太陽能系統(tǒng)效率與集熱器種類和工質(zhì)的工作溫度密切相關(guān)，太陽能供熱采暖系統(tǒng)的散熱部件按以下原則選用：
1）.太陽能供熱采暖系統(tǒng)應(yīng)優(yōu)先選用低溫輻射供暖系統(tǒng)。
2）.水-空氣處理設(shè)備和散熱器系統(tǒng)宜使用在60-80℃工作溫度下效率較高的太陽能集熱器，如高效平板太陽能集熱器或熱管真空管太陽能集熱器。該系統(tǒng)適合夏熱冬冷或溫和地區(qū)。
3）.熱風(fēng)采暖系統(tǒng)適宜低層建筑或局部場(chǎng)所需要供暖的場(chǎng)合。
4.低溫輻射供暖系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要點(diǎn)
太陽能采暖系統(tǒng)較適宜低溫輻射供熱。供水溫度不宜超過60℃，供回水溫差10℃左右為宜，太陽能供熱采暖系統(tǒng)供水溫度宜采用35-50℃；供熱系統(tǒng)的工作壓力不得超過0.8Mpa。
地面構(gòu)造
地面構(gòu)造由樓板或與土壤相鄰的地面、絕熱層、加熱管、填充層、找平層和面層組成。與土壤相鄰的地面，必須設(shè)絕緣熱層，且絕緣熱層下部必須設(shè)置防潮層。直接與室外空氣相鄰的樓板，必須設(shè)置絕緣層。對(duì)衛(wèi)生間、洗衣間、浴室和游泳館等潮濕房間，在填充層上部應(yīng)設(shè)置隔離層。當(dāng)工程允許地面按雙向散熱進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，個(gè)樓層間的樓板上部可不設(shè)絕緣層。
面層宜采用熱阻小于0.05㎡.℃/W的材料?；◢徥?、大理石、陶瓷磚等的熱阻為0.02㎡.℃/W，木地板的熱阻為0.10㎡.℃/W，毛毯的熱阻為0.15㎡.℃/W。
絕熱層采用聚笨乙烯泡沫塑料板，容重不小于20kg/m,壓縮強(qiáng)度不小于100kPa,熱導(dǎo)率不大于0.41w(m.℃).絕熱層厚度應(yīng)滿足：樓層之間樓板上的絕熱層不小于20mm，與土壤或室外空氣相鄰的地板上的絕熱層不小于40mm。
在與內(nèi)外墻、柱及過門等垂直部件交接處應(yīng)敷設(shè)不間斷的伸縮縫，伸縮縫寬度不應(yīng)小于20mm，伸縮縫宜采用聚苯乙烯或高發(fā)泡聚乙烯泡沫塑料；當(dāng)?shù)孛婷娣e超過30㎡或邊長(zhǎng)超過6m時(shí)，應(yīng)設(shè)置伸縮縫，伸縮縫寬度不宜小于8mm，伸縮縫宜采用高發(fā)泡聚乙烯泡沫塑料或內(nèi)滿填彈性膨脹膏。
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