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清華紫光太陽(yáng)能供暖技術(shù)發(fā)展簡(jiǎn)析
 

太陽(yáng)能供暖技術(shù)發(fā)展簡(jiǎn)析

  [摘要]以節約能源、保護環(huán)境和可持續發(fā)展為理念的新能源革命正在全球興起,太陽(yáng)能是非常豐富的可再生能源,利用太陽(yáng)能供暖對于節能、環(huán)境保護有重要的意義,我國太陽(yáng)能資源豐富,太陽(yáng)能供暖技術(shù)有很好的發(fā)展前景。

  [關(guān)鍵詞]太陽(yáng)能 供暖 節能

  中圖分類(lèi)號:TK5 文獻標識碼:A文章編號:1671-7597 (2008) 0110006-01

  

  一、引言

  

  隨著(zhù)生活水平的不斷提高,人們對所居住、生活的環(huán)境要求也越來(lái)越高。但要創(chuàng )造舒適的環(huán)境,就要消耗能源。社會(huì )在發(fā)展的同時(shí),造成了不可再生資源的枯竭和生態(tài)環(huán)境的污染,資源短缺、環(huán)境污染是當今人類(lèi)社會(huì )所面臨的重要問(wèn)題,使世界面臨著(zhù)發(fā)展與環(huán)境之間越來(lái)越尖銳的矛盾。在這種背景下,以節約能源、保護環(huán)境和可持續發(fā)展為理念的新能源革命正在全球興起。

  

  二、太陽(yáng)能利用的研究

  

  太陽(yáng)能是非常豐富的可再生能源,尋求人類(lèi)社會(huì )持續發(fā)展的進(jìn)程中,利用太陽(yáng)能采暖日益受到世界各國的重視。

  近幾年,國內的一些專(zhuān)家和學(xué)者對太陽(yáng)能采暖進(jìn)行了大量的研究,比較有代表性的有,廣州大學(xué)建筑學(xué)院的裴清清對西北邊疆某哨所樓進(jìn)行了建筑熱工分析和計算,計算出圍護結構的得熱量和耗熱量,對平板型空氣集熱器,卵石床蓄熱器及其它系統設備進(jìn)行了設計與計算,簡(jiǎn)述了太陽(yáng)能供暖系統集熱、蓄熱、供暖的運行控制方法。中房集團新技術(shù)中心有限公司的齊政新和建筑標準設計研究所的李巖研究了輔助太陽(yáng)能的地板采暖的系統形式,對不同的系統形式作了分析,探討了設計中需注意的問(wèn)題。他們在論文中描述了間歇運行系統和強制循環(huán)的連續運行系統兩種系統,并分析了太陽(yáng)能用于采暖的條件和限制。上海理工大學(xué)的于國清等人,以一個(gè)100平米的房間為研究對象,采用10-15年內逐日氣象數據對太陽(yáng)能采暖系統進(jìn)行模擬,根據模擬的結果,分析其初投資,壽命周期內的總能耗、總運行費用,綜合熱價(jià)等指標。然后將其與燃氣鍋爐、燃煤鍋爐,電鍋爐采暖進(jìn)行比較,對比其初投資、運行費用,總能耗等指標。然后分析了不同的氣象條件、每日太陽(yáng)能負責的采暖小時(shí)數、集熱器價(jià)格等因索對系統經(jīng)濟性的影響。

  

  三、太陽(yáng)能供暖系統分類(lèi)

  

  利用太陽(yáng)能供暖的方式可以分為直接利用和間接利用兩種。直接利用又分為主動(dòng)式太陽(yáng)能供暖(active solar heating)和被動(dòng)式太陽(yáng)能供暖(passive solar heating),而間接利用是通過(guò)熱泵(heat pump)將低位熱能進(jìn)行有效的利用。

 ?。ㄒ唬┲鲃?dòng)式太陽(yáng)能供暖

  1.主動(dòng)式太陽(yáng)能采暖系統

  主動(dòng)式太陽(yáng)能供暖系統如圖2- 1所示。系統由太陽(yáng)能集熱器、供暖管道、散熱設備、貯熱設備和輔助熱源等組成。

  通過(guò)太陽(yáng)能集熱器1收集太陽(yáng)輻射能,使其中的熱媒被加熱,熱水沿供熱管道送往熱用戶(hù)的散熱設備4,散熱設備將熱量散給房間。太陽(yáng)能集熱器相當于常規采暖的熱源,當集熱器的集熱量不足時(shí),則由輔助熱源3進(jìn)行補充;當集熱器的集熱量超過(guò)用戶(hù)的需熱量時(shí),則將多余的熱量?jì)Υ嬖谫A熱器2中。

  

  由圖3-1可知,主動(dòng)式太陽(yáng)能供暖系統中實(shí)際上包括了兩套熱源系統,一套是太陽(yáng)能集熱系統,另一套是輔助熱源系統。因此,根據實(shí)踐及經(jīng)濟評價(jià)表明,如果利用龐大的太陽(yáng)能集熱器只進(jìn)行太陽(yáng)能供暖,由于采暖期較短(一般為3-5個(gè)月),所以每年設備的利用率低,因而投資的回收年限較長(cháng)。按目前我國燃料價(jià)格便宜、設各價(jià)格昂貴的情況,主動(dòng)式太陽(yáng)能供暖尚難以和常規的供暖方式相競爭。但是,如能進(jìn)行綜合利用,采取一定的措施,是會(huì )取得良好的效果的。

  2.被動(dòng)式太陽(yáng)能供暖

  被動(dòng)式太陽(yáng)能供暖的特點(diǎn)是不需要專(zhuān)門(mén)的太陽(yáng)能集熱器、熱交換器、水泵(風(fēng)機)等主動(dòng)式太陽(yáng)能供暖系統所必需的部件,而是通過(guò)建筑的朝向和周?chē)h(huán)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地收集、存儲和分配太陽(yáng)輻射能,因而建筑物室內可以維持一定的溫度,達到取暖的效果。將這種與建筑物相結合、利用太陽(yáng)輻射能供暖的建筑稱(chēng)為被動(dòng)式太陽(yáng)能采暖房(passive solar house,簡(jiǎn)稱(chēng)太陽(yáng)房)。由于它可以較一般節能建筑獲得更多的太陽(yáng)輻射熱,所以,它能夠進(jìn)一步節約建筑對常規能源的消耗。

 ?。ǘ┨?yáng)能熱泵

  將太陽(yáng)能作為蒸發(fā)器熱源的熱泵系統稱(chēng)為太陽(yáng)能熱泵系統,其工作原理如圖3-2所示:

  

  在蒸發(fā)器吸熱后其工質(zhì)的高溫低壓過(guò)熱氣體在壓縮機中經(jīng)過(guò)絕熱壓縮變?yōu)楦邷馗邏旱臍怏w,經(jīng)冷凝器定壓冷凝為低溫高壓的液體,放出工質(zhì)的氣化熱,與冷凝水進(jìn)行熱交換,使冷凝水被加熱為熱水,供用戶(hù)使用,同時(shí)液態(tài)工質(zhì)再經(jīng)過(guò)降壓閥絕熱節流后變?yōu)榈蜏氐蛪阂后w,并回到蒸發(fā)器定壓吸收熱源熱量, 蒸發(fā)變?yōu)檫^(guò)熱蒸汽,完成一個(gè)循環(huán)過(guò)程。

 ?。ㄈ┨?yáng)能供暖應用實(shí)例

  拉薩火車(chē)站太陽(yáng)能供暖系統實(shí)例:由建筑設計研究院承擔主體設計,總建筑面積 19504m2,2006年7月正式使用。室內以地板輻射采暖為主的方式,熱源采用太陽(yáng)能,集熱器布置在建筑的屋面上,大部分集熱器按照18度角度布置。按照典型設計日全天熱平衡的思路,在白天,利用太陽(yáng)能直接供熱,同時(shí)將白天多余的集熱量以熱水形式蓄存,用于不同時(shí)刻(如夜間)的供暖需要。本工程采用部分負荷水蓄熱方案。經(jīng)計算:典型設計日白天供熱量:14763kWh,蓄熱量為:4560kWh,在考慮蓄熱水溫差為5℃和15%的蓄熱損失的條件下,計算要求的蓄熱水箱體積約為:1000m3。集熱系統的水溫要求是:供水溫度:40℃,出水溫度50℃。

  

  四、結束語(yǔ)

  

   就太陽(yáng)能熱利用設備和技術(shù)本身而言,已經(jīng)趨于成熟并在不斷提高和改進(jìn)。由于太陽(yáng)能熱利用設備和技術(shù)應用存在無(wú)日照甚至是陰冷天氣時(shí)無(wú)法使用等弊端,不能滿(mǎn)足建筑連續供熱的需求,往往需要配備儲熱裝置和輔助熱源,增加了成本和系統的復雜程度,而且與建筑配合起來(lái)有一定的困難。

  現在有人提出太陽(yáng)能與風(fēng)力發(fā)電聯(lián)合供熱系統,在冬季,我國嚴寒地區、寒冷地區以及沿海地區的風(fēng)力資源相當豐富。如果在這些地區的建筑屋頂和外墻以及附近設置一定數量的風(fēng)力發(fā)電設備,就近直接連接電熱設備,或與太陽(yáng)能集熱設備有機結合組成聯(lián)合供熱系統,滿(mǎn)足建筑物供暖及熱水供應的需求,不僅有利于建筑節能,而且有利于環(huán)境保護。

 
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