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北京北方賽爾太陽能工程技術(shù)有限公司 袁新毓
摘要:本文簡(jiǎn)要介紹了太陽能技術(shù)的發(fā)展,并通過對(duì)太陽能地板采暖系統(tǒng)的工作原理及效益分析,指出太陽能地板采暖將是北京地區(qū)最節(jié)能,、環(huán)保的采暖方式之一。
關(guān)鍵詞:太陽能技術(shù) 地板輻射采暖 效益分析 0引言 隨著社會(huì)進(jìn)步和經(jīng)濟(jì)發(fā)展,，全球礦物能源的消費(fèi)量越來越大,，而全球礦物能源貯量卻十分有限。能源的日益匱乏,，環(huán)保要求的日益提高,，我國(guó)越來越多的城市開始限制燃煤采暖，采用何種清潔,、節(jié)能的采暖系統(tǒng)來代替現(xiàn)有的采暖方式,，引起人們的廣泛的關(guān)注。同時(shí)隨著人們生活水平的逐步提高,，人們對(duì)室內(nèi)環(huán)境品質(zhì)的要求也越來越高,，其中包括對(duì)采暖舒適性的要求，太陽能低溫?zé)崴匕遢椛洳膳鳛榻陙硇屡d的一種采暖方式,，以其舒適,、衛(wèi)生、節(jié)能,、環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)倍受人們關(guān)注,。 1太陽能技術(shù)發(fā)展概況 太陽能作為一種免費(fèi),、清潔、無污染的能源,，以節(jié)能和環(huán)保的突出特點(diǎn),，在建筑中的利用越來越普遍。人類對(duì)太陽能的利用已經(jīng)經(jīng)歷了百年的歷程,，我國(guó)太陽能熱利用起源于20世紀(jì)70年代,。20世紀(jì)80年代，由于能源緊張引起國(guó)家和社會(huì)的重視,，國(guó)內(nèi)許多科研院所,、大專院校開始從事太陽能利用的研究工作，其中太陽能的光熱利用已取得顯著成果并轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力,。我國(guó)有較豐富的太陽能資源,。其太陽輻射資源區(qū)劃分為四個(gè)資源帶：一類為資源豐富地區(qū)（年輻射總量≥6700MJ/m2）；二類為資源較豐富地區(qū)（年輻射總量＝5400-7000MJ/m2）,；三類為資源一般地區(qū)（年輻射總量＝4000-5400 MJ/m2）和四類為貧乏地區(qū)﹙年輻射總量＜4200MJ/m2﹚,。年太陽輻照時(shí)數(shù)超過2200小時(shí)的太陽能利用條件較好的地區(qū)占國(guó)土的2/3。其中北京地區(qū)屬于二類資源地區(qū),，具有利用太陽能的良好條件,。 2太陽能地板采暖系統(tǒng)的組成及工作原理 2.1太陽能地板采暖系統(tǒng)的組成 2.1.1太陽能集熱系統(tǒng) 太陽能集熱系統(tǒng)主要由太陽能集熱器、貯熱水箱,、控制器,、系統(tǒng)管道等組成。 太陽能集熱器用來將太陽能源轉(zhuǎn)換為熱能以加熱液體的設(shè)備,，目前國(guó)內(nèi)使用的太陽能集熱器類型主要有平板型太陽能集熱器,、真空管太陽能集熱器、熱管真空管太陽能集熱器,、U形管真空管太陽能集熱器,。平板型太陽能集熱器保溫性能不如真空管太陽能集熱器，適合在春,、夏,、秋三季使用；真空管集熱器在-25℃的低溫條件下,，仍可產(chǎn)生熱水,，可一年四季使用，冬季利用太陽能的效率最高,，但存在炸管泄漏問題,；熱管集熱器可在零下50℃條件下使用，但熱管冷凝端（加熱端）表面積僅是真空管的百分之一,，易結(jié)水垢,，換熱效果不如真空管,，且使用效果直接受到熱管本身質(zhì)量和壽命的影響，部分熱管出現(xiàn)質(zhì)量下降和衰減問題,，不容易被發(fā)現(xiàn),，且成本高；U形管真空管太陽能集熱器是在真空管的內(nèi)壁插入了一根U形的銅管,，利用傳熱介質(zhì)在U形銅管內(nèi)流動(dòng)將真空管吸收太陽能熱能帶走，因而可封閉帶壓循環(huán),，不存在炸管泄漏問題,，但由于U形管怕凍，因此必須采用防凍液介質(zhì)循環(huán),，成本相對(duì)也高,。 綜上所述，不同類型的產(chǎn)品各有其優(yōu)缺點(diǎn),。隨著技術(shù)的進(jìn)步和產(chǎn)品的不斷完善,，實(shí)際選擇產(chǎn)品時(shí)需綜合考慮。筆者認(rèn)為：選擇全玻璃真空管太陽能集熱器比較合適,，熱效率高,，經(jīng)濟(jì)實(shí)用，是目前國(guó)內(nèi)市場(chǎng)（包括北京）普遍使用的產(chǎn)品,。 貯熱水箱是用來儲(chǔ)存太陽能集熱器產(chǎn)生的熱水設(shè)備,，控制器是用來控制太陽能集熱系統(tǒng)自動(dòng)運(yùn)行的控制裝置。系統(tǒng)管路是用來連接太陽能集熱器和儲(chǔ)熱水箱為一系統(tǒng)的部件,。 2.1.2輔助熱源 由于太陽能源的不穩(wěn)定,、不連續(xù)性，為了保證太陽能地板采暖系統(tǒng)可以全天候發(fā)揮采暖的功能,，采用輔助熱源是必不可少的,，由于電加熱管無污染、體積小,，可以直接安裝在儲(chǔ)熱水箱中,，具有安裝方便，不占用設(shè)備間的空間,；全部自動(dòng)化運(yùn)行,，不需專人看管，系統(tǒng)運(yùn)行維護(hù)方便,；可以利用低谷電,，節(jié)省運(yùn)行費(fèi)用。推薦選用電加熱管作為輔助熱源,。 2.1.3地板輻射采暖末端 地板輻射采暖是將低溫?zé)崴?0～50℃）通入被埋置于房間構(gòu)造層中的加熱盤管（地暖專用塑料管或銅管）,，經(jīng)過構(gòu)造層的熱量傳遞,，使地面達(dá)到一定的溫度，靠地面和圍護(hù)結(jié)構(gòu),、家具,、人體等之間的輻射換熱來維持房間需要的溫度，達(dá)到采暖的目的,。所以,，在達(dá)到人體同等舒適的條件下，室內(nèi)計(jì)算溫度的取值應(yīng)比常規(guī)散熱器對(duì)流取暖時(shí)降低2℃,，或取常規(guī)對(duì)流供暖熱負(fù)荷的90%～95%,，因此它是一種有效的節(jié)能采暖裝置。 2.2太陽能地板采暖系統(tǒng)的工作原理 太陽能地板輻射采暖系統(tǒng)可采用圖1所示的形式：  典型的太陽能地板輻射采暖系統(tǒng)由太陽能集熱器,，控制器,，循環(huán)泵，儲(chǔ)熱水箱,，輔助熱源,，系統(tǒng)管路，溫度計(jì),，地暖盤管等組成,。 當(dāng)T1-T2＞10℃時(shí)，控制器就啟動(dòng)循環(huán)泵P1,，水進(jìn)入太陽能集熱器進(jìn)行加熱,，并將太陽能集熱器的熱水壓入儲(chǔ)熱水箱，儲(chǔ)熱水箱上部溫度高,，下部溫度低,，下部冷水再進(jìn)入太陽能集熱器加熱，構(gòu)成一個(gè)循環(huán),。當(dāng)T1-T2<5℃,，循環(huán)泵P1停止工作。當(dāng)房間溫度T3〈18℃時(shí),，控制器就啟動(dòng)循環(huán)泵P2進(jìn)行采暖循環(huán),。和其它太陽能的利用一樣，太陽能集熱器的熱量輸出是隨時(shí)間變化的,，它受氣候變化周期的影響,，所以，系統(tǒng)中有一個(gè)輔助熱源—電加熱管,?？刂破麟S時(shí)檢測(cè)儲(chǔ)熱水箱溫度，只要T2〈30-40℃，電加熱管就自動(dòng)工作,。當(dāng)T2〉40-50℃時(shí),，電加熱管停止工作。 3太陽能地板采暖系統(tǒng)效益分析 3.1節(jié)能效益 在北京地區(qū)根據(jù)測(cè)試,，真空管集熱器冬季日平均效率在50%左右,，若按日平均輻射強(qiáng)度為500W/m2計(jì)算，則每小時(shí)集熱量為0.9MJ/m2,，按平均日照8h計(jì)算,，每天集熱7.2MJ/m2，相當(dāng)于2kWh電能,。如果一戶安裝有20m2的太陽能集熱器,，則每天可節(jié)省相當(dāng)于40kWh的能量。北京地區(qū)電價(jià)按0.48元/kWh計(jì)算,，則一個(gè)采暖季（北京地區(qū)：11月15日-3月15日）可節(jié)約電費(fèi)2304元,。在過渡季和夏季還可以利用此太陽能集熱系統(tǒng)提供生活熱水,，來提高太陽能全年的利用率,，從而提高太陽能系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)效益。由于太陽能系統(tǒng)初投資大,，目前在經(jīng)濟(jì)上很難與常規(guī)采暖方式相競(jìng)爭(zhēng),，但是隨著常規(guī)能源價(jià)格的不斷上漲和國(guó)家的能源政策逐漸向可再生能源方面傾斜，必將是新型供暖的首選之一,。 3.2環(huán)境效益 該采暖系統(tǒng)無污染,、無噪音、無廢物廢氣排放,，可以有效降溫室氣體CO2的排放,，有利于緩解全球氣候變暖；同時(shí)也減少酸雨氣體SO2和總懸浮顆粒物的排放量,，有益于改善北京地區(qū)的生態(tài)環(huán)境,，環(huán)境效益顯著。 3.3社會(huì)效益 以太陽能源作為熱源提供采暖和生活熱水符合資源可持續(xù)發(fā)展的要求,同時(shí)采用太陽能源符合國(guó)家環(huán)保政策,，利國(guó)利民,，一次投資，長(zhǎng)期受益,。太陽能采暖系統(tǒng)的節(jié)能,、環(huán)保、安全與社會(huì)發(fā)展潮流相符合,，太陽能采暖系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用,，將會(huì)獲得良好的社會(huì)效果。 4太陽能地板采暖系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn) 1）在采暖房間的垂直高度上,，熱量分布均勻,，舒適,、衛(wèi)生，符合人體生理特點(diǎn),； 2）相比傳統(tǒng)采暖方式不存在污染和安全問題,，具有節(jié)能和環(huán)保的特點(diǎn)； 3）因沒有傳統(tǒng)采暖方式中的散熱片對(duì)空間的破壞,，有利于屋內(nèi)裝修,，節(jié)省室內(nèi)空間； 4）便于進(jìn)行分戶熱計(jì)量,；便于調(diào)節(jié)和控制,。 5結(jié)束語 太陽能地板輻射采暖系統(tǒng)具有節(jié)能與環(huán)保等突出優(yōu)點(diǎn)，是一種綠色的采暖方式,。隨著人們對(duì)生活質(zhì)量要求的提高,，太陽能地板輻射采暖系統(tǒng)必將會(huì)得到越來越廣泛的應(yīng)用。 參考文獻(xiàn) 1 王榮光,，沈天行.可再生能源利用與建筑節(jié)能.機(jī)械工業(yè)出版社 2 羅運(yùn)俊 關(guān)于平板與真空管太陽集熱器的綜合評(píng)述.北京市新能源與可再生能源協(xié)會(huì)2004年年會(huì) 3 鄭瑞澄等主編.民用建筑太陽能熱水系統(tǒng)工程技術(shù)手冊(cè).化學(xué)工業(yè)出版社 |
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