太陽(yáng)每年到達(dá)地球表面的太陽(yáng)輻射能已相當(dāng)于燃燒173萬(wàn)億噸標(biāo)準(zhǔn)煤所發(fā)出的熱量,，這個(gè)數(shù)量大體上是目前全世界所消費(fèi)的各種能量總和的20000倍左右。太陽(yáng)系已經(jīng)存在了大約50億年,，估計(jì)還可以維持60億年以上,。對(duì)于人類(lèi)來(lái)說(shuō)，太陽(yáng)能可謂“取之不盡,，用之不竭”,。 我國(guó)是太陽(yáng)能資源較為豐富的國(guó)家,，2/3的國(guó)土年日照在2200小時(shí)以上，年輻射總量大約在每年3340MJ/㎡～8360MJ/㎡,，相當(dāng)于110kg/㎡～250kg/㎡標(biāo)準(zhǔn)煤,。因而如何有效利用太陽(yáng)能這一可再生能源是解決當(dāng)今社會(huì)能源結(jié)構(gòu)不合理問(wèn)題的突破點(diǎn)。 隨著科技的進(jìn)步,，太陽(yáng)能在建筑物耗能方面的應(yīng)用成為可能,。 1 新的建筑能耗標(biāo)準(zhǔn)不斷出臺(tái)我國(guó)節(jié)能建筑曾經(jīng)有三次節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)的修改，使得目前節(jié)能建筑的能耗大幅下降,，其建筑物耗熱量指標(biāo)由31.8W/㎡下降到20.6W/㎡,，而新標(biāo)準(zhǔn)又降到16.8W/㎡，現(xiàn)代節(jié)能技術(shù)為太陽(yáng)能采暖提供了可靠基礎(chǔ),。 2 太陽(yáng)能保證率不斷提高,，使得太陽(yáng)能集熱面積相應(yīng)減少新型太陽(yáng)能采暖產(chǎn)品和技術(shù)不斷出臺(tái)，使得同樣采暖面積前提下,，太陽(yáng)能集熱面積相應(yīng)減少,；經(jīng)過(guò)潛心研究太陽(yáng)能采暖專(zhuān)用管現(xiàn)已問(wèn)世，國(guó)家對(duì)該太陽(yáng)能熱水器質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心公布檢測(cè)報(bào)告結(jié)果：歸一化溫差為0K時(shí),，瞬時(shí)熱效率為74.2%,，而按此計(jì)算冬季采暖熱太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化效率為58%，該技術(shù)的誕生大大提高了太陽(yáng)能的熱轉(zhuǎn)換效率,，該產(chǎn)品在太陽(yáng)能采暖應(yīng)用上優(yōu)勢(shì)明顯,。 若采用該項(xiàng)技術(shù)，建筑物耗熱量指標(biāo)按20.6W/㎡計(jì)算,，在太陽(yáng)能保證率按40%的條件下,，經(jīng)計(jì)算得出集熱面積與建筑采暖面積之比為1:10，大大提高了太陽(yáng)能采暖的應(yīng)用范圍,。 3 熱泵技術(shù)的不斷發(fā)展,，成為太陽(yáng)能采暖最經(jīng)濟(jì)環(huán)保輔助熱源“熱泵”是一種能從空氣、水或土壤中獲取“低品位熱能”,，經(jīng)過(guò)電力做功,，提供可被人們所用的“高品位熱能”的裝置。熱泵在工作時(shí),，它本身會(huì)消耗一部分能量,，把環(huán)境介質(zhì)中貯存的能量加以挖掘，通過(guò)傳熱工質(zhì)循環(huán)系統(tǒng)提高溫度進(jìn)行利用,，而整個(gè)熱泵裝置所消耗的功僅為輸出功中的一小部分,，因此，采用熱泵技術(shù)可以節(jié)約大量一、二次能源,。 由于熱泵能將低溫?zé)崮埽?15℃～35℃）提升為高溫?zé)崮埽?0℃～85℃）,，提高能源的有效利用率,，因此是回收低溫余熱,、利用環(huán)境介質(zhì)（地下水、地表水,、土壤和室外空氣等）中儲(chǔ)存能量的重要途徑,。熱泵主要分為空氣源熱泵、水源熱泵和地源熱泵三大類(lèi),。 3.1 空氣源熱泵 空氣源熱泵低溫性能得到很大提高,，超低溫空氣源熱泵保證系統(tǒng)在-25℃正常運(yùn)行，系統(tǒng)供熱效率大大提高,，在-15℃～0℃范圍內(nèi),，系統(tǒng)供熱COP值平均達(dá)到2.0以上，地板的蓄能作用可以利用白天較高氣溫,，進(jìn)一步提高系統(tǒng)供熱效率,。空氣源熱泵傳熱工質(zhì)是一種特殊物質(zhì),，常壓下其沸點(diǎn)為零下40℃,，凝固點(diǎn)為零下100℃以下，該物質(zhì)冷的時(shí)候是液體,，但很容易被蒸發(fā)成氣體,，反之亦然。 在實(shí)際運(yùn)行中,，空氣源熱泵中傳熱工質(zhì)的蒸發(fā)極限溫度為-20℃左右,，因此5℃的環(huán)境溫度對(duì)比-20℃左右的溫度也是“熱的”，甚至更低的溫度,，比如說(shuō)0℃,，相比-20℃也是熱的，因此,，仍可交換熱能,。 3.2 水源熱泵 水源熱泵是目前空調(diào)系統(tǒng)中能效比（COP值）最高的制冷、制熱方式,，理論計(jì)算可達(dá)到7,，實(shí)際運(yùn)行為4～6。水源熱泵機(jī)組可利用的水體溫度冬季為12℃～22℃,，水體溫度比環(huán)境空氣溫度高,，所以當(dāng)熱泵循環(huán)的蒸發(fā)溫度提高，能效比也會(huì)提高。 而夏季水體溫度為18℃～35℃,，水體溫度比環(huán)境空氣溫度低,，所以制冷的冷凝溫度降低，使得冷卻效果好于風(fēng)冷式和冷卻塔式,，從而提高機(jī)組運(yùn)行效率,。 水源熱泵消耗1kW·h的電量，用戶(hù)可以得到4.3kW·h～5.0kW·h的熱量或5.4kW·h～6.2kW·h的冷量,。與空氣源熱泵相比,，其運(yùn)行效率要高出20％～60％，運(yùn)行費(fèi)用僅為普通中央空調(diào)的40%～60%,。 3.3 地源熱泵 地源熱泵在冬季運(yùn)行時(shí),，COP值約為4.2，即投入1kW電能,，可得到4kW的熱能,；夏季運(yùn)行時(shí)，COP值達(dá)5.3,，投入1kW電能,，可得到5kW的冷量，能源利用效率為電采暖方式的3～4倍,；并且熱交換器不需要除霜,，減少結(jié)霜和除霜的用電能耗，比常規(guī)空氣源空調(diào)節(jié)能50%左右,。 3.4 熱泵作為太陽(yáng)能采暖輔助能源的優(yōu)勢(shì) A,、熱泵屬可再生能源利用技術(shù)，熱泵技術(shù)間接利用太陽(yáng)能,，歸根結(jié)底還是利用太陽(yáng)得到能量,； B、供熱時(shí)沒(méi)有燃燒過(guò)程,，避免了排煙污染,，供冷時(shí)節(jié)省了冷卻塔，避免了噪音及霉菌的污染,； C,、占用空間小，省去了冷卻塔,、鍋爐及與之配套的煤棚和渣場(chǎng),，節(jié)省了土地資源，產(chǎn)生了附加的經(jīng)濟(jì)效益,，并改善了建筑物的外部形象,； D,、運(yùn)行穩(wěn)定可靠，維護(hù)方便,，熱泵機(jī)組運(yùn)行更可靠,、穩(wěn)定，保證了系統(tǒng)的高效性和經(jīng)濟(jì)性,；采用全電腦控制,，自動(dòng)程度高；維護(hù)費(fèi)用低,，使用壽命長(zhǎng),。 4 地面采暖低溫運(yùn)行為太陽(yáng)能采暖的應(yīng)用提供可能傳統(tǒng)散熱器采暖系統(tǒng)要求工質(zhì)運(yùn)行溫度在60℃以上,；風(fēng)機(jī)盤(pán)管工質(zhì)運(yùn)行溫度在45℃以上,；而地板采暖系統(tǒng)工質(zhì)運(yùn)行穩(wěn)定范圍可以最低在30℃～40℃之間，而太陽(yáng)能熱泵采暖系統(tǒng)供熱溫度每下降1℃就可使太陽(yáng)能集熱系統(tǒng)熱損下降2%～5%,；熱泵熱效率提高2%～5%,。 經(jīng)過(guò)十年太陽(yáng)能采暖的經(jīng)驗(yàn)可知，一般節(jié)能建筑,，在室外平均氣溫-1.6℃時(shí),，供熱水溫33℃，回水水溫26℃,，地面溫度即可達(dá)到27℃,，室內(nèi)溫度保持20℃以上的舒適狀態(tài)，每平方米每日用電量?jī)H為0.2kW·h,。這就是太陽(yáng)能,、熱泵與地板采暖結(jié)合才能實(shí)現(xiàn)的效果。 并且,，使用地板輻射采暖,，可巧妙地將集熱器白天捕集、采集的太陽(yáng)能熱量,，存儲(chǔ)在熱惰性較大的地暖工質(zhì)和混凝土層中,，省去了傳統(tǒng)集熱工程必備的大水箱，降低了成本,，減少了設(shè)備占地面積,。 經(jīng)過(guò)實(shí)測(cè)，在不啟用輔助熱源的情況下,，密閉的節(jié)能房?jī)?nèi)空間,，10小時(shí)后室內(nèi)溫度僅下降2℃。 5 太陽(yáng)能結(jié)合熱泵采暖是長(zhǎng)遠(yuǎn)之計(jì)太陽(yáng)能結(jié)合熱泵采暖雖然會(huì)利用一部分電能,，但它不依賴(lài)于石化資源,，電能可以用可再生能源獲取。 太陽(yáng)能、熱泵,、地板結(jié)合采暖是現(xiàn)今最節(jié)能的采暖方式之一,，三者互為補(bǔ)充，缺少一項(xiàng)就起不到節(jié)能和穩(wěn)定運(yùn)行的效果,。 從長(zhǎng)遠(yuǎn)考慮,，太陽(yáng)能結(jié)合熱泵采暖技術(shù)永遠(yuǎn)不會(huì)過(guò)時(shí)，它會(huì)隨著技術(shù)的不斷成熟和完善,，得到更廣泛的應(yīng)用,。 綜上所述，太陽(yáng)能集熱器在系統(tǒng)中起到直接收集太陽(yáng)能量,、高效傳熱的作用,，在太陽(yáng)能輻照量不足時(shí)，熱泵可間接提取太陽(yáng)的能量,，保證在雨雪天氣或嚴(yán)寒天氣的情況下提取所需熱量,，因此地板采暖可使系統(tǒng)低溫運(yùn)行成為可能，保證系統(tǒng)最低的熱損失率,。 熱泵在不同工況下的運(yùn)行費(fèi)用與常規(guī)能源對(duì)比,，可以100㎡/天采暖為例。 6 太陽(yáng)能采暖的社會(huì)效益分析首先對(duì)不同采暖熱源的運(yùn)行效益進(jìn)行分析：若假設(shè)北京地區(qū)100㎡的住宅,，建筑能耗按20.6W/㎡,，太陽(yáng)能當(dāng)?shù)鼐暥葍A角平面冬季平均日輻照量按15.8MJ/(㎡·d)計(jì)算，運(yùn)行效益如表1和表2： 由表1和表2可看出,，太陽(yáng)能,、熱泵及地面輻射采暖聯(lián)合供暖系統(tǒng)，比其他熱源方式采暖,，如常規(guī)能源日消耗等量煤的16.7%,、天然氣的27%、電加熱的30%,，并且運(yùn)行費(fèi)最低,，而且二氧化碳、二氧化硫,、氮氧化物等有害氣體的排放量也相對(duì)減少,。比較數(shù)據(jù)是依據(jù)煤發(fā)電，若采用煤,、水,、氣、風(fēng),、核,，相比太陽(yáng)能的綜合發(fā)電,、碳排放量肯定是最低的。 另外,，由于其他熱源的制熱溫度較高,，比如地暖供熱熱源，就是礦物質(zhì)燃料資源的加大浪費(fèi),，因而我們當(dāng)前的首要任務(wù)就是盡量減少礦物質(zhì)燃料在采暖消耗上的比例,。 隨著未來(lái)技術(shù)的不斷發(fā)展，太陽(yáng)能利用的范圍更加廣泛,，在大力推行可再生能源在采暖領(lǐng)域中的應(yīng)用,，探討高品位能源的利用范圍，提高低品位能源在社會(huì)中的應(yīng)用,，推廣太陽(yáng)能采暖可改善現(xiàn)有的能源結(jié)構(gòu),。 太陽(yáng)能“取之不盡，用之不竭”,，想要環(huán)保,、生態(tài)、低碳,，并非必須到幾百米乃至幾千米的地下開(kāi)采資源，應(yīng)留下可貴的資源物盡其用,，實(shí)現(xiàn)“高熱高用,、低熱低用、溫度對(duì)口”的科學(xué)用熱思想,。 |
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