太陽能技術在供暖中的應用
文章來源:未知時間:2022-02-03
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文章作者：鄧有源
國家注冊公用設備工程師，現(xiàn)就職于大型央企甲級資質的設計院，畢業(yè)于西安冶金建筑學院暖通專業(yè)，現(xiàn)任中國建筑金屬結構協(xié)會輻射供暖供冷委員會專家組組長。
參與暖通的設計、審核、咨詢工作，組織負責過大中型礦山冶煉及民用建筑工程的設計，先后承擔了有色工程、民用、商用及垃圾發(fā)電工程采暖、通風、空調等項目的科研及指導工作。
摘要：太陽能供暖系統(tǒng)已在民用住宅建設項目中得到應用，特別是在太陽能熱水、供暖等大中型工程中，在商業(yè)運作上也逐漸發(fā)現(xiàn)了市場的巨大潛力。但是，太陽能供暖系統(tǒng)的設計必須遵守有關原則，首先應考慮太陽能供暖系統(tǒng)與建筑的結合，力爭達到太陽能建筑一體化；另外，無論既有建筑還是新建建筑必須符合節(jié)能建筑要求，才能達到建設投資省、運行能耗底、運行費用少的目標。
本期論壇闡述了太陽能技術在供暖中的應用，并研究了太陽能供暖系統(tǒng)的組成、運行原理、主要設計參數(shù)和經(jīng)濟運行效益等，并提出了一種利用太陽能資源集輻射供暖、洗浴、制冷于一體的聯(lián)合系統(tǒng)，也可稱為三位一體太陽能綜合應用系統(tǒng)。
關鍵詞：太陽能；供暖；綜合應用；三位一體
1 太陽能供暖系統(tǒng)設計范例
據(jù)文獻介紹，目前國內(nèi)太陽能供熱水系統(tǒng)技術比較成熟，而太陽能供暖系統(tǒng)才剛剛起步，在供暖系統(tǒng)上還存在很多問題需要研究，作者通過已實施的工程了解到太陽能供暖系統(tǒng)由于設計不合理，而采用較大的儲熱水箱蓄熱，增加占地面積及投資費用，沒有充分利用太陽能低溫運行的特點，有效地將熱量最大釋放在室內(nèi)。
另外，北方地區(qū)夜間防凍、夏季真空管集熱器爆管等問題長期阻礙太陽能供暖的技術發(fā)展。因此，作者從國外及國內(nèi)多項太陽能供暖系統(tǒng)中進行優(yōu)化組合，總結出一套適合中國國情的較完善的太陽能供暖系統(tǒng)。已在部分工程中得到應用，證明本太陽能供暖系統(tǒng)設計合理、運行可靠。
作者認真總結國外及國內(nèi)己運行的太陽能熱水系統(tǒng)，采用先進的理念設計一套較完善的太陽能供暖系統(tǒng)，輔助加熱設備選用空氣源熱泵。截至目前，該套系統(tǒng)已投入運行，反映良好，現(xiàn)將這套系統(tǒng)的設計特點及運行原理作如下闡述。
2 太陽能熱水系統(tǒng)設計理念
圖1 太陽能供暖系統(tǒng)設計原理圖
如圖1所示，本套太陽能供暖系統(tǒng)在冬季提供部分供暖熱源，非供暖期提供足量的生活熱水，為確保冬季室內(nèi)達到舒適的溫度環(huán)境，在本套設計中加空氣源熱泵供暖系統(tǒng)，形成集四季洗浴、冬季供暖、夏季空調三位一體的綜合應用系統(tǒng)。
3 太陽能熱水系統(tǒng)、熱泵供暖供冷原理
3.1 本系統(tǒng)中太陽能產(chǎn)生的熱水可通過生活水箱提供一年四季生活熱水。
3.2 本系統(tǒng)夏季啟動空氣源熱泵供冷系統(tǒng)，冷水可經(jīng)過地暖的盤管或風機盤管來降低室內(nèi)溫度，達到舒適的溫度環(huán)境。
3.3 本系統(tǒng)冬季太陽能熱水分兩支分別經(jīng)生活水箱、供暖水箱，確保生活熱水及供暖熱水滿足需求，如晚上太陽能不足時可啟動空氣源熱泵供暖系統(tǒng)供暖。
4 太陽能熱水系統(tǒng)控制技術
4.1 太陽能集熱循環(huán)采用溫差控制、強制循環(huán)的落空系統(tǒng)，較好地解決了北方地區(qū)夜間或陰天太陽能集熱器內(nèi)存水凍裂問題。
太陽能集熱循環(huán)工作原理是根據(jù)太陽能集熱器和供暖水箱的溫差控制集熱器一次循環(huán)泵啟停，當集熱器溫度高于供暖水箱設定值時，一次循環(huán)泵啟動，太陽能集熱器優(yōu)先不斷將生活水箱加熱，生活水箱內(nèi)溫度達到設定值時關閉閥門，此時太陽能集熱器不斷將供暖水箱中的熱水加熱，當溫差低于設定值時，一次循環(huán)泵停止，室外太陽能集熱器和系統(tǒng)中的水受重力作用回落至供暖水箱，采用系統(tǒng)落空技術替代國內(nèi)外常采用的防凍液防凍措施，防止太陽能集熱器和管道系統(tǒng)腐蝕，并解決冬季集熱器內(nèi)及系統(tǒng)中存水凍裂問題，從而減少工程造價，已通過工程實際運行，證實本系統(tǒng)防凍簡單、運行可靠。
4.2 供暖水箱與供暖末端輻射供暖地面設有二次循環(huán)泵，當集熱器收集熱量進入供暖水箱時，二次循環(huán)泵立即啟動，取消了中間換熱過程，提高了熱水系統(tǒng)效率，充分利用太陽能低溫運行的特點，有效地將熱量輸送到室內(nèi)地面，減小供暖水箱體積，節(jié)省工程投資。供熱水箱體積應通過計算確定，供暖水箱選型時應考慮太陽能集熱器、供暖水箱至集熱器之間管道系統(tǒng)的存水量。
4.3 本系統(tǒng)較好地將集熱器與供暖末端組成最佳搭配。眾所周知，供暖末端選用低溫輻射供暖技術，供暖所需要的低溫熱水在35℃～55℃之間，正好是太陽能集熱器所能提供的適合溫度。
另外，在供暖系統(tǒng)中將供暖水箱中的熱能傳送給地板，以加熱盤管為散熱體，以整個填充層及地面作為散熱面，將地面視為一個極大的儲能元件（貯水箱），將太陽能集熱有效熱量源源不斷地輸送至地面，使其以輻射方式傳播至室內(nèi)從而達到供暖、儲能的目的。
使用地暖末端貯存熱量有兩個功能，一是冬季利用太陽輻射達到較強的蓄熱功能，二是當太陽能集熱器夜間及陰雨天無太陽輻射時，將供暖末端已貯存的熱量釋放至室內(nèi)，確保室內(nèi)溫度達到設計要求。綜上所述，將太陽能集熱器與低溫輻射末端組成供暖系統(tǒng)應是最佳的選擇。
5 結論
經(jīng)過以上的分析，得出以下的結論：
5.1 本太陽能供暖系統(tǒng)設計方案，為冬季提供部分供暖熱量，夏季采用空氣源熱泵，為夏季提供空調冷量，一年四季提供足量生活熱水，設計方案切實可行，是今后太陽能光熱利用的重要趨勢之一，將逐步解決日益緊缺的能源問題。因此，本設計方案將越來越受到人們的歡迎。
5.2 太陽能供暖系統(tǒng)設計方案，應綜合供暖效果，太陽能供暖系統(tǒng)的規(guī)摸不宜太大，太陽能貢獻率一般控制在60%以下，太陽能集熱器面積和建筑供暖面積比值一般保持在1:5～1:10之間。
5.3 太陽能供暖系統(tǒng)一次循環(huán)泵停泵，應采用系統(tǒng)落空技術，供暖水箱體積應與集熱器面積及管道系統(tǒng)相匹配。
由此可見，太陽能供暖系統(tǒng)已在民用住宅建設項目中得到應用，特別是在太陽能熱水、供暖等大中型工程中，在商業(yè)運作上也逐漸發(fā)現(xiàn)了市場的巨大潛力。
但是，太陽能供暖系統(tǒng)的設計必須遵守有關原則，首先應考慮太陽能供暖系統(tǒng)與建筑的結合，力爭達到太陽能建筑一體化；另外，無論既有建筑還是新建建筑必須符合節(jié)能建筑要求，才能達到建設投資省、運行能耗底、運行費用少的目標。
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