太陽能供暖技術(shù)發(fā)展簡析
[摘要]以節(jié)約能源、保護(hù)環(huán)境和可持續(xù)發(fā)展為理念的新能源革命正在全球興起,太陽能是非常豐富的可再生能源，利用太陽能供暖對于節(jié)能、環(huán)境保護(hù)有重要的意義，我國太陽能資源豐富，太陽能供暖技術(shù)有很好的發(fā)展前景。
[關(guān)鍵詞]太陽能 供暖 節(jié)能
中圖分類號：TK5 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1671－7597 (2008) 0110006－01
一、引言
隨著生活水平的不斷提高，人們對所居住、生活的環(huán)境要求也越來越高。但要創(chuàng)造舒適的環(huán)境，就要消耗能源。社會在發(fā)展的同時，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(dāng)今人類社會所面臨的重要問題，使世界面臨著發(fā)展與環(huán)境之間越來越尖銳的矛盾。在這種背景下，以節(jié)約能源、保護(hù)環(huán)境和可持續(xù)發(fā)展為理念的新能源革命正在全球興起。
二、太陽能利用的研究
太陽能是非常豐富的可再生能源，尋求人類社會持續(xù)發(fā)展的進(jìn)程中，利用太陽能采暖日益受到世界各國的重視。
近幾年，國內(nèi)的一些專家和學(xué)者對太陽能采暖進(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(hù)結(jié)構(gòu)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(tǒng)設(shè)備進(jìn)行了設(shè)計與計算，簡述了太陽能供暖系統(tǒng)集熱、蓄熱、供暖的運行控制方法。中房集團(tuán)新技術(shù)中心有限公司的齊政新和建筑標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計研究所的李巖研究了輔助太陽能的地板采暖的系統(tǒng)形式，對不同的系統(tǒng)形式作了分析，探討了設(shè)計中需注意的問題。他們在論文中描述了間歇運行系統(tǒng)和強(qiáng)制循環(huán)的連續(xù)運行系統(tǒng)兩種系統(tǒng)，并分析了太陽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100平米的房間為研究對象，采用10－15年內(nèi)逐日氣象數(shù)據(jù)對太陽能采暖系統(tǒng)進(jìn)行模擬，根據(jù)模擬的結(jié)果，分析其初投資，壽命周期內(nèi)的總能耗、總運行費用，綜合熱價等指標(biāo)。然后將其與燃?xì)忮仩t、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(biāo)。然后分析了不同的氣象條件、每日太陽能負(fù)責(zé)的采暖小時數(shù)、集熱器價格等因索對系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性的影響。
三、太陽能供暖系統(tǒng)分類
利用太陽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式太陽能供暖(active solar heating)和被動式太陽能供暖(passive solar heating)，而間接利用是通過熱泵(heat pump)將低位熱能進(jìn)行有效的利用。
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1．主動式太陽能采暖系統(tǒng)
主動式太陽能供暖系統(tǒng)如圖2- 1所示。系統(tǒng)由太陽能集熱器、供暖管道、散熱設(shè)備、貯熱設(shè)備和輔助熱源等組成。
通過太陽能集熱器1收集太陽輻射能，使其中的熱媒被加熱，熱水沿供熱管道送往熱用戶的散熱設(shè)備4，散熱設(shè)備將熱量散給房間。太陽能集熱器相當(dāng)于常規(guī)采暖的熱源，當(dāng)集熱器的集熱量不足時，則由輔助熱源3進(jìn)行補(bǔ)充;當(dāng)集熱器的集熱量超過用戶的需熱量時，則將多余的熱量儲存在貯熱器2中。
由圖3-1可知，主動式太陽能供暖系統(tǒng)中實際上包括了兩套熱源系統(tǒng)，一套是太陽能集熱系統(tǒng)，另一套是輔助熱源系統(tǒng)。因此，根據(jù)實踐及經(jīng)濟(jì)評價表明，如果利用龐大的太陽能集熱器只進(jìn)行太陽能供暖，由于采暖期較短(一般為3－5個月)，所以每年設(shè)備的利用率低，因而投資的回收年限較長。按目前我國燃料價格便宜、設(shè)各價格昂貴的情況，主動式太陽能供暖尚難以和常規(guī)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，是會取得良好的效果的。
2．被動式太陽能供暖
被動式太陽能供暖的特點是不需要專門的太陽能集熱器、熱交換器、水泵(風(fēng)機(jī))等主動式太陽能供暖系統(tǒng)所必需的部件，而是通過建筑的朝向和周圍環(huán)境的合理布置、內(nèi)部空間和外部形體的巧妙處理，以及建筑材料和結(jié)構(gòu)構(gòu)造的恰當(dāng)選擇，使建筑物在冬季能充分地收集、存儲和分配太陽輻射能，因而建筑物室內(nèi)可以維持一定的溫度，達(dá)到取暖的效果。將這種與建筑物相結(jié)合、利用太陽輻射能供暖的建筑稱為被動式太陽能采暖房(passive solar house，簡稱太陽房)。由于它可以較一般節(jié)能建筑獲得更多的太陽輻射熱，所以，它能夠進(jìn)一步節(jié)約建筑對常規(guī)能源的消耗。
（二）太陽能熱泵
將太陽能作為蒸發(fā)器熱源的熱泵系統(tǒng)稱為太陽能熱泵系統(tǒng)，其工作原理如圖3－2所示：
在蒸發(fā)器吸熱后其工質(zhì)的高溫低壓過熱氣體在壓縮機(jī)中經(jīng)過絕熱壓縮變?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，供用戶使用，同時液態(tài)工質(zhì)再經(jīng)過降壓閥絕熱節(jié)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^熱蒸汽，完成一個循環(huán)過程。
（三）太陽能供暖應(yīng)用實例
拉薩火車站太陽能供暖系統(tǒng)實例：由建筑設(shè)計研究院承擔(dān)主體設(shè)計，總建筑面積 19504m2,2006年7月正式使用。室內(nèi)以地板輻射采暖為主的方式，熱源采用太陽能，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(shè)計日全天熱平衡的思路,在白天，利用太陽能直接供熱，同時將白天多余的集熱量以熱水形式蓄存，用于不同時刻（如夜間）的供暖需要。本工程采用部分負(fù)荷水蓄熱方案。經(jīng)計算：典型設(shè)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(tǒng)的水溫要求是：供水溫度：40℃，出水溫度50℃。
四、結(jié)束語
就太陽能熱利用設(shè)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)。由于太陽能熱利用設(shè)備和技術(shù)應(yīng)用存在無日照甚至是陰冷天氣時無法使用等弊端，不能滿足建筑連續(xù)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(tǒng)的復(fù)雜程度，而且與建筑配合起來有一定的困難。
現(xiàn)在有人提出太陽能與風(fēng)力發(fā)電聯(lián)合供熱系統(tǒng)，在冬季，我國嚴(yán)寒地區(qū)、寒冷地區(qū)以及沿海地區(qū)的風(fēng)力資源相當(dāng)豐富。如果在這些地區(qū)的建筑屋頂和外墻以及附近設(shè)置一定數(shù)量的風(fēng)力發(fā)電設(shè)備，就近直接連接電熱設(shè)備，或與太陽能集熱設(shè)備有機(jī)結(jié)合組成聯(lián)合供熱系統(tǒng)，滿足建筑物供暖及熱水供應(yīng)的需求，不僅有利于建筑節(jié)能，而且有利于環(huán)境保護(hù)。
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