太陽能供熱應(yīng)用的探索

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1、本文由 ImummyI 貢獻 doc 文檔可能在WAP端瀏覽體驗不佳.建議您優(yōu)先選擇TXT,或下載源文件到本機查看. 基于太陽能供熱應(yīng)用地探索 基于太陽能供熱應(yīng)用地探索 1 太陽能供熱應(yīng)用 天津大學(xué) , 張欣苗 , 中美天津史克制藥有限公司 , 梁夢寬 摘要：隨著石油煤炭等一次能源地減少和環(huán)境污染問題日益惡化 , 能源問題和環(huán)境問題 成為當(dāng)今 熱門話題 . 太陽能以其清潔、方便獲得地優(yōu)點引起人們地高度重視 . 本文以承德某 幼兒園為例對太陽能 供熱系統(tǒng)地應(yīng)用進行了探索 , 通過對該項目為期 20 天地測試 , 得出 一系列太陽能供熱系統(tǒng)地實用數(shù)據(jù) . 實驗結(jié)果表明在集熱器面積與建筑面積之比

2、為 1:6.25 地情況下 , 約可滿足白天 50%地采暖熱負(fù)荷 . 關(guān)鍵詞 關(guān)鍵詞：太陽能供熱 , 集熱器面積 , 太陽 能保證率 1 引言 石油、煤炭等一次能源日益減少 , 而且石油、煤炭等地利用會對環(huán)境造成較大破壞 . 解決 環(huán)境污染和 能源危機問題 , 成為當(dāng)今全人類地共同課題 . 建筑中太陽能地利用為減少一次 能源地使用和保護環(huán)境做 出了杰出貢獻 . 歐洲、北美對太陽能供熱系統(tǒng)項目地應(yīng)用已有幾十 年歷史 , 過去主要用于單體建筑 , 近 十余年來 , 包括區(qū)域供熱在內(nèi)地大型太陽能供熱采暖綜合 系統(tǒng)地項目應(yīng)用有較快發(fā)展 . 同國外相比 , 我 國太陽能供暖仍處于起步階段 , 大多太

3、陽能供暖 系統(tǒng)地設(shè)計仍然停留在簡單地估算水平上 , 沒有成熟、 成套地設(shè)計方法 . 我國發(fā)展太陽能供 熱采暖具有很多有利條件 , 太陽能資源豐富 , 年輻射總量大于 4200MJ/m2 地地區(qū)占國土面積 地 76%, 優(yōu)于大部分歐洲國家 . 在節(jié)能減排地今天 , 大力發(fā)展太陽能供熱 無疑是減少 CO2 排 放、降低運行費用最好地手段之一 [1]. 普通散熱器熱媒溫度要求較高 , 而太陽能系統(tǒng)不易 達到該出水溫度要求?地板輻射采暖所需要地低 溫?zé)崴?5-55 C之間，正是太陽能集熱器 所能提供地適合溫度 . 與對流散熱為主地散熱器系統(tǒng)相比 , 地板采暖系統(tǒng)舒適性更好 , 且室內(nèi) 溫度可以在比

4、采用散熱器地系統(tǒng)低 2 - 3C地情況下獲得同樣地舒適 感,節(jié)省供熱能耗[2]. 2 太陽能供熱系統(tǒng)簡介 太陽能供熱系統(tǒng)簡介 2.1 項目簡況 以河北省承德地區(qū)某幼兒園為例 , 該幼兒園共四層 , 其中地下一層地上三層 , 建筑面積為 750m2.因為屋頂面積地限制，該項目共采用150m2地太陽能集熱器，平均每平M集熱面積負(fù) 擔(dān)6.25 平M建筑 面積?當(dāng)太陽能不足以滿足建筑供熱要求時啟用電輔助加熱器 2.2 供熱系統(tǒng) 1 本文受國家科技支撐項目“既有建筑綜合改造技術(shù)集成示范項目” < 項目編號為 2006BAJ03A1 0-08）地支助 本太陽能供熱系統(tǒng)主要由太陽能集熱器、儲熱

5、水箱、太陽能循環(huán)泵、控制系統(tǒng)、防凍系 統(tǒng)、輔助熱 源以及循環(huán)管路等組成?本項目地采暖室內(nèi)設(shè)計溫度為 20 C ,系統(tǒng)流程圖如圖1 所示 . 圖 1 系 統(tǒng)流程圖 1. 自動放氣閥； 2. 截止閥； 3. 電磁閥； 4. 止回閥； 5. 壓力表； 6. 電 磁兩通閥； 7.手動調(diào)節(jié)閥； 8.安全閥； 9.溫度傳感器； 10.過濾器 3 系統(tǒng)運行方案 3.1 溫差強制循環(huán)集熱 集熱器內(nèi)地水在陽光地照射下溫度提高 , 當(dāng)集熱器地水溫高于儲熱水箱內(nèi)水地溫度時 , 循環(huán)水泵啟 動 , 通過循環(huán)不斷將集熱器吸收地?zé)崃恐脫Q到儲熱水箱中 , 直至將整個儲熱水箱 地水全部加熱 . 3.2 輔助熱源

6、當(dāng)水箱內(nèi)地水溫度低于散熱器供水溫度時 , 開啟輔助電加熱器進一步提高供水溫度 , 以 滿足室內(nèi)地 供熱要求 . 3.3 冬季防凍 系統(tǒng)在陰天或夜間情況下 , 太陽能循環(huán)泵停止工作 . 當(dāng)溫度低于某一溫度、系統(tǒng)內(nèi)地水有 可能結(jié)冰 時, 開啟防凍循環(huán) ,以保證系統(tǒng)管路地安全 . 4 系統(tǒng)運行效果 該項目從 2009 年 3 月 1 日到 2009 年 3 月 19 日進行了試運行 ,在運行過程中 , 對 系統(tǒng)內(nèi)地相關(guān)溫 度進行了測試 ,測試時間為每天上午 10 點到下午 5 點. 測試內(nèi)容包括記錄 各個時刻 , 包括水箱地水溫、 集熱器地進出水溫度 , 采暖系統(tǒng)地供回水溫度及電加熱器地使

7、用情況等 . 4.1 典型天氣情況下太陽能供熱系統(tǒng)地運行 通過對典型天氣情況下太陽能供熱系統(tǒng)地運行數(shù)據(jù)進行監(jiān)測 , 研究室外溫度、 太陽輻 射對太陽能供 熱系統(tǒng)供熱性能地影響 .2009 年 3 月 6 日, 天氣晴間多云 ,氣溫 -9 ~8 度；3 月 9 日,晴,氣溫-9 ~9 度, 這兩天溫度基本相同 ,只是太陽地輻射強度不同 .圖 2 和圖 3 分別是多云天氣和晴天時地運行情況 . 250 200 150 MJ 100 50 0 11:14-12:00 12:00-13:00 13:00-14:00 14:00-15:00 15:00-16:00 16:00-17:00 時間段

8、熱負(fù)荷 太陽能 比例 140 120 100 80 60 40 20 0 百分比 圖 2 多云時地運行情況 250 200 150 MJ 100 50 0 10:00-11:00 11:00-12:00 12:00-13:00 13:00-14:00 14:00-15:00 15:00-16:00 16:00-17:00 時間段 太陽能 熱負(fù)荷 比例 140 120 100 80 60 40 20 0 百分?jǐn)?shù) 圖 3 晴天時地運行情況 由上圖可以看出 , 在室外溫度相同、太陽輻射強度不同時 , 太陽 能集熱器地得熱量隨著太陽輻射強 度地增強而變大 .由圖 3 還可以看出 , 太陽能集熱

9、器得熱 量占建筑熱負(fù)荷地比例從上午 11:00 地 50%逐 漸增加 , 到下午 2:00 增加到 100%, 電輔助 加熱量占建筑熱負(fù)荷地比例由上午 11:00 地 50%逐漸減少 , 到下午 2:00 減少到 0 ；下午 2:00 到 5:00 之間集熱器得熱幾乎可以滿足建筑熱負(fù)荷 , 不需要啟動電輔助 加熱器 . 4.2 測試期間太陽能供熱系統(tǒng)地運行情況 對 3.1 —3.18 日地室外溫度、太陽能運行情況進行了監(jiān)測 ,圖 4 為測試期間每天 10:00-17:00 地室外 平均溫度 . 圖 5 為對整個測試階段地太陽能供熱系統(tǒng)地運行參數(shù)匯總 . 30 25 室外溫度 20 15

10、 10 5 0 3-1 3-2 3-3 3-4 3-5 3-6 3-7 3-8 3-9 3-10 3-11 3 12 3-13 3-14 3-15 3-16 3-17 3-18 日期 圖 4 測試期間 10:00-17:00 室外平均溫度 1600 1400 1200 1000 MJ 800 600 400 200 0 3-1 3-2 3-3 3-4 3-5 3-6 3-7 3-8 3-9 3-10 3-11 3-12 3-13 3-14 3-15 3-16 3-17 3-18 160 140 120 80 60 40 20 0 日期 太陽能得熱 熱負(fù)荷 太陽能得熱占熱負(fù)荷地比例

11、 百 分?jǐn)?shù) 100 圖5測試階段地系統(tǒng)性能分析圖 由上圖可以看出，隨著室外平均溫度由 0 C上升到 13 C及太陽輻射強度地增加，太陽能集熱器得熱 量隨著室外溫度和太陽輻射強度地增加而 增加，太陽能得熱占熱負(fù)荷地比例也有逐漸增大 .在 10:00-17:00 地時段內(nèi) ， 3 月 2 日陰 天、在室外溫度為-11~5 C地情況下，太陽能集熱器只能滿足不到 20%地建筑熱負(fù)荷；在 3月18日晴天、室外溫度為 4~32 C地情況下,太陽能可以滿足大于 150%地建筑熱 負(fù)荷； 整個測試階段太陽能大約可以滿足 50%地建筑熱負(fù)荷；而夜間需要全部采用電加熱 . 5 結(jié)論 <1 ）在承德地

12、區(qū)當(dāng)集熱面積與建筑面積比為 1:6.25 地情況下 ， 室外平均溫度為 4 度、 晴天,在 10:00-17:00 約可滿足當(dāng)時 80%地建筑熱負(fù)荷 . <2 ) 在室外溫度相同時 , 太陽能 得熱占建筑熱負(fù)荷地比例隨著太陽輻射強度地增加而呈增大趨勢 . <3 )在平均室外溫度為 11 C地整個測試階段，太陽能大約可以滿足 50%地建筑熱負(fù)荷；而夜間需 要全部采用電加熱 <4 )當(dāng)屋頂面積充足時 , 可以考慮增大集熱面積與建筑面積之比 , 此時設(shè)置較大地儲熱水 箱較為 合理.當(dāng)太陽能比較充足時 ， 可儲存一定地?zé)崃?， 滿足光線不足時地使用 .當(dāng)然， 集熱器 面積和儲熱水 箱大小地確定需要

13、進行經(jīng)濟技術(shù)分析 . 參考文獻： 參考文獻： [1] 鄭瑞澄 . 太 陽 能 供 熱 采 暖 項目 應(yīng)用 推 廣 [J]. SOLAR ENERGY2/2007 [ 2 ] Inard C，Meslem A，Depecker P.Energy consumption and thermal comfort in dweling-cells:a zonal- model approach .Build Environ [J]1998 。 33(5>:279-91 ， J.R.Yang ，R.Z.Wang Design and performance of the solar-powered f

14、loor heating system in a green building[J] . Renewable Energy 34(2009>1700-1708 [4] 于國清 ， 張 曉莉， 孟凡兵 ， 單戶住宅太陽能熱泵供熱地技術(shù)與經(jīng)濟分析 [J]， 建筑節(jié)能 ， 供熱節(jié) 能.2007 年第 1 版 <總第 35 卷第 191 期)[5] F. Cuadros *, F. Lo ' pez-Rodr? ' guez, C. Segador， A. Marcos. A simple procedure to size active solar heating schemesfor low-e

15、nergy building design . Energy and Building [J] 39(2007> 96-104 , Escuela de Ingenier? ' as Industriales, Universidad de Extremadura, Avda de Elvas s/n, 06071 Badajo z, Spa in [6] Alexa nder Thu …r *, Sim on Furbo, Louise Jiva n Shah . Energy savings for solar heating systems,Solar Energy [J]80 (20

16、06> 1463-1474 , Department of Civil Engineering, Technical University of Denmark, Building 118, DK-2800 Kgs. Lyngby, Denmark 1 本文由 ImummyI 貢獻 doc 文檔可能在WAF端瀏覽體驗不佳.建議您優(yōu)先選擇TXT,或下載源文件到本機查看. 基于太陽能供熱應(yīng)用地探索 基于太陽能供熱應(yīng)用地探索 1 太陽能供熱應(yīng)用 天津大學(xué) , 張欣苗 , 中美天津史克制藥有限公司 , 梁夢寬 摘要：隨著石油煤炭等一次能源地減少和環(huán)境污染問題日益惡化 , 能源問題和環(huán)境問題 成為

17、當(dāng)今 熱門話題 . 太陽能以其清潔、方便獲得地優(yōu)點引起人們地高度重視 . 本文以承德某 幼兒園為例對太陽能 供熱系統(tǒng)地應(yīng)用進行了探索 , 通過對該項目為期 20 天地測試 , 得出 一系列太陽能供熱系統(tǒng)地實用數(shù)據(jù) . 實驗結(jié)果表明在集熱器面積與建筑面積之比為 1:6.25 地情況下 , 約可滿足白天 50%地采暖熱負(fù)荷 . 關(guān)鍵詞 關(guān)鍵詞：太陽能供熱 , 集熱器面積 , 太陽 能保證率 1 引言 石油、煤炭等一次能源日益減少 , 而且石油、煤炭等地利用會對環(huán)境造成較大破壞 . 解決 環(huán)境污染和 能源危機問題 , 成為當(dāng)今全人類地共同課題 . 建筑中太陽能地利用為減少一次 能源地使用和保護環(huán)

18、境做 出了杰出貢獻 . 歐洲、北美對太陽能供熱系統(tǒng)項目地應(yīng)用已有幾十 年歷史, 過去主要用于單體建筑 ,近 十余年來 , 包括區(qū)域供熱在內(nèi)地大型太陽能供熱采暖綜合 系統(tǒng)地項目應(yīng)用有較快發(fā)展 . 同國外相比 , 我 國太陽能供暖仍處于起步階段 , 大多太陽能供暖 系統(tǒng)地設(shè)計仍然停留在簡單地估算水平上 , 沒有成熟、 成套地設(shè)計方法 . 我國發(fā)展太陽能供 熱采暖具有很多有利條件 , 太陽能資源豐富 , 年輻射總量大于 4200MJ/m2 地地區(qū)占國土面積 地 76%, 優(yōu)于大部分歐洲國家 . 在節(jié)能減排地今天 , 大力發(fā)展太陽能供熱 無疑是減少 CO2 排 放、降低運行費用最好地手段之一 [1].

19、 普通散熱器熱媒溫度要求較高 , 而太陽能系統(tǒng)不易 達到該出水溫度要求?地板輻射采暖所需要地低 溫?zé)崴?5-55 C之間，正是太陽能集熱器 所能提供地適合溫度 . 與對流散熱為主地散熱器系統(tǒng)相比 , 地板采暖系統(tǒng)舒適性更好 , 且室內(nèi) 溫度可以在比采用散熱器地系統(tǒng)低 2 - 3C地情況下獲得同樣地舒適 感,節(jié)省供熱能耗[2]. 2 太陽能供熱系統(tǒng)簡介 太陽能供熱系統(tǒng)簡介 2.1 項目簡況 以河北省承德地區(qū)某幼兒園為例 ,該幼兒園共四層 , 其中地下一層地上三層 , 建筑面積為 750m2.因為屋頂面積地限制，該項目共采用150m2地太陽能集熱器，平均每平M集熱面積負(fù) 擔(dān)6.25 平M建

20、筑 面積?當(dāng)太陽能不足以滿足建筑供熱要求時啟用電輔助加熱器 2.2 供熱系統(tǒng) 1 本文受國家科技支撐項目“既有建筑綜合改造技術(shù)集成示范項目” < 項目編號為 2006BAJ03A10-08）地支助 本太陽能供熱系統(tǒng)主要由太陽能集熱器、儲熱水箱、太陽能循環(huán)泵、控制系統(tǒng)、防凍系 統(tǒng)、輔助熱 源以及循環(huán)管路等組成?本項目地采暖室內(nèi)設(shè)計溫度為 20 C ,系統(tǒng)流程圖如圖1 所示 . 圖 1 系 統(tǒng)流程圖 1. 自動放氣閥； 2. 截止閥； 3. 電磁閥； 4. 止回閥； 5. 壓力表； 6. 電 磁兩通閥； 7.手動調(diào)節(jié)閥； 8.安全閥； 9.溫度傳感器； 10.過濾器 3 系統(tǒng)運行

21、方案 3.1 溫差強制循環(huán)集熱 集熱器內(nèi)地水在陽光地照射下溫度提高 ， 當(dāng)集熱器地水溫高于儲熱水箱內(nèi)水地溫度時 ， 循環(huán)水泵啟 動 ， 通過循環(huán)不斷將集熱器吸收地?zé)崃恐脫Q到儲熱水箱中 ， 直至將整個儲熱水箱 地水全部加熱 . 3.2 輔助熱源 當(dāng)水箱內(nèi)地水溫度低于散熱器供水溫度時 ， 開啟輔助電加熱器進一步提高供水溫度 ， 以 滿足室內(nèi)地 供熱要求 . 3.3 冬季防凍 系統(tǒng)在陰天或夜間情況下 ， 太陽能循環(huán)泵停止工作 . 當(dāng)溫度低于某一溫度、系統(tǒng)內(nèi)地水有 可能結(jié)冰 時，開啟防凍循環(huán) ，以保證系統(tǒng)管路地安全 . 4 系統(tǒng)運行效果 該項目從 2009 年 3 月 1 日到 2009

22、 年 3 月 19 日進行了試運行 ， 在運行過程中 ， 對 系統(tǒng)內(nèi)地相關(guān)溫 度進行了測試 ，測試時間為每天上午 10 點到下午 5 點.測試內(nèi)容包括記錄 各個時刻 ， 包括水箱地水溫、 集熱器地進出水溫度 ， 采暖系統(tǒng)地供回水溫度及電加熱器地使 用情況等 . 4.1 典型天氣情況下太陽能供熱系統(tǒng)地運行 通過對典型天氣情況下太陽能供熱系統(tǒng)地運行數(shù)據(jù)進行監(jiān)測 ， 研究室外溫度、 太陽輻 射對太陽能供 熱系統(tǒng)供熱性能地影響 .2009 年 3 月 6 日，天氣晴間多云 ，氣溫-9 ~8 度；3 月 9 日，晴，氣溫-9 ~9 度， 這兩天溫度基本相同 ，只是太陽地輻射強度不同 .圖 2 和圖

23、3 分別是多云天氣和晴天時地運行情況 . 250 200 150 MJ 100 50 0 11:14-12:00 12:00-13:00 13:00-14:00 14:00-15:00 15:00-16:00 16:00-17:00 時間段 熱負(fù)荷 太陽能 比例 140 120 100 80 60 40 20 0 百分比 圖 2 多云時地運行情況 250 200 150 MJ 100 50 0 10:00-11:00 11:00-12:00 12:00-13:00 13:00-14:00 14:00-15:00 15:00-16:00 16:00-17:00 時間段 太陽能 熱負(fù)荷

24、比例 140 120 100 80 60 40 20 0 百分?jǐn)?shù) 圖 3 晴天時地運行情況 由上圖可以看出 ， 在室外溫度相同、太陽輻射強度不同時 ， 太陽 能集熱器地得熱量隨著太陽輻射強 度地增強而變大 . 由圖 3 還可以看出 ， 太陽能集熱器得熱 量占建筑熱負(fù)荷地比例從上午 11:00 地 50%逐 漸增加 ， 到下午 2:00 增加到 100%， 電輔助 加熱量占建筑熱負(fù)荷地比例由上午 11:00 地 50%逐漸減少 ， 到下午 2:00 減少到 0；下午 2:00 到 5:00 之間集熱器得熱幾乎可以滿足建筑熱負(fù)荷 ， 不需要啟動電輔助 加熱器 . 4.2 測試期間太陽能供熱系

25、統(tǒng)地運行情況 對 3.1 —3.18 日地室外溫度、太陽能運行情況進行了監(jiān)測 ,圖 4 為測試期間每天 10:00-17:00 地室外 平均溫度 . 圖 5 為對整個測試階段地太陽能供熱系統(tǒng)地運行參數(shù)匯總 . 30 25 室外溫度 20 15 10 5 0 3-1 3-2 3-3 3-4 3-5 3-6 3-7 3-8 3-9 3-10 3-11 3 12 3-13 3-14 3-15 3-16 3-17 3-18 日期 圖 4 測試期間 10:00-17:00 室外平均溫度 1600 1400 1200 1000 MJ 800 600 400 200 0 3-1 3-2 3-

26、3 3-4 3-5 3-6 3-7 3-8 3-9 3-10 3-11 3-12 3-13 3-14 3-15 3-16 3-17 3-18 160 140 120 80 60 40 20 0 日期 太陽能得熱 熱負(fù)荷 太陽能得熱占熱負(fù)荷地比例 百 分?jǐn)?shù) 100 圖5測試階段地系統(tǒng)性能分析圖 由上圖可以看出，隨著室外平均溫度由 0 C上升到 13 C及太陽輻射強度地增加，太陽能集熱器得熱 量隨著室外溫度和太陽輻射強度地增加而 增加，太陽能得熱占熱負(fù)荷地比例也有逐漸增大 .在 10:00-17:00 地時段內(nèi) ， 3 月 2 日陰 天、在室外溫度為-11~5 C地情況下，太陽能集熱器只

27、能滿足不到 20%地建筑熱負(fù)荷；在 3月18日晴天、室外溫度為 4~32 C地情況下,太陽能可以滿足大于 150%地建筑熱 負(fù)荷； 整個測試階段太陽能大約可以滿足 50%地建筑熱負(fù)荷；而夜間需要全部采用電加熱 . 5 結(jié)論 <1 ）在承德地區(qū)當(dāng)集熱面積與建筑面積比為 1:6.25 地情況下 ， 室外平均溫度為 4 度、 晴天 ， 在 10:00-17:00 約可滿足當(dāng)時 80%地建筑熱負(fù)荷 . <2 ） 在室外溫度相同時 ， 太陽能 得熱占建筑熱負(fù)荷地比例隨著太陽輻射強度地增加而呈增大趨勢 . <3 ）在平均室外溫度為 11 C地整個測試階段，太陽能大約可以滿足 50%地建筑熱負(fù)荷；

28、而夜間需 要全部采用電加熱 <4 ）當(dāng)屋頂面積充足時 ， 可以考慮增大集熱面積與建筑面積之比 ， 此時設(shè)置較大地儲熱水 箱較為 合理.當(dāng)太陽能比較充足時 ，可儲存一定地?zé)崃?，滿足光線不足時地使用 .當(dāng)然，集熱器 面積和儲熱水 箱大小地確定需要進行經(jīng)濟技術(shù)分析 . 參考文獻： 參考文獻： [1] 鄭瑞澄 . 太 陽能供熱采暖項目應(yīng)用推廣[J]. SOLAR ENERGY2/2007 [ 2 ] Inard C,Meslem A，Depecker P.Energy consumption and thermal comfort in dweling-cells:a zonal- model

29、approach .Build Environ [J]1998 。 ， J.R.Yang ，R.Z.Wang Design and performance of the solar-powered floor heating system in a green building[J] . Renewable Energy 34（2009>1700-1708 [4] 于國清 ， 張 曉莉，孟凡兵，單戶住宅太陽能熱泵供熱地技術(shù)與經(jīng)濟分析 [J]， 建筑節(jié)能 ，供熱節(jié) 能.2007 年第 1 版 <總第 35 卷第 191 期）[5] F. Cuadros *, F. Lo ' pez-Rodr

30、? ' guez, C. Segador， A. Marcos. A simple procedure to size active solar heating schemesfor low-energy building design . Energy and Building [J] 39（2007> 96-104 , Escuela de Ingenier? ' as Industriales, Universidad de Extremadura, Avda de Elvas s/n, 06071 Badajo z, Spa in [6] Alexa nder Thu …r *,

31、Sim on Furbo, Louise Jiva n Shah . Energy savings for solar heating systems,Solar Energy [J]80 （2006> 1463-1474 , Department of Civil Engineering, Technical University of Denmark, Building 118, DK-2800 Kgs. Lyngby, Denmark 1 本文由 ImummyI 貢獻 doc 文檔可能在WAF端瀏覽體驗不佳.建議您優(yōu)先選擇TXT,或下載源文件到本機查看. 基于太陽能供熱應(yīng)用地探索

32、基于太陽能供熱應(yīng)用地探索 1 太陽能供熱應(yīng)用 天津大學(xué) , 張欣苗 , 中美天津史克制藥有限公司 , 梁夢寬 摘要：隨著石油煤炭等一次能源地減少和環(huán)境污染問題日益惡化 , 能源問題和環(huán)境問題 成為當(dāng)今 熱門話題 . 太陽能以其清潔、方便獲得地優(yōu)點引起人們地高度重視 . 本文以承德某 幼兒園為例對太陽能 供熱系統(tǒng)地應(yīng)用進行了探索 , 通過對該項目為期 20 天地測試 , 得出 一系列太陽能供熱系統(tǒng)地實用數(shù)據(jù) . 實驗結(jié)果表明在集熱器面積與建筑面積之比為 1:6.25 地情況下 ,約可滿足白天 50%地采暖熱負(fù)荷 . 關(guān)鍵詞 關(guān)鍵詞：太陽能供熱 ,集熱器面積 , 太陽 能保證率 1 引言 石

33、油、煤炭等一次能源日益減少 , 而且石油、煤炭等地利用會對環(huán)境造成較大破壞 . 解決 環(huán)境污染和 能源危機問題 , 成為當(dāng)今全人類地共同課題 . 建筑中太陽能地利用為減少一次 能源地使用和保護環(huán)境做 出了杰出貢獻 . 歐洲、北美對太陽能供熱系統(tǒng)項目地應(yīng)用已有幾十 年歷史 , 過去主要用于單體建筑 ,近 十余年來 , 包括區(qū)域供熱在內(nèi)地大型太陽能供熱采暖綜合 系統(tǒng)地項目應(yīng)用有較快發(fā)展 .同國外相比 , 我 國太陽能供暖仍處于起步階段 , 大多太陽能供暖 系統(tǒng)地設(shè)計仍然停留在簡單地估算水平上 , 沒有成熟、 成套地設(shè)計方法 . 我國發(fā)展太陽能供 熱采暖具有很多有利條件 , 太陽能資源豐富 , 年輻

34、射總量大于 4200MJ/m2 地地區(qū)占國土面積 地 76%, 優(yōu)于大部分歐洲國家 . 在節(jié)能減排地今天 , 大力發(fā)展太陽能供熱 無疑是減少 CO2 排 放、降低運行費用最好地手段之一 [1]. 普通散熱器熱媒溫度要求較高 , 而太陽能系統(tǒng)不易 達到該出水溫度要求?地板輻射采暖所需要地低 溫?zé)崴?5-55 C之間，正是太陽能集熱器 所能提供地適合溫度 . 與對流散熱為主地散熱器系統(tǒng)相比 , 地板采暖系統(tǒng)舒適性更好 , 且室內(nèi) 溫度可以在比采用散熱器地系統(tǒng)低 2 - 3C地情況下獲得同樣地舒適 感,節(jié)省供熱能耗[2]. 2 太陽能供熱系統(tǒng)簡介 太陽能供熱系統(tǒng)簡介 2.1 項目簡況 以河北省

35、承德地區(qū)某幼兒園為例 , 該幼兒園共四層 , 其中地下一層地上三層 , 建筑面積為 750m2.因為屋頂面積地限制,該項目共采用150m2地太陽能集熱器,平均每平M集熱面積負(fù) 擔(dān)6.25 平M建筑 面積?當(dāng)太陽能不足以滿足建筑供熱要求時啟用電輔助加熱器 2.2 供熱系統(tǒng) 1 本文受國家科技支撐項目“既有建筑綜合改造技術(shù)集成示范項目” < 項目編號為 2006BAJ03A1 0-08）地支助 本太陽能供熱系統(tǒng)主要由太陽能集熱器、儲熱水箱、太陽能循環(huán)泵、控制系統(tǒng)、防凍系 統(tǒng)、輔助熱 源以及循環(huán)管路等組成?本項目地采暖室內(nèi)設(shè)計溫度為 20 C ,系統(tǒng)流程圖如圖1 所示 . 圖 1 系

36、 統(tǒng)流程圖 1. 自動放氣閥； 2. 截止閥； 3. 電磁閥； 4. 止回閥； 5. 壓力表； 6. 電 磁兩通閥； 7. 手動調(diào)節(jié)閥； 8. 安全閥； 9. 溫度傳感器； 10. 過濾器 3 系統(tǒng)運行方案 3.1 溫差強制循環(huán)集熱 集熱器內(nèi)地水在陽光地照射下溫度提高 , 當(dāng)集熱器地水溫高于儲熱水箱內(nèi)水地溫度時 , 循環(huán)水泵啟 動 , 通過循環(huán)不斷將集熱器吸收地?zé)崃恐脫Q到儲熱水箱中 , 直至將整個儲熱水箱 地水全部加熱 . 3.2 輔助熱源 當(dāng)水箱內(nèi)地水溫度低于散熱器供水溫度時 , 開啟輔助電加熱器進一步提高供水溫度 , 以 滿足室內(nèi)地 供熱要求 . 3.3 冬季防凍 系統(tǒng)在陰天或

37、夜間情況下 , 太陽能循環(huán)泵停止工作 . 當(dāng)溫度低于某一溫度、系統(tǒng)內(nèi)地水有 可能結(jié)冰 時, 開啟防凍循環(huán) , 以保證系統(tǒng)管路地安全 . 4 系統(tǒng)運行效果 該項目從 2009 年 3 月 1 日到 2009 年 3 月 19 日進行了試運行 , 在運行過程中 , 對 系統(tǒng)內(nèi)地相關(guān)溫 度進行了測試 ,測試時間為每天上午 10 點到下午 5 點. 測試內(nèi)容包括記錄 各個時刻 , 包括水箱地水溫、 集熱器地進出水溫度 , 采暖系統(tǒng)地供回水溫度及電加熱器地使 用情況等 . 4.1 典型天氣情況下太陽能供熱系統(tǒng)地運行 通過對典型天氣情況下太陽能供熱系統(tǒng)地運行數(shù)據(jù)進行監(jiān)測 , 研究室外溫度、 太陽輻

38、射對太陽能供 熱系統(tǒng)供熱性能地影響 .2009 年 3 月 6 日, 天氣晴間多云 ,氣溫 -9 ~8 度；3 月 9 日,晴,氣溫-9 ~9 度, 這兩天溫度基本相同 ,只是太陽地輻射強度不同 .圖 2 和圖 3 分別是多云天氣和晴天時地運行情況 . 250 200 150 MJ 100 50 0 11:14-12:00 12:00-13:00 13:00-14:00 14:00-15:00 15:00-16:00 16:00-17:00 時間段 熱負(fù)荷 太陽能 比例 140 120 100 80 60 40 20 0 百分比 圖 2 多云時地運行情況 250 200 150 MJ

39、100 50 0 10:00-11:00 11:00-12:00 12:00-13:00 13:00-14:00 14:00-15:00 15:00-16:00 16:00-17:00 時間段 太陽能 熱負(fù)荷 比例 140 120 100 80 60 40 20 0 百分?jǐn)?shù) 圖 3 晴天時地運行情況 由上圖可以看出 , 在室外溫度相同、太陽輻射強度不同時 , 太陽 能集熱器地得熱量隨著太陽輻射強 度地增強而變大 .由圖 3 還可以看出 , 太陽能集熱器得熱 量占建筑熱負(fù)荷地比例從上午 11:00 地 50%逐 漸增加 , 到下午 2:00 增加到 100%, 電輔助 加熱量占建筑熱負(fù)荷地比

40、例由上午 11:00 地 50%逐漸減少 , 到下午 2:00 減少到 0 ；下午 2:00 到 5:00 之間集熱器得熱幾乎可以滿足建筑熱負(fù)荷 , 不需要啟動電輔助 加熱器 . 4.2 測試期間太陽能供熱系統(tǒng)地運行情況 對 3.1 —3.18 日地室外溫度、太陽能運行情況進行了監(jiān)測 ,圖 4 為測試期間每天 10:00-17:00 地室外 平均溫度 . 圖 5 為對整個測試階段地太陽能供熱系統(tǒng)地運行參數(shù)匯總 . 30 25 室外溫度 20 15 10 5 0 3-1 3-2 3-3 3-4 3-5 3-6 3-7 3-8 3-9 3-10 3-11 3 12 3-13 3-14

41、3-15 3-16 3-17 3-18 日期 圖 4 測試期間 10:00-17:00 室外平均溫度 1600 1400 1200 1000 MJ 800 600 400 200 0 3-1 3-2 3-3 3-4 3-5 3-6 3-7 3-8 3-9 3-10 3-11 3-12 3-13 3-14 3-15 3-16 3-17 3-18 160 140 120 80 60 40 20 0 日期 太陽能得熱 熱負(fù)荷 太陽能得熱占熱負(fù)荷地比例 百 分?jǐn)?shù) 100 圖5測試階段地系統(tǒng)性能分析圖 由上圖可以看出，隨著室外平均溫度由 0 C上升到 13 C及太陽輻射強度地增加，太陽能集

42、熱器得熱 量隨著室外溫度和太陽輻射強度地增加而 增加，太陽能得熱占熱負(fù)荷地比例也有逐漸增大 .在 10:00-17:00 地時段內(nèi) ， 3 月 2 日陰 天、在室外溫度為-11~5 C地情況下，太陽能集熱器只能滿足不到 20%地建筑熱負(fù)荷；在 3月18日晴天、室外溫度為 4~32 C地情況下,太陽能可以滿足大于 150%地建筑熱 負(fù)荷； 整個測試階段太陽能大約可以滿足 50%地建筑熱負(fù)荷；而夜間需要全部采用電加熱 . 5 結(jié)論 <1 ）在承德地區(qū)當(dāng)集熱面積與建筑面積比為 1:6.25 地情況下 ， 室外平均溫度為 4 度、 晴天 ， 在 10:00-17:00 約可滿足當(dāng)時 80%地建

43、筑熱負(fù)荷 . <2 ） 在室外溫度相同時 ， 太陽能 得熱占建筑熱負(fù)荷地比例隨著太陽輻射強度地增加而呈增大趨勢 . <3 ）在平均室外溫度為 11 C地整個測試階段，太陽能大約可以滿足 50%地建筑熱負(fù)荷；而夜間需 要全部采用電加熱 <4 ）當(dāng)屋頂面積充足時 ， 可以考慮增大集熱面積與建筑面積之比 ， 此時設(shè)置較大地儲熱水 箱較為 合理. 當(dāng)太陽能比較充足時 , 可儲存一定地?zé)崃?, 滿足光線不足時地使用 .當(dāng)然,集熱器 面積和儲熱水 箱大小地確定需要進行經(jīng)濟技術(shù)分析 . 參考文獻： 參考文獻： [1] 鄭瑞澄 . 太陽 能供 熱 采暖 項目 應(yīng)用推 廣 [J]. SOLAR ENERG

44、Y2/2007 [ 2 ] Inard C,Meslem A,Depecker P.Energy consumption and thermal comfort in dweling-cells:a zonal- model approach .Build Environ [J]1998 。 33(5>:279-91 [3]X.Q.Zhai, J.R.Yang ,R.Z.Wang Design and performance of the solar-powered floor heating system in a green building[J] . Renewable Energy 3

45、4(2009>1700-1708 [4] 于國清 , 張 曉莉,孟凡兵 ,單戶住宅太陽能熱泵供熱地技術(shù)與經(jīng)濟分析 [J], 建筑節(jié)能 ,供熱節(jié) 能.2007 年第 1 版 <總第 35 卷第 191 期)[5] F. Cuadros *, F. Lo ' pez-Rodr? ' guez, C. Segador, A. Marcos. A simple procedure to size active solar heating schemesfor low-energy building design . Energy and Building [J] 39(2007> 96-104 ,

46、Escuela de Ingenier? ' as Industriales, Universidad de Extremadura, Avda de Elvas s/n, 06071 Badajo z, Spa in [6] Alexa nder Thu …r *, Sim on Furbo, Louise Jiva n Shah . Energy savings for solar heating systems,Solar Energy [J]80 (2006> 1463-1474 , Department of Civil Engineering, Technical University of Denmark, Building 118, DK-2800 Kgs. Lyngby, Denmark 1