太陽能用于建筑供暖熱水復(fù)合系統(tǒng)技術(shù)分析-31

1、太陽能用于建筑供暖熱水復(fù)合系統(tǒng)技術(shù)分析劉偉鋒1 宋蕾1 張立敏2 閻一娜2 （山東省建筑設(shè)計研究院 250001，濟南藍天陽光新能源有限公司250101）摘 要:本文指出太太陽能用用于建筑筑供暖與與熱水是是解決降降低建筑筑能耗的的途徑之之一，詳詳細分析析了太陽陽能供熱熱利用技技術(shù)，并并根據(jù)市市場上太太陽能供供熱工程程存在著著系統(tǒng)設(shè)設(shè)計不合合理、建建筑室內(nèi)內(nèi)溫度達達不到舒舒適要求求、初投投資高等等問題，提提出一種種新型的的太陽能能采暖熱熱水復(fù)合合系統(tǒng)及及其工作作原理，該該系統(tǒng)滿滿足室內(nèi)內(nèi)冬季供暖暖的同時時提供用用戶一年年四季熱熱水需要要，具有有廣泛的的市場應(yīng)應(yīng)用前景景。關(guān)鍵詞: 太陽能能 供供暖

2、 熱水引言隨著國家經(jīng)經(jīng)濟的快快速發(fā)展展發(fā)展，能能源短缺缺問題日日益嚴重重。我國國北方大大部分地地區(qū)冬季季寒冷,一年中中近1/3時間間屬采暖暖季。由由于傳統(tǒng)統(tǒng)的采暖暖手段既既嚴重影影響了空空氣質(zhì)量量,又加加劇了我我國能源源的緊張張程度1。太陽能是一一種沒有有污染、取取之不盡盡、用之之不竭的的潔凈能能源，我我國對太太陽能的的光熱利利用始于于20世世紀700年代，330多年年來我國國各種太太陽能熱熱利用技技術(shù)獲得得不同程程度的發(fā)發(fā)展。國家經(jīng)貿(mào)委委組織制制定的22000020015年年新能源源與可再再生能源源產(chǎn)業(yè)發(fā)發(fā)展規(guī)劃劃重點指指出：我我國今后后將大力力發(fā)展太太陽能等等新能源源2，在建建設(shè)部制制定的

3、中中國“住宅陽陽光計劃劃”綱要（草草稿）中中提出：根據(jù)當(dāng)當(dāng)前太陽陽能技術(shù)術(shù)與產(chǎn)業(yè)業(yè)條件，考考慮到今今后的發(fā)發(fā)展趨勢勢，結(jié)合合我國住住宅建設(shè)設(shè)的實際際情況，太太陽能低低溫?zé)崴匕遢椵椛洳膳夹g(shù)是是實施中中國“住宅陽陽光計劃劃”的重點點優(yōu)先領(lǐng)領(lǐng)域之一一3。20006年年2月，山山東省政政府發(fā)布布的山山東省中中長期科科學(xué)和技技術(shù)發(fā)展展規(guī)劃綱綱要（220066-20020年年）中提提出，未未來十五五年中要要積極推推進太陽陽能開發(fā)發(fā)利用，并并積極研研究開發(fā)發(fā)太陽能能與民用用建筑密密切結(jié)合合的措施施，綜合合利用太太陽能技技術(shù)。其中太陽能能用于建建筑供暖暖熱水成為為當(dāng)前太太陽能熱熱利用的的趨勢之之一，也

4、也為解決過過高建筑筑能耗提提供新的的途徑。1 太陽能能供暖熱熱水復(fù)合合系統(tǒng)介紹紹太陽能供暖暖熱水復(fù)復(fù)合系統(tǒng)統(tǒng)，既可可以向用用戶提供供生活洗洗浴熱水水，也可可以滿足足用戶冬冬季室內(nèi)內(nèi)供暖要要求。一一般由太太陽能集集熱器、蓄蓄熱水箱箱、循環(huán)環(huán)水泵及及管路、控控制系統(tǒng)統(tǒng)、輔助助熱源及及室內(nèi)末末端散熱熱設(shè)備等等組成。太陽能供暖暖方式可可分為主主動式和和被動式式兩種方方式。隨隨著我國國各類建建筑節(jié)能能設(shè)計標(biāo)標(biāo)準的發(fā)發(fā)布，被被動式太太陽能采采暖已經(jīng)經(jīng)被逐漸漸實施，這這類采暖暖方式由由建筑師師統(tǒng)一考考慮。主主動式太太陽能供供暖系統(tǒng)統(tǒng)是使用用常規(guī)能能源，利利用水泵泵或風(fēng)機機等動力力設(shè)備，將將熱水或或熱空氣氣從

5、太陽陽能集熱熱系統(tǒng)輸輸送到蓄蓄熱系統(tǒng)統(tǒng)或采暖暖房間內(nèi)內(nèi)，即分分為太陽陽能空氣氣加熱供供暖和太太陽能熱熱水供暖暖系統(tǒng)。其中太陽能熱水供暖復(fù)合系統(tǒng)是目前市場上應(yīng)用技術(shù)較為成熟的一種方式，太陽能熱水供暖系統(tǒng)又可以分為太陽能季節(jié)蓄熱和短期蓄熱供暖系統(tǒng)。主動式采暖在我國起步較晚，目前國內(nèi)外技術(shù)應(yīng)用最為成熟，最適宜市場化運作的太陽能短期蓄熱的熱水供暖系統(tǒng)，本節(jié)主要介紹太陽能短期蓄熱的熱水供暖系統(tǒng)。太陽能短期期蓄熱熱熱水供暖暖系統(tǒng)形形式可以以分為間間歇運行行系統(tǒng)和和連續(xù)運運行系統(tǒng)統(tǒng)，其中中連續(xù)運運行系統(tǒng)統(tǒng)按太陽陽能熱利利用方式式不同可可以分為為直接式式和間接接式。下下面分別別加以介介紹：1.1太陽陽能間歇歇

6、采暖運運行系統(tǒng)統(tǒng)太陽能間歇歇運行系系統(tǒng)是將將太陽能能集熱、蓄蓄熱系統(tǒng)統(tǒng)白天儲儲存的熱熱量以空空氣或水水的形式式在夜間間送往室室內(nèi)供暖暖，在太太陽能儲儲存熱量量不足的的情況下下，可與與常規(guī)能能源配合合使用，其其原理圖圖如圖22.4所所示：圖2.4：太陽能能間歇供供暖系統(tǒng)統(tǒng)原理圖圖該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)構(gòu)簡單，初初投資較較低，系系統(tǒng)利用用白天蓄蓄熱水箱箱得熱量量在夜間間通過管管路送往往室內(nèi)供供暖，當(dāng)當(dāng)蓄熱水水箱熱量量不足時時可用輔輔助熱源源保證室室內(nèi)供暖暖需要。但系統(tǒng)對太陽能輻照度要求較高，只適合我國華北、西南等一些冬季室外溫度相對較高、日照充足地區(qū)。1.2太陽陽能連續(xù)續(xù)采暖運運行系統(tǒng)統(tǒng)目前全國大大部分采采暖

7、地區(qū)區(qū)的建筑筑白天也也需要采采暖，連連續(xù)運行行的太陽陽能采暖暖系統(tǒng)可可以滿足足這種建建筑采暖暖的要求求，同時時也是適適用最廣廣泛的一一種系統(tǒng)統(tǒng)。按太太陽能熱熱利用方方式不同同可以分分為直接接式和間間接式；兩種形形式分析析對比如如下：所謂直接式式就是將將太陽能能集熱器器加熱蓄蓄熱水箱箱的熱水水直接用用來供暖暖（如圖圖2.55所示），水水同時做做集熱介介質(zhì)和室室內(nèi)供暖暖介質(zhì)。圖2.5： 太陽陽能直接接供暖循循環(huán)原理理圖一太陽能直接接供暖循循環(huán)形式式相比太太陽能間間歇供暖暖形式在在太陽能能集熱循循環(huán)部分分增加循循環(huán)泵，靠靠壓力循循環(huán)不斷斷收集太太陽能蓄蓄熱量滿滿足室內(nèi)內(nèi)供暖要要求。此此種系統(tǒng)統(tǒng)適宜在

8、在冬季環(huán)環(huán)境溫度度較高，防防凍要求求不嚴格格的地區(qū)區(qū)使用。間接式就是是集熱器器的集熱熱量不直直接去供供暖，而而是通過過換熱器器換熱或或是通過過熱泵將將熱水的的溫度再再次提高高后用于于供暖，即即：太陽陽能集熱熱部分與與供熱部部分相互互獨立。有有以下兩兩種形式式：（一）太陽陽能集熱熱器使用用防凍液液或者導(dǎo)導(dǎo)熱油等等傳熱系系數(shù)較高高的介質(zhì)質(zhì)，同時時可以防防止集熱熱管路寒寒冬季節(jié)節(jié)的凍結(jié)結(jié)，也可可以杜絕絕水做循循環(huán)介質(zhì)質(zhì)對管路路的腐蝕蝕，循環(huán)環(huán)介質(zhì)的的熱量靠靠換熱盤盤管傳遞遞給蓄熱熱系統(tǒng)儲儲存然后后用于室室內(nèi)供暖暖。其如如圖2.5所示示：圖2.5： 太陽陽能間接接供暖循循環(huán)原理理圖一（二）太陽陽能集熱

9、熱器加熱熱的熱水水不直接接給建筑筑供暖而而是通過過熱泵將將水溫度度再次提提高后供供暖，也也叫太陽陽能熱泵泵供暖(如圖22.6所所示)：圖2.6 太陽能能間接供供暖循環(huán)環(huán)原理圖圖二該系統(tǒng)在太太陽能輻輻照度小小，集熱熱溫度低低，直接接供暖不不可能的的情況下下，可以以通過熱熱泵提取取水箱中中的熱量量獲得較較高溫度度的供暖暖熱媒，是是較為節(jié)節(jié)能的技技術(shù)。綜上所述，太太陽能采采暖系統(tǒng)統(tǒng)相比純純粹太陽陽能熱水水系統(tǒng)存存在一定定的優(yōu)勢勢，但同同時也存存在一些些缺點，受受天氣影影響較大大，當(dāng)冬冬季室外外溫度較較低陰雨雨天，系系統(tǒng)靠輔輔助熱源源供暖，運運行費用用較高。因因此，合合理的太太陽能采采暖熱水水復(fù)合系系

10、統(tǒng)設(shè)計計成為其其推廣應(yīng)應(yīng)用的關(guān)關(guān)鍵。目目前市場場上太陽陽能采暖暖工程存存在著系系統(tǒng)設(shè)計計不合理理、建筑筑室內(nèi)溫溫度達不不到舒適適要求、初初投資高高等問題題。本文文總結(jié)太太陽能采采暖經(jīng)驗驗教訓(xùn)，提提出一種種新型的的太陽能能供暖熱水水復(fù)合系系統(tǒng)。2新型太陽陽能供暖暖熱水復(fù)復(fù)合系統(tǒng)統(tǒng)該系統(tǒng)充分分考慮了了太陽能能集熱器器受陰雨雨天等影影響因素素，其運運行費用用較低，滿滿足室內(nèi)內(nèi)冬季供供暖的同同時，一一年四季季提供生生活熱水水，有著著較高的的利用效效率。2.1 系系統(tǒng)運行行原理圖圖由于普通利利用散熱熱器進行行采暖的的工質(zhì)溫溫度要求求較高（770以上）不不適合太太陽能出出水溫度度要求（太太陽能集集熱器在在

11、工質(zhì)溫溫度低的的情況下下效率較較高），所所以利用用地板輻輻射采暖暖與太陽陽能集熱熱系統(tǒng)配配合是最最佳的解解決方案案，室內(nèi)內(nèi)設(shè)計溫溫度可比比散熱器器形式低低23，節(jié)能能20%300%44，地地面作為為散熱源源溫度不不能過高高，人員員經(jīng)常停停留處一一般不高高于2995，地板板采暖的的供水溫溫度一般般在600以下66，太太陽能集集熱器在在工質(zhì)溫溫度低的的情況下下效率較較高77。所所以利用用太陽能能地板輻輻射采暖暖是目前前建筑冬冬季采暖暖的最佳佳解決方方案（如如圖2.7所示示）。1 太陽能能集熱器器 2生生活水箱箱 3 蓄熱水水箱 44 洗浴浴熱水 5 室室內(nèi)盤管管 6 電輔助助7循環(huán)泵 8 排排氣閥

12、 D 電電磁閥2.7 太太陽能供供暖熱水水復(fù)合系系統(tǒng)循環(huán)環(huán)原理圖圖 （一一）從圖圖中可以以看出：該復(fù)合合系統(tǒng)有有兩個水水箱，生生活熱水水箱與采采暖水箱箱相互分分開，為為了保證證生活熱熱水不受受采暖熱熱水污染染，生活活熱水箱箱加裝換換熱盤管管，系統(tǒng)統(tǒng)循環(huán)依依舊包括括兩個部部分：太太陽能集集熱循環(huán)環(huán)與室內(nèi)內(nèi)供暖循循環(huán)。（二）運行行工況：集熱循環(huán)：太陽能集熱熱器首先先加熱供供熱水箱箱，生活活熱水箱箱用于儲儲存太陽陽能集熱熱器多余余的熱量量；當(dāng)太太陽能集集熱器溫溫度t11大于或或等于水水箱t33為100時，電電磁閥DD-1關(guān)關(guān)閉，DD-2開開啟，集集熱循環(huán)環(huán)泵7開開啟，當(dāng)當(dāng)集熱水水箱水溫溫升至550時

13、，電電磁閥DD-2關(guān)關(guān)閉，DD-1開開啟；當(dāng)當(dāng)太陽能能集熱器器溫度tt1大于于或等于于水箱tt2為110時，太太陽能集集熱器用用于加熱熱生活熱熱水箱水水溫至550，當(dāng)集集熱器水水溫與水水箱水溫溫相差低低于5時，循循環(huán)泵關(guān)關(guān)閉；這這樣反復(fù)復(fù)循環(huán)使使水箱水水溫不斷斷升高；自動上水：當(dāng)水箱2、33水位低低于400%時，電電磁閥DD-3、DD-4開開啟，水水箱上水水；當(dāng)水水箱水位位達到1100%時，電電磁閥DD-3、DD-4關(guān)關(guān)閉，上上水結(jié)束束。管道防凍：當(dāng)集熱管道道T4溫溫度低于于5時，循循環(huán)泵77開啟，當(dāng)當(dāng)T4達達到100時，循循環(huán)泵77停止工工作；恒溫供水：當(dāng)水箱2出出水溫度度低于設(shè)設(shè)定供暖暖溫

14、度440，輔助助電加熱熱6開啟啟，加熱熱室內(nèi)供供水溫度度至600，當(dāng)集集熱水箱箱出水溫溫度大于于65時，輔輔助電加加熱關(guān)閉閉。室內(nèi)溫度控控制；室內(nèi)溫度可可根據(jù)用用戶需要要自行設(shè)設(shè)置，比比如室溫溫控制器器設(shè)置118-222，當(dāng)室室溫達到到22時，供供暖循環(huán)環(huán)泵停止止供水，當(dāng)當(dāng)室溫低低于188時，循循環(huán)泵77重新開開啟； 當(dāng)時室內(nèi)循循環(huán)回水水比水箱箱水溫高高時，電電磁閥DD-6開開啟，DD-5關(guān)關(guān)閉，室室內(nèi)回水水通過輔輔助電加加熱加熱熱至供水水溫度供供于室內(nèi)內(nèi)；總之，該系系統(tǒng)存在在一定的的優(yōu)勢，滿滿足室內(nèi)內(nèi)冬季供供暖和一一年四季季提供生生活熱水水需求，運運行費用用較低，有有著廣泛泛的市場場推廣應(yīng)應(yīng)

15、用前景景。該系統(tǒng)的的設(shè)計包包括許多多因素：采暖所所需熱量量的儲存存、蓄熱熱水箱的的個數(shù)、蓄蓄熱與集集熱介質(zhì)質(zhì)的選擇擇、換熱熱器的形形式、輔輔助熱源源類型等等等，系系統(tǒng)的設(shè)設(shè)計必須須因地制制宜、充充分考慮慮當(dāng)?shù)靥柲苜Y資源狀況況、氣象象狀況、居居民生活活習(xí)慣、投投資成本本等多方方面因素素；3 結(jié)論太陽能供熱熱技術(shù)已已經(jīng)越來來越成熟熟，我國國大部分分供暖地地區(qū)太陽陽能資源源豐富，我我們還應(yīng)應(yīng)積極推推廣應(yīng)用用太陽能能熱水供供暖復(fù)合合利用技技術(shù)。太太陽能供供暖熱水水技術(shù)有有著顯著著的節(jié)能能和環(huán)保保效益，在在傳統(tǒng)能能源越來來越緊缺缺，提倡倡低碳經(jīng)經(jīng)濟的今今天，太太陽能熱熱水供暖暖技術(shù)會會得到越越來越廣廣泛的推推廣和應(yīng)應(yīng)用。建建立比較較適合我我國實際際情況的的太陽能能供暖熱熱水系統(tǒng)統(tǒng)，需要要考慮防防凍、抗抗腐蝕的的集熱器器等產(chǎn)品品以及系系統(tǒng)各部部分的合合理，需需要進一一步的探探索努力力。參考文獻1 賀賀 平,孫 剛剛.供熱熱工程M.北京:中國建建筑工業(yè)業(yè)出版社社,20003.2 姜姜宏安，楊楊曉光.住宅用用太陽能能熱水系系統(tǒng)探討討J， 中中國西部部科技,20004，(4)：78-793 鄭鄭瑞澄. 太陽陽能低溫溫?zé)崴氐匕遢椛渖洳膳疛， 太陽能能, 220000，(11)：114-1164