太阳能采暖 三类太阳能供暖系统浅析

健康舒适的生活环境离不开各种机电设备技术。正是这些创新的空调节技术，为我们提供了一个温度舒适、湿度合理、氛围健康的舒适生活环境空。

第一，太阳能地暖

太阳是一个巨大的热球体，中心区域温度几千度，平均表面温度约6000K，它以电磁波的形式将能量辐射到宇宙空。中国地表每年接收相当于4.9万亿吨标准煤的太阳辐射能量，大约等于几万个三峡工程的发电量之和。由于太阳本身的特性和太阳与地球的关系，地球大气层外和太阳光线垂直面内的辐射强度几乎是一个恒定值。但由于地球的自转和公转以及地轴与公转轨道面之间23° 27′的固定倾角，地球表面出现昼夜交替、季节变化和阴雨雪，使得某一点的太阳能成为一个可变的间歇值。然而，全国三分之二的土地面积每年日照时间超过2200小时，年太阳辐射超过5000 mj/m2。

我们提倡最好使用太阳能地暖系统供暖。目前，我国太阳能热水器的产量和数量居世界首位，其太阳能真空集热管技术已达到世界先进水平，但成本相对较低。利用太阳能将水加热到60℃或70℃，其效率非常高，而地板采暖，水温在40℃或50℃即可达到人们所需的舒适度。对于普通住宅，地暖比对流供暖节能20%左右。另外，地暖还有以下优点:垂直温度场分布比较均匀；相同室温下，高出地面0.05 ~ 0.15 m高度的温度比对流加热高8 ~ 10℃左右，有利于人体生理(即脚暖，全身暖)。与对流采暖相比，空空气对流减弱，空气洁净度更好:房间热惯性更好；适当的平均辐射温度可以减少人体的辐射和散热；热源选择广泛灵活，可应用于可提供40℃以上热水的场所；有利于建筑装饰，不占用使用面积；有利于实施分户热计量；降低地板噪音；使用寿命长，维护少。

我们假设水在12月会从20℃加热到50℃，那么:

每天每平方米总热量:176.4万千卡= 1764千卡；

每千克水从20℃加热到50℃所需的热量:

(50-20)℃×1000千卡/℃=30000千卡=30千卡

每天每平方米集热管能产生的热水量为(温差30℃):

1764 30 = 58.8千克

因此，只要使用合理，设计得当，太阳能完全可以满足日常供暖需求。根据我们的经验数据，太阳能集热面积与地暖面积的比例可以达到1:5左右。一旦出现连续阴天，可以自动使用辅助能源，实现全自动不间断地暖。太阳能供暖系统将太阳能转化为热能，通过太阳能平板集热设备收集太阳光的热量，通过热传导循环将热量引入储能罐，通过散热端将热量引入室内，通过电子控制仪表控制室内水温。

太阳能供热系统由太阳能集热部分、热能储存系统、辅助供热系统、生活热水末端系统和供热末端系统供给组成。

1 >太阳能集热器:太阳能集热器是整个装置的关键部件，主要收集太阳能，对热水储水箱中的水进行加热。在太阳能采暖热水系统中，一般选用平板集热器，具有结构简单、使用寿命长、承载力高、维护率低、易于与建筑结合等优点。

2 >太阳能储水箱:水箱保温材料采用聚氨酯泡沫。

3 >辅助供暖:辅助能源系统是太阳能集热系统的补充和备用。当太阳能系统不能满足供暖需求时，启动辅助能源对热水储水箱中的水进行加热，达到设定温度时停止。

4 >太阳能采暖终端:是太阳能集成能源系统中的建筑采暖设备。目前与太阳能热源匹配效果最好的采暖末端设备是地暖热水盘管或风机盘管。

二、全自动太阳能地暖系统

全自动太阳能地暖系统由真空管太阳能集热器、热水储水箱、辅助能源和地暖组成。

要求整个系统的输水管道必须使用带氧气阻隔层的塑料管。目前国内绝大多数地暖系统和散热器连接管都没有使用隔氧管，给以后的使用留下了隐患。与金属管相比，塑料管有一个很大的特点，分子间结构很大，属于高分子。氧分子可以通过这个缝隙渗入水体。如果是没有氧气屏障的普通塑料管，氧气渗透率为100%(相当于每2天换一次新水的整个系统)。如果加入氧气屏障，其氧气渗透率将降低99.6%(相当于每125天换一次新水)。有氧运动会对水体存在什么样的危害？主要有两种，一种是钢存在时的腐蚀，即钢产品存在于系统中，从而影响整个系统的寿命；另一种是在水中，如果有氧气存在，藻类很容易繁殖。净水处理还含有大肠杆菌等微生物，在有氧条件下会继续繁殖。作为地暖管道，可能十年只附着一层青苔，但在使用50年内，这种膜容易堵塞管道，直接影响其导热效率。在德国和一些欧洲国家，已经强制要求加热管必须有氧气阻挡层。在我国的地暖规范中，也提到了建议，但是没有强制执行，因为国内生产的管道几乎没有隔氧层。规范中建议使用带氧气屏障的管道，或在水中加氧气屏障。

真空管太阳能集热器和热水储水箱组成一个独立的回路，由一个温控柜控制，温控柜有两个温控回路Wl和W2。Wl测量真空管太阳能集热器水箱温度，W2测量热水储水箱水温。当Wl大于60℃时(温度可由用户设定，下同)，电磁阀1打开，延时几秒钟后启动热水泵。当Wl=W2时，电磁阀1和热水泵关闭。当W2为45℃时，要求(Wl-W2大于20℃才能开启电磁阀1和热水泵；当Wl=W2时，关闭电磁阀1和热水泵。当W1=5℃时，打开电磁阀2，排出收集器中的水。

辅助能源、热水储水箱、地暖组成一个独立的回路。辅助能源可以是燃气灶、电加热器、热泵等。，带有一个热水泵和两个温度控制电路F1和F2。Fl测量进水口温度，要求水温低于40℃时，启动点火、通电等辅助能源；当水温高于40℃时，应关闭辅助能源。F2测量地暖室内温度。当室内温度高于22℃时，停止热水泵，低于18℃时，启动热水泵，使地暖系统循环。

热水储罐要求保温性能高，进出管道的所有节点都要采取非常好的保温措施。溢流管采用单向阀。当储水箱中的压力升高时，它会向外排水或排水。反之，当压力降至负压时，不允许回吸外界空气空。补排水管也是单向阀，要求当储槽内压力为负压时，自动补充处理后的含氧量低的水。

地暖系统可以根据采暖面积大小决定分水器的类型和数量。同时要求有地暖的建筑保温性能越高越好。

三、简易太阳能供热系统

利用这个系统，我们可以改造现有的非集中供暖房屋。对于居住在城镇住宅区的家庭来说，有的是地暖，有的是暖气片。无论哪种加热方式，都会有一个带有温控电路的燃气灶作为加热能源。只要在煤气炉进水口前串联一个小型热水储水箱，储水箱和带有真空管的室外太阳能集热器组成一个简单的恒温排水回路，就可以达到太阳能加热的目的。

对于广大农村家庭来说，这个系统可以更简单地使用。辅助热源可以是家里做饭用的煤炉，可以补充一日三餐和烧水时的热量。真正的空8平米左右恒温排水太阳能集热器，完全可以满足一个家庭的日常取暖需求。3 ~ 4年后即可收回全部投资。

太阳能蓄热供暖简介

太阳能蓄能供暖分为日蓄能供暖、周蓄能供暖和季间蓄能供暖

A.当天储能加热

同一天蓄能供暖是指利用太阳能集热器收集水箱中的热能并储存起来，以满足建筑末端的供暖需求。

B.每周储能加热

周蓄能供暖是指利用太阳能集热器将一周的热能收集到水箱中储存，以满足建筑末端的供暖需求。集热器的面积根据一周的太阳辐射量确定，水箱的容量略大于当天蓄能供热系统的容量。适合不常住的度假别墅。

C.跨季节蓄能供暖

跨季节蓄能供暖是指利用太阳能集热器将春夏秋季的热能收集到水箱中储存，以满足建筑末端的供暖需求。集热器的面积根据三季的太阳辐射量确定，水箱的容量比同一天蓄能供热系统的水箱大10倍左右。适合没有足够空间放置太阳能收集器的别墅。

辅助能量的选择

辅助能源介绍:燃油锅炉、燃气炉、生物质锅炉、燃煤锅炉、电加热、(内置电加热器或水箱外置电加热器)、热泵。

燃煤锅炉启停时间长，难以调节出力，难以实现自动控制或无人值守，存在环境污染问题；

燃油、燃气锅炉易于控制、调节，实现自动控制运行，但机房需要满足消防要求；

热泵运行成本低，控制方便，但设备初投资高。另外，我国北方地区冬季使用的空空气源热泵的能效比很低。

电加热设备易于安装和控制，是太阳能热水系统最常用的辅助热源，但运行成本高，有时由于需要增加功率容量，系统投资大大增加。

选择辅助热源时，应综合考虑所有因素。

太阳能供热系统辅助材料的选择

1.管道

太阳能供热系统中使用的管材和管件应符合现行产品要求，管材的工作压力和温度不得超过产品标准标定的允许工作压力和温度。

太阳能收集系统的管道可以是钢管、薄壁不锈钢、塑钢热水管、塑料和金属复合管等。以乙二醇为主要成分的防冻系统不应使用镀锌钢管。

热水管应耐腐蚀，符合卫生要求，一般为薄壁铜管、薄壁不锈钢、塑料热水管、塑料金属复合管等。

设计时，应在系统管道的必要位置设置排气装置、排水装置、温度计、压力表、安全阀、膨胀罐等辅助设备。膨胀罐或减压阀应设置在封闭系统中。

2.管道绝缘

太阳能热水系统的连接管、水箱和供水管应保温。常用的保温材料有岩棉、玻璃棉、聚氨酯泡沫、橡胶泡沫等材料。

管道保温材料的选择有以下要求:

1).保温产品的允许温度应高于太阳能系统工作介质的最高温度。

2).保温材料不宜使用有机材料，以免防虫。腐烂，产卵，吸引老鼠。

3).应采用吸湿性小、保水性弱、不腐蚀管壁的材料；室外管道保温层应加保护层，以防积水。

4).隔热材料应采用不燃和阻燃材料。符合GB50016《建筑防火设计规范》的要求；电加热器的绝缘必须使用不可燃材料。

3.太阳能系统的效率与集热器的类型和工质的工作温度密切相关。太阳能采暖系统的散热部件根据以下原则选择:

1).太阳能采暖系统应以低温辐射采暖系统为主。

2)水-空气体处理设备和散热器系统应采用60-80℃高效太阳能集热器，如高效平板太阳能集热器或热管太阳能集热器。该系统适用于夏热冬冷或气候温和的地区。

3)热风供暖系统适用于低层建筑或局部需要供暖的地方。

4.低温辐射供暖系统的设计要点

太阳能采暖系统更适合低温辐射采暖。供水温度不应超过60℃，供回水温差应在10℃左右，太阳能采暖系统供水温度应在35-50℃；加热系统的工作压力不得超过0.8兆帕..

地面结构

地面结构由地面或与土壤相邻的地面、保温层、加热管、填充层、找平层和面层组成。与土壤相邻的地面必须设置保温隔热层，保温隔热层的下部必须设置防潮层。与室外空气直接相邻的地板空必须有保温层。卫生间、洗衣房、浴室、游泳池等潮湿房间，应在填充层顶部设置隔离层。当工程允许地面按双向散热设计时，楼层之间的上层不设保温层。

热阻小于0.05㎡的材料。表层宜采用℃/W。花岗岩、大理石、瓷砖的热阻为0.02㎡。℃/W，木地板0.10㎡。℃/W，毯的为0.15 ㎡。

保温层采用聚乙烯泡沫塑料板，容重不小于20kg/m，抗压强度不小于100kPa，导热系数不大于0.41w(m.℃)。保温层的厚度应符合下列要求:层间楼面保温层不小于20毫米，与土壤或室外空空气相邻的楼面保温层不小于40毫米。

不间断伸缩缝应铺设在与内外墙、立柱、大门等竖向构件的交接处，伸缩缝宽度不应小于20毫米。伸缩缝采用聚苯乙烯或高发泡聚乙烯泡沫塑料。当建筑面积超过30㎡或边长超过6m时，应设置伸缩缝，其宽度不应小于8mm，伸缩缝应采用高发泡聚乙烯泡沫塑料或填充弹性膨胀膏。

结束