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摘要：本文通過對太陽光能的分析研究及對目前太陽能利用的利弊分析，提出新型的太陽能供熱(暖)設(shè)備及系統(tǒng)，具有防凍、不結(jié)垢、高效三大特點(diǎn)而且已在小范圍的安裝使用，效果顯著，有明顯的經(jīng)濟(jì)價值及社會效益，有一定的推廣價值。...

太陽能供熱系統(tǒng)工程

王日全

青海萬發(fā)建筑安裝工程有限公司

1、了解太陽能

    地球上的能源來自于太陽。每年地球所接受的太陽能總量為l×1018KW·h，大氣層外的太陽輻射能為l353W/m2，陽光通過大氣層時被吸收一部分，同時還受天氣、空氣質(zhì)量等因素影響，到達(dá)地面上的太陽輻射強(qiáng)度各地區(qū)不盡相同，一天24小時各時段也不同，具有一定的周期性。太陽能本身所具有的特點(diǎn)歸納如下：       

    1)太陽輻射能量巨大，有一定的規(guī)律和周期性。

    2)太陽能是無污染的清潔能源

    3)太陽能源源不斷地投向地球等星球。

    4)太陽能本身不花錢。

    5)太陽能用途廣，利用空間大。

    我們國家地域遼闊，光能資源豐富。西安地區(qū)四月份晴天正午時分，地面上接收的太陽輻射能為983W/m2。青海地處高原，天高云淡，晴天多陰天少，光照強(qiáng)度比一般地區(qū)高(約為l030W/m2)。太陽賜給我們更豐富的光能資源，取之不盡，用之不竭。

2、現(xiàn)有太陽能熱利用狀況

    太陽能熱利用由來已久，世界各地用法不盡相同。我國在太陽能熱利用方面已經(jīng)處于世界先進(jìn)行列。主要有三大系列產(chǎn)品：

    1)以清華大學(xué)發(fā)明的玻璃真空管集熱技術(shù)為核心的太陽能熱水器，應(yīng)用面較廣，適應(yīng)性能好，價格較高。

    2)在傳統(tǒng)的板式集熱器基礎(chǔ)上優(yōu)化改進(jìn)型的熱水器，抗凍功能差，限于某些地區(qū)使用，價格較低。

    3)太陽灶，在廣大農(nóng)村牧區(qū)普遍使用，價格低廉。

    這些太陽能熱利用產(chǎn)品先進(jìn)科學(xué)，實(shí)用性非常好，節(jié)約了大量不可再生能源，省了不少錢，減少了環(huán)境污染，得到了良好社會效益和生態(tài)效益。國家在加大力度制定相關(guān)的配套法規(guī)政策，推廣使用太陽能。

3、太陽能供熱(暖)可行性

    首先，太陽能供熱(暖)符合國家科技、能源、環(huán)境政策，各級政府又在大力推廣建筑節(jié)能保溫項目，提高建筑的儲能和絕熱功能，這將為太陽能供熱(暖)奠定了儲能基礎(chǔ)，更有利于太陽能供熱(暖)的推廣應(yīng)用。太陽能供熱(供暖和供熱水)必須與其它能源相結(jié)合，供熱設(shè)施一體化設(shè)計，結(jié)合的目的是節(jié)約不可再生能源，花更少的錢達(dá)到同樣的供熱(暖)指標(biāo)，一年四季用熱水，這種方式符合消費(fèi)者利益。

    在冬季平均每天有效光照時間為4～6小時(各地區(qū)光照時問不同)，這段時間內(nèi)完全可以用光一熱供暖，其他時段或陰雪天氣用其它能源供暖，供暖期內(nèi)節(jié)能率可達(dá)40％以上。

    總的來講，有一定的光照強(qiáng)度通過光一熱轉(zhuǎn)換設(shè)備就可以獲取相應(yīng)的熱量，關(guān)鍵在于用什么設(shè)備、花多少錢、獲取多少熱量，即性能、價格、功效比例是否合理，如果合理人們會接受的。

    近兩年，我們查閱了許多關(guān)于太陽能熱利用方面成功的經(jīng)驗(yàn)資料，借助于這些技術(shù)條件基礎(chǔ)，結(jié)合自己的技術(shù)能力和開發(fā)能力，制造出數(shù)臺太陽能供熱(供暖和熱水)設(shè)備，經(jīng)過實(shí)地試驗(yàn)測試，取得了比較滿意的效果。綜合性價比比較理想，符合市場運(yùn)行規(guī)律。

4、太陽能供熱(暖)設(shè)備及系統(tǒng)工程

    技術(shù)要點(diǎn)：熱得快、抗凍性能、保溫性能、常壓運(yùn)行、不結(jié)垢、熱效率高、換熱傳遞速度快。

    1)熱得快

    太陽能供熱設(shè)備的核心部件是采光集熱板，為了使板內(nèi)換熱介質(zhì)熱得快，將集熱板設(shè)計成大采光面小流量，這樣可在短時間內(nèi)把換熱介質(zhì)加熱到供暖所需要的溫度。管板式集熱板承壓可達(dá)0.4MPa。

    在集熱板表面采用陽極氧化著色，具有光一熱轉(zhuǎn)換效率高、抗老化、不脫落等優(yōu)點(diǎn)。

    2)抗凍性能

    傳統(tǒng)的板式集熱器，熱效率較高，但抗凍性能較差，這也是多少年來制約板式太陽能發(fā)展的原因一。我們所開發(fā)的板式太陽能供熱設(shè)備在板管內(nèi)以防凍液(或其他不凍液)為換熱介質(zhì)，在水箱和供暖系統(tǒng)中循環(huán)，抗凍能力可達(dá)到40。C，具有卓越的抗凍性能。

    3)保溫性能  

    集熱板的保溫直接影響其熱效率，設(shè)計采用兩種保溫形式，在集熱板背面選用高密度聚乙烯苯板一次性成型為槽形，具有一定的剛度，苯板耐高溫性能差(≤60℃)，但價格低，耐老化，在其高溫側(cè)鋪一層硅酸鹽保溫材料，形成溫度梯度，保護(hù)苯板不受高溫。在集熱板透光側(cè)用密封中空玻璃保溫，其中空間隙大小非常關(guān)鍵，為此，我們引用日本《建筑保溫》中的5mm空氣保溫技術(shù)，在5mm空氣層內(nèi)空氣基本不對流，對流換熱系數(shù)接近為零，實(shí)現(xiàn)良好的保溫性能。

    4)常壓運(yùn)行

    太陽能供熱(暖)系統(tǒng)工程安全運(yùn)行非常重要。

    液體受熱密度變小，體積膨脹，這是自然循環(huán)動力的來源，但也是破壞系統(tǒng)的原動力，所以在整個太陽能供熱系統(tǒng)中，在最高處設(shè)有通大氣孔，便于換熱介質(zhì)熱脹冷縮呼吸，使整個供熱系統(tǒng)處于常壓狀態(tài)下運(yùn)行。

    5)不結(jié)垢

    在太陽能供熱(暖)系統(tǒng)中，設(shè)有一個一定容積的水箱，有兩個用途：①生活用熱水箱，②不供暖期內(nèi)釋放集熱板能量。在水箱內(nèi)設(shè)一換熱器，其外側(cè)是自來水，內(nèi)側(cè)是換熱介質(zhì)，在換熱過程中水側(cè)產(chǎn)生一定的水垢為剛性，將換熱器設(shè)計呈波紋狀，換熱時發(fā)生了彈性變形，外側(cè)的剛性水垢會自動脫落，在水箱底部設(shè)排污口，定期排放即可。

    6)熱效率及傳熱速度

    太陽能供熱(暖)系統(tǒng)熱效率高低還取決于管路保溫和散熱器性能，管路保溫選用閉孔“海綿”雙層套管，接口處用膠帶扎牢，防止脫節(jié)漏溫。散熱器選用小容積、傳熱速度快的產(chǎn)品，有效快速的將熱量傳遞室內(nèi)空氣，盡快提高室內(nèi)溫度。太陽能供熱(暖)設(shè)備及系統(tǒng)工程，主要有采光集熱板、水箱、自動控制器、電暖氣、循環(huán)管道、循環(huán)泵、散熱器、膨脹缸、防凍液等構(gòu)成。工作原理為：采光集熱板將光能轉(zhuǎn)換為熱能并加防凍液，防凍液作為換熱介質(zhì)，在系統(tǒng)中自然循環(huán)或強(qiáng)制循環(huán)將熱量轉(zhuǎn)遞到水箱或散熱器，達(dá)到光一熱利用的目的。其主要特點(diǎn)是：①熱得快、效率高；②抗凍能力強(qiáng)(達(dá)到一40％)；③常壓運(yùn)行安全；④不結(jié)垢；⑤使用壽命長(達(dá)到20年)；⑥節(jié)能省錢。該系統(tǒng)工程安裝使用非常方便，可獨(dú)立進(jìn)行供暖和獨(dú)立組裝熱水工程，也可以兩者兼顧，同時供熱，總之可按照用戶要求進(jìn)行設(shè)計，考慮冬季供暖為主，采光換熱板的安裝角度就不同于普通熱水器安裝角度，在青海地區(qū)集熱板與地面夾角以600為宜，朝陽角度以偏西l00為宜。        這組安裝角度在冬季可獲得更好的熱量，由于設(shè)計供暖所需集熱板較大，其它季節(jié)供熱水不受適應(yīng)性太陽能供熱(暖)設(shè)備及系統(tǒng)工程，適用于40℃環(huán)境條件下。結(jié)合建筑保溫改造或新建建筑居所進(jìn)行供暖和熱水供應(yīng)。

    特別適用于農(nóng)村、牧區(qū)、學(xué)校供暖，學(xué)校多為白天上課，而白天大部分時間可用太陽能供暖，早上用其它能源供暖，供暖時間一般為3小時，星期天或節(jié)假日停止供暖，太陽能熱水器不用停，只把其他能源關(guān)掉節(jié)約率相對更高。由于在供暖系統(tǒng)中充裝的是不凍液，即使在星期天、節(jié)假日中也不用擔(dān)心供暖系統(tǒng)防凍問題。而且熱水供暖，即使在節(jié)假日中也必須供暖，不然就有可能凍壞供暖設(shè)施，相對來講造成無效供暖和無效花錢。

6、青海地區(qū)供暖特點(diǎn)及太陽能供暖優(yōu)勢

    青海地區(qū)冬季寒冷且時問長，供暖時間長達(dá)半年以上，并有良好的供暖習(xí)慣，但房屋保溫性能較差，為了取暖，每年冬季花費(fèi)大量資金去維持室內(nèi)溫度，近年來又燃用清潔燃料供暖，供暖費(fèi)用居高不下。

    青海地處”三江”源頭，營造環(huán)境保護(hù)環(huán)境，使用清潔能源比其它地區(qū)更為重要。青海天高云淡，晴多陰少，有更豐富的光能資源，光照強(qiáng)度達(dá)1030w/m2，只要太陽升起來，如此巨大的能量就會源源不斷地投向我們的家園，我們已經(jīng)有了太陽能利用的習(xí)慣，熱水器、太陽灶，還有太陽能電源，用之無不稱好，利國利民。

7、太陽能供熱(暖)經(jīng)濟(jì)分析

    結(jié)合其它能源供暖主要有三種方案：

    1)太陽能供暖+電熱供暖機(jī)(可分式)；

    2)太陽能供暖+電熱循環(huán)系統(tǒng)(一體化)；

    3)太陽能供暖+燃?xì)庀到y(tǒng)(或其他能源)。太陽能供暖與電熱(或其他能源)供暖交替運(yùn)行時間為5：3，即平均光照時間為5小時，電熱供暖3小時。全天陰雪天氣在青海占10％，以西寧地區(qū)100m2供暖面積現(xiàn)行價計算，一個供暖期內(nèi)電耗費(fèi)用為：

    100m×60w/m2×3小時/天×180天×0.43元/度÷0.9=1440元

    綜合供暖費(fèi)用和燃煤供暖費(fèi)用相差無幾，且自動控制，常年使用熱水。太陽能供暖系統(tǒng)一次性投資(按100m2供暖面積計算)：

    1)采光集熱            12m2×200元/m2         2400.00元   

    2)自動控制器                                  360.00元

    3)水箱                     (120L自選)         500.O0元

    4)循環(huán)泵80w                                   130.O0元

    5)管道、散熱器              30元/m2           3000.O0元

    6)不凍液               150L×4.50：Tc/L       675.O0元

    7)利稅                 以上合計×12％          787.80元 

    合計                                           7352.80元 

    太陽能供暖系統(tǒng)使用壽命長達(dá)20年，一次投資長期受益。如果選用其他供暖方式，其設(shè)施投資也不低，同時還要消耗其他能源。

    每平方米集熱板平均光熱功率為500w，每天有效日照時間平均按4小時計算，每天的累積熱量為2．Okw.h，按平均電價0.50元/度計算，每天可節(jié)約l.O0元，每年按220天光照日計算，每平方米集熱板每年可節(jié)能相當(dāng)于電費(fèi)220.O0元(但一年內(nèi)不一定220天都在有效使用)。

8、市場分析與對比

    1)新型太陽能供熱設(shè)備可以一機(jī)兩用，在供暖的同時供應(yīng)熱水，這是一般太陽能熱水器所不及的。

    2)這種供熱設(shè)備組裝的熱水器性價比高，比真空玻璃管熱水器(同性能的)價格低約30％，而且適應(yīng)性好，抗凍能力強(qiáng)，可謂是物美價廉。

    3)就熱水器講國內(nèi)年總銷量約60萬臺，以真空玻璃管熱水器占主導(dǎo)地位，質(zhì)量優(yōu)劣都有，價格差異較大，按總的市場趨勢很好。

    4)新型太陽能供熱設(shè)備市場定位，質(zhì)量是上乘的，但價格定在中低檔，以盡快就位市場一角。

    5)對于供暖市場，雖然潛力比較大，但必定一種新產(chǎn)品，市場有一定的認(rèn)識過程和試用階段，預(yù)測在較短時間內(nèi)能夠認(rèn)可，特別是分戶供暖和學(xué)校，有很好的市場前景。

    6)相關(guān)市場，目前制約太陽能設(shè)備使用的因素還比較多，建筑設(shè)計未能配套設(shè)計，在原有建筑上安裝水平參差不齊，某種程度上影響了美觀。某些住宅區(qū)明確不讓太陽能上房。但好在國家已經(jīng)出臺了相關(guān)政策，調(diào)整能源結(jié)構(gòu)，推廣使用太陽能，各種太陽能利用設(shè)備也日趨成熟，讓太陽能直接服務(wù)于人們的產(chǎn)品，必將受到市場青睞。

(本文來源：陜西省土木建筑學(xué)會  文徑網(wǎng)絡(luò)：溫紅娟  尚雯瀟  尹維維 編輯 文徑 審核)

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