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太阳能采暖系统的设计


  太阳能采暖系统的设计
  关键字:太阳能采暖,太阳能资源
  我国是太阳能资源十分丰富的国家,为太阳能的利用提供了很好的条件。目前,太阳能在建筑中的利用主要有太阳能的低温热利用和太阳能光电技术,从我国的实际情况和居民的承受能力看,光电技术成本过高,暂时还不适合在建筑节能中应用,太阳能在建筑中的热利用,尤其是利用太阳能进行采暖是利用太阳能进行建筑节能的现实手段和有效方法。
  利用太阳能进行采暖,可以将太阳能被动式应用与主动式应用结合起来使用,使系统达到较好的节能和使用效果。
  1、被动式应用——太阳房技术所谓被动式应用就是利用房屋结构本身来完成太阳能的集热、蓄热和放热功能。主要是利用南或者屋顶的窗户使阳光进入室内,靠室内的蓄热结构来蓄积太阳能,或者直接利用蓄热外墙来完成对太阳能的蓄积。目前,常用的被动式用法主要有以下三种:直接收益式系统、集热——蓄热墙式系统、附属温室式系统(阳光间)。具体使用中,可以将三者结合使用,皇明公司宿舍楼采用直接收益式和附属温室式系统相结合的方式,使用效果良好。
  1.1直接收益式系统该宿舍楼的客厅位于阳面,阳光可照射到的地面和墙体采用混凝土做成蓄热结构,白天利用其蓄积太阳能,晚间这些表面又成为散热表面,南向开设了较大的采光面积(落地窗),为防止夜间散热过多,采用双重窗帘进行保温,同时,又是夏天的遮阳措施。
  1.2附属温室式系统(阳光间)
  该宿舍楼的卧室采用附属温室式系统(阳光间),这种系统是直接受益和集热墙技术的混合产物。其本体结构是将阳光间(阳台)附建在房子南侧,中间用一堵墙把房子与阳光间隔开。实际上在一天的所有时间里,附加阳光间内的温度都比室外温度高,因此,阳光间既可以供给房间太阳能,又可以作为一个缓冲区,减少房间的热损失,使建筑物与阳光间相邻的部分获得一个温和的环境。由于阳光间直接得到太阳的照射和加热,所以它本身就起着直接受益系统的作用,白天当阳光间内空气温度大于相邻的房间温度时,通过开门(窗或墙上的换热扇),将阳光间的热量通过对流传入相邻的房间,其余时间关闭。
  2、主动式应用——太阳能低温热水地板辐射供暖常规的散热器供暖系统(常暖系统)以对流热为主将散热器沿外墙设置在窗下,虽然有利于短捷加热因保温和气密性能比外墙较差的外窗所导致的下降冷空气,形成上升热气流,维持外窗合理温度,防止其过冷辐射和冷空气直接作用于人体的不利影响;但散热器后的外墙往往被过度加热,相应增加其热损失,而且室内热空气上浮,形成常暖房间上热下冷,顶棚下存在热空气停滞层,其有益热效果差而往往导致楼板传导热损失太大。常暖系统运行时所采用的热水为高温水(80℃~90℃),若要求太阳能热水系统提供高温时,则该系统的热效率将大大下降。
  地板辐射采暖是配合太阳能采暖的最好的一种形式,地板辐射采暖是把金属或者系统管道埋于地下,靠整个地面和室内的热交换来使采暖房间达到设计温度。由于地板辐射采暖其散热面积大,而且主要的热交换方式为辐射换热,增加了人员的舒适性,所以,地板辐射采暖要求的供水温度比较低,一般低于65℃,而且目前地板辐射采暖,其做法通常是利用3~5cm的豆石沙浆做填充层,使地面本身就是一种蓄热结构,增加了系统的热惰性,所以,不论从地板辐射采暖的使用条件,还是其结构特点,都特别适合与太阳能结合使用。
  2.1低温热水地板辐射供暖的结构
  低温热水地板辐射供暖结构如图所示。保温层的作用是减少热量向下传递,多采用聚苯乙烯泡沫制成,边角保温材料选用15kg/m3的聚苯乙烯板,成80mm左右宽,厚度在5~8mm,有良好的弹性,沿墙脚铺设一圈,用苯板压在墙根处,起保温及补偿砼的膨胀作用。加热管材目前多采用耐高温、耐高压、耐老化、耐腐蚀的柔性塑料管(如交联聚乙烯管)。
  2.2管道的走向地面辐射采暖系统的管路走向,依外墙的散热量不同而分为回字型、直列型二种。当外墙无门或窗户,或者回路的四周散热量相等时,选用回字型走向,采用这种方式产生的热分布最均匀,施工方便且管道易于辅设;当四周外墙一面有门或窗时,选用直列型走向,这种方式考虑热水先流经这面外墙,这样铺设有利于热补偿,例如有大门或长窗的外墙。
  2.3太阳能系统的运行方式
  (1)集热器采用联集管集热器串并联温差循环的运行方式,即t1为检测集热器出水口水温(高温),t2为检测水箱下循环口水温(低温),当t1与t2的差值达到控制系统设定的温差时,循环泵1启动,开始循环,水箱中冷水进入集热器,集热器中热水进入水箱;当t1与t2的差值小于设定值时,控制系统控制循环泵停止转动。当水箱温度大于65℃时,系统停止运行。
  (2)本系统具有水温水位显示及自动加温功能,水箱中装有电加热器,在本系统中,设定加热温度为40℃,停止温度为50℃,即当水温低于40℃时,电加热自动启动,温度达到50℃时,停止加热。
  2.4地板辐射供暖的原理t3为房间内温度探头。设计房间内温度为15℃,当房间内实际温度小于15℃时,控制系统2控制循环泵2启动;当温度大于18℃时,循环泵2停止转动。
  2.5地板辐射供暖的特点
  (1)舒适:地板低温辐射供暖以地板为散热面,通过热辐射作用加热室内物体及四周墙壁,使室内温度均匀、稳定,形成符合人们生活及生理活动温度条件的最佳室内环境.
  (2)节能:在地板辐射供暖中,主要以辐射方式传热,同时伴有对流传热,衡量地板辐射供暖效果通常以实感温度作为标准。实感温度标志着在辐射供暖的环境中,人或物体受辐射对流换热结合作用时,以温度表现出来的实际感觉。实测证明,在人体舒适度范围内,实感温度可以比室内环境温度高2~3℃,因此,在保持同样舒适感的前提下,地板辐射采暖的室内设计温度可以比对流采暖降低2~3℃,房间热负荷相应减少,可节省供热能耗20%左右。
  (3)卫生:采用地板辐射供暖,可消除普通散热器积尘面灰尘飞扬的现象,保持室内的清新环境。
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