太阳能地板采暖系统在农村地区的应用
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农村住宅太阳能地板辐射采暖系统经济性分析【摘要】本文主要研究利用太阳能地板辐射采暖系统代替传统的采暖方式的可行性,促进农村可再生能源联合供给的目的。
【关键词】太阳能地板辐射采暖2009年,世界一次能源消费放缓增长,各类化石燃料的消费同时也在放缓增长。
2004-2009年,我国能源消费总量增速由16.1%下降到5.2%,下降了10.9个百分点[1],年均下降 2.18个百分点,但以煤炭为主的化石能源结构给中国带来了日益严重的环境问题。
可再生能源在全球能源结构中所占的比例虽然很小,但在一些发达国家具有良好的发展速度。
全球各地的风能和太阳能装机容量分别增加29.9%和69%,两者均高于过去10年的平均水平,这表明可再生能源的实质性影响正在显露。
而农村既是能源消费领域又是能源的生产领域,所以搞好农村的节能减排工作,有利于优化能源结构以及缓解能源压力,有利于保护并改善农村地区的生态环境,有利于提高农民的生活质量,对实现我国的可持续发展战略有积极的推动作用。
而农村既是能源消费领域又是能源的生产领域,所以搞好农村的节能减排工作,有利于优化能源结构以及缓解能源压力,有利于保护并改善农村地区的生态环境,有利于提高农民的生活质量,对实现我国的可持续发展战略有积极的推动作用。
太阳能作为可再生能源,取之不尽、用之不竭,且有其它常规能源所不能替代的优势,即零原料、无污染、可再生、可直接利用等明显优点。
随着太阳能应用技术的不断发展以及市场需求的不断增多。
1 我国农村地区能源现状我国能源面临严峻的形势,其主要矛盾就是消费与生产的矛盾,即需求大于供给,呈现供不应求的现象。
我国是农业大国,农村能源是整个国家能源系统的重要部分,其供应与消费必然会影响到我国能源的供求形势。
预计在未来15年内农村能源消耗占中国总能耗比例会逐步提高。
2005年国家提出了建设社会主义新农村的方针,旨在调整农村的能源结构形式,解决农村的能源问题,保护生态环境,而农村巨大的可再生资源潜力可以为农村经济发展提供有力支持。
太阳能供热系统在农村地区的推广与应用太阳能是一种无限的清洁能源,被广泛应用于供暖、照明和发电等领域。
随着环境保护意识的增强和能源危机的出现,太阳能供热系统在农村地区得到了广泛关注和推广应用。
本文将从太阳能供热系统的原理、技术特点、在农村地区的推广现状及存在问题等方面展开深入探讨。
一、太阳能供热系统的原理太阳能供热系统利用太阳能光热转换原理,通过太阳能集热器将太阳辐射能转换为热能,再将热能传输至供热设备,实现供热的目的。
太阳能供热系统主要由太阳能集热器、热水储罐、循环泵、控制系统等组成。
太阳能集热器一般采用平板集热器、真空管集热器或抛物面反射器等形式,用于将太阳辐射转换为热能。
热水储罐用于储存和供应热水,循环泵负责循环输送热水,控制系统则用于实现系统的自动控制和运行管理。
二、太阳能供热系统的技术特点1.绿色环保:太阳能是一种无污染、可再生的能源,供热过程中不会产生任何有害气体,符合环保要求。
2.节能高效:太阳能供热系统利用太阳能免费供热,不需要额外消耗能源,节约了能源开支,提高了能源利用效率。
3.安全可靠:太阳能供热系统采用闭路循环方式进行供热,避免了水质污染和热能泄漏等问题,保证了供热设备的安全可靠运行。
4.灵活多样:太阳能供热系统可以根据不同地区的气候条件和供热需求进行设计调整,具有灵活多样的特点。
三、太阳能供热系统在农村地区的推广现状随着能源危机的出现和环境污染的严重性加剧,太阳能供热系统在农村地区得到了广泛推广和应用。
目前,我国许多农村地区已经开始采用太阳能供热系统进行农业温室、家庭供暖和热水供应等方面的运用。
太阳能供热系统在农村地区的推广得到了相关部门的支持和相关的扶持,为其发展提供了良好的环境和基础。
四、太阳能供热系统在农村地区存在的问题及对策1.设备成本高:目前太阳能供热系统的设备价格相对较高,一般农村居民难以承担,需要相关部门出台相应的补贴和贷款支持,降低设备成本。
2.技术水平有待提高:目前太阳能供热系统在农村地区的安装和维护技术水平不高,需加强技术培训和指导,提高农村居民对太阳能供热系统的认知和运用能力。
太阳能热利用在农村供热中的应用研究概述:太阳能作为一种可再生能源,不仅具有环保的特点,还具备广泛的应用前景。
在农村地区,通过利用太阳能进行供热,可以解决农村居民采暖问题,提高生活品质。
本文将对太阳能热利用在农村供热中的应用进行深入研究。
一、太阳能供热系统的构成太阳能供热系统由太阳能集热器、传热介质、热储罐和供热设备等组成。
太阳能集热器通过吸收太阳辐射热能,将其转化为传热介质的热能。
经过传热介质的传输,热能被储存在热储罐中,供热设备则利用储存的热能进行供热。
二、太阳能供热系统的优势太阳能供热系统具有以下几个优势:1. 环保:与传统的化石燃料供热系统相比,太阳能供热系统几乎没有排放污染物,可以有效减少对环境的影响。
2. 节能:太阳能供热系统可以充分利用太阳能的热能,减少能源消耗,降低能源开支。
3. 经济性:虽然太阳能供热系统的建设初投资较高,但长期运行下来,节能效果显著,可以降低用户的供热费用,提高经济效益。
4. 可靠性:太阳能供热系统采用的是自然能源,不受燃料供应、价格波动等因素的影响,具备较高的可靠性。
三、太阳能供热系统在农村供热中的应用案例1. 太阳能集中供热系统太阳能集中供热系统采用集中式供热方式,通过太阳能集热器集中吸收太阳能热能,并通过传热介质将热能输送至供热设备。
该系统适用于较大规模的农村供热需求,可以满足多户人家的供热需要。
2. 太阳能分户供热系统太阳能分户供热系统将太阳能热集中供热系统模块化,实现了每户人家的独立供热。
通过太阳能集热器将热能直接传递至每户用户的热储罐中,再通过供热设备将热能转化为供热。
3. 太阳能辅助供热系统太阳能辅助供热系统同时利用太阳能与其他供热设备进行联合供热。
在农村地区,可以与生物质锅炉或者燃气锅炉等供热设备进行组合使用,利用太阳能热能进行辅助供热,提高供热系统的效果。
四、太阳能供热系统的发展趋势随着太阳能技术的不断进步和应用的推广,太阳能供热系统在农村供热中的应用也在不断发展。
农村住宅太阳能供暖的设计及应用农村住宅太阳能供暖是一种利用太阳能资源进行采暖的方式,采用太阳能供暖系统可以大大降低农村住宅的能源消耗,减少对化石燃料的依赖,实现可持续发展。
以下是关于农村住宅太阳能供暖设计及应用的一些建议。
首先,农村住宅太阳能供暖的设计应考虑以下几个方面:1. 太阳能集热系统设计:太阳能集热系统是农村太阳能供暖的核心,可分为平板式和真空管式两种。
平板式太阳能集热器通常安装在住宅屋顶上,利用黑色的吸热板将太阳能转化为热能,通过管道传输至住宅中的热水设备。
真空管式太阳能集热器利用真空玻璃管将太阳能转化为热能,具有更高的热效率。
2. 热储藏设计:农村住宅太阳能供暖系统需要有一个储热装置,以便在夜间或阴雨天的时候使用储存的热能供应供暖。
常用的热储藏装置包括水箱、热泵以及地源热能系统等。
热储藏的设计需要考虑容量大小和热损失,以确保足够的热能供应,并减少能量的浪费。
3. 系统管道设计:农村住宅太阳能供暖系统的管道设计需要合理布局,以确保热水能够顺畅地流动到各个供暖设备。
同时,还需注意保温措施,以减少热损失。
其次,农村住宅太阳能供暖的应用上需要注意以下几个方面:1. 太阳能供暖的适用性:应根据农村住宅的地理位置、气候条件和建筑形式,进行合理的太阳能供暖设计。
太阳能供暖适用于寒冷地区、大部分时间晴朗的地区以及南北向建筑形式,这些条件有助于提高太阳能的利用效率。
2. 结合其他能源供暖:由于农村住宅的能耗较大,单独依靠太阳能供暖可能会有不足。
因此,在太阳能供暖的基础上,可以结合其他能源供暖,如天然气、生物质能等,以保证农村住宅的供暖效果。
3. 能耗监测和维护:农村住宅太阳能供暖系统的实际运行效果需要进行监测和维护。
定期检查太阳能集热器、热储藏装置、管道等设备的运行状况,及时处理故障,以确保系统的正常运行和供暖效果。
4. 激励政策和技术支持:政府可以通过出台激励政策,鼓励农村住宅采用太阳能供暖系统。
同时,提供相关技术支持和培训,提高农民对太阳能供暖系统的认知和应用能力。
太阳能在寒冷地区农村供暖系统中的应用摘要:本文主要论述了可再生能源——太阳能在寒冷地区农村采暖系统中的应用。
农村住宅由于其诸多的条件限制,推行集中供暖或许不太现实。
综合经济水平、技术可行性及清洁环保性,提出了利用太阳能制取热水、辅助沼气炉或者电加热的供暖系统。
该系统可充分利用农村现有可再生资源,满足建筑物采暖需求,提高住宅舒适性的同时,实现了建筑节能和低碳环保的要求。
关键词:可再生能源;太阳能;农村供暖;清洁环保1.前言我国通常意义上的供暖主要指城镇集中供暖,而对于面积广大、人口众多的北方寒冷地区农村,由于平均经济水平较低、住宅布局分散、集中热源投资较大、管路布置困难等诸多因素的限制,实行集中供暖困难重重。
目前,寒冷地区农村大部分无采暖,寒冷的冬季人们依靠增加衣物等来保证基本温度,而较少部分的采暖多以无组织的燃烧农作物秸秆、小型燃煤锅炉等方式实现。
农作物秸秆和煤燃烧后的烟雾对大气质量有着严重的污染作用,有报道称,近期北方地区频繁出现的雾霾天气就与燃烧农作物秸秆有着一定的关系。
随着生活水平的提高,人们对住宅环境的舒适性要求也越来越高,因此寻找合适的可再生能源,并合理应用到住宅采暖系统中,就具有重要的研究意义。
2.现状及解决思路2.1农村供暖现状我国广大的北方农村地区基本处于无采暖的状态,人们依靠增加衣物来适应气温的变化,对于极端寒冷时期,只能逆来顺受。
今年来随着生活水平的逐步提高,人们希望住宅舒适度问题能得到解决。
细说起来,北方各地农村居住建筑各具特点,但由于下述普遍特点,使得集中供暖难以实现:1.住宅较为分散,集中供暖的管路布置和户与户间相对较长的管路耗热成为亟待解决的问题。
由于该特点,虽然我国城镇供热在技术进步和覆盖范围上均取得了显著成果,但对于农村地区供热却鲜有提及。
2.经济水平限制,集中供暖是一项投资较大的系统工程,即便在农村地区使用了集中采暖,其相对较多的管路耗材投资,较之城镇小区供热,也会增加较多,这就加重了生活水平相对较低的农村居民的经济负担。
太阳能采暖系统在中国农村地区的应用现状与发展前景一、太阳能采暖系统概况:太阳能采暖:是指将分散的太阳能通过集热器(例如:平板太阳能集热板、真空太阳能管、太阳能热管等吸收太阳能的收集设备)把太阳能转换成方便使用的热水,通过热水输送到发热末端(例如:地板采暖系统等)提供房间采暖的系统,我们称之为太阳能采暖系统,简称太阳能采暖。
随着国民经济的发展,能源需求量日益增加,能源利用情况紧张,而常规能源的大量使用必将对环境造成不利影响。
太阳能作为可再生能源的一种,取之不尽,用之不竭,同时又不会增加环境负荷,将成为未来能源结构中的重要组成部分。
我国属太阳能资源丰富的国家之一,年辐射总量大约在3300-8300MJ/(m2),全国2/3以上面积地区年日照小时数大于2000h,每年陆地接收的太阳辐射能相当于2.4万亿吨标准煤,具有太阳能利用的良好条件。
在建筑能耗中,生活热水、供暖能耗占了相当的比例,利用太阳能来满足生活热水、供暖这些低品位能耗的要求具有巨大的节能效益,因此,太阳能采暖技术越来越受到人们的重视。
二、国内太阳能分布在我国,西藏西部太阳能资源最丰富,最高达2333 KWh/㎡(日辐射量6.4KWh/㎡),居世界第二位,仅次于撒哈拉大沙漠。
根据各地接受太阳总辐射量的多少,可将全国划分为五类地区。
一类地区为我国太阳能资源最丰富的地区,年太阳辐射总量6680~8400 MJ/㎡,相当于日辐射量5.1~6.4KWh/㎡。
这些地区包括宁夏北部、甘肃北部、新疆东部、青海西部和西藏西部等地。
尤以西藏西部最为丰富,最高达2333 KWh/㎡(日辐射量6.4KWh/㎡),居世界第二位,仅次于撒哈拉大沙漠。
二类地区为我国太阳能资源较丰富地区,年太阳辐射总量为5850-6680 MJ/㎡,相当于日辐射量4.5~5.1KWh/㎡。
这些地区包括河北西北部、山西北部、内蒙古南部、宁夏南部、甘肃中部、青海东部、西藏东南部和新疆南部等地。
可再生能源在农业中的应用案例有哪些在当今时代,随着对环境保护和可持续发展的重视程度不断提高,可再生能源在各个领域的应用越来越广泛,农业也不例外。
可再生能源的利用为农业生产带来了诸多创新和变革,不仅降低了生产成本,还提高了农业的可持续性和生态效益。
接下来,让我们一起看看可再生能源在农业中的一些具体应用案例。
太阳能在农业中的应用十分常见。
太阳能光伏发电系统被广泛应用于农业灌溉。
在一些地区,由于电力供应不稳定或缺乏电网覆盖,传统的电力驱动灌溉设备无法正常运行。
而安装了太阳能光伏发电板的灌溉系统,可以利用太阳能产生的电能驱动水泵,为农田提供稳定的灌溉水源。
这样一来,不仅解决了灌溉问题,还减少了对传统能源的依赖,降低了能源成本。
此外,太阳能热水器也在农业生产中发挥了重要作用。
在一些养殖场所,如养鸡场、养猪场等,需要为动物提供适宜温度的饮水。
利用太阳能热水器加热水,可以节省大量的能源费用,同时也能保证动物饮水的卫生和安全。
还有一些农业温室大棚采用了太阳能采暖和照明系统。
通过在大棚顶部安装太阳能集热器和光伏板,白天可以收集太阳能用于大棚的采暖和照明,夜间则利用蓄电池储存的电能继续为大棚提供照明,为农作物创造了良好的生长环境,提高了农作物的产量和质量。
风能在农业中的应用也不容忽视。
小型风力发电机在一些偏远的农业地区得到了应用。
这些风力发电机可以为农户提供电力,用于照明、抽水、加工农产品等。
在一些大规模的农业种植基地,风力发电还可以用于驱动通风设备,改善农田的通风条件,减少病虫害的发生。
同时,风能与太阳能结合的互补能源系统在农业中也逐渐崭露头角。
在天气多变的情况下,当太阳能不足时,风能可以补充发电;反之,当风力较小时,太阳能则可以发挥主要作用。
这种互补系统提高了能源供应的稳定性和可靠性,更好地满足了农业生产的需求。
生物质能在农业中的应用也具有重要意义。
农作物秸秆、畜禽粪便等废弃物经过处理可以转化为生物质能源。
例如,通过沼气池发酵,将畜禽粪便转化为沼气,用于农户的炊事、照明和取暖。
农村太阳能取暖在当前全球气候变暖、环境污染日益严重的背景下,人们对于可再生能源的利用日益重视。
太阳能作为一种绿色、清洁的能源,正逐渐成为人们取暖的一种理想选择。
尤其对于农村地区,太阳能取暖不仅可以节省能源开支,还能改善居民生活环境,促进农业发展。
本文将从农村太阳能取暖的优势、技术实施和应用前景等方面进行论述。
一、农村太阳能取暖的优势1.1 环境友好太阳能是一种绿色、清洁并且可再生的能源,利用太阳能进行取暖不会产生二氧化碳等有害气体的排放,对改善空气质量和减少温室气体排放具有重要意义。
在农村地区,太阳能取暖能够有效降低燃煤、燃油等传统取暖方式对环境造成的污染。
1.2 节能减排相比传统能源取暖方式,太阳能取暖更加节能高效。
太阳能取暖系统利用太阳辐射直接提供热能,无需借助外部能源,能够实现自给自足。
此外,太阳能取暖还能够减少能源的消耗,降低能源开支,具有显著的经济效益。
1.3 适用广泛农村地区通常采用集中供暖的方式,太阳能取暖系统可以适应不同规模和需求的农村建筑,包括农房、养殖场、温室等。
通过合理规划和设计,太阳能取暖系统可以灵活安装在不同位置,满足农村居民和农业生产的各种取暖需求。
二、农村太阳能取暖的技术实施2.1 太阳能热水器太阳能热水器是农村太阳能取暖的常见方式之一。
该系统通过太阳能集热器将太阳辐射能转化为热能,提供热水供居民使用。
太阳能热水器无论在购买和使用方面都比较方便,成本较低,适合农村地区经济条件相对较为有限的家庭采用。
2.2 太阳能空气能热泵太阳能空气能热泵系统利用太阳辐射能和周围空气中的热量来提供供暖和热水。
热泵利用热能的传递原理,能够在较低的温度下实现高效供暖。
该系统不受地域限制,在农村地区具有较高的实施价值。
2.3 太阳能集热板采暖太阳能集热板采暖系统是通过将太阳能集热器与供暖系统相结合,将太阳能转化为热能进行取暖。
集热板通常安装在农房屋顶或周围,将太阳能集热转化为热水或蒸汽,再通过管道传递到供暖系统中实现供暖。
□ngineering Technology工程技术专栏农村住宅太阳能供暖的设计及应用秦皇岛市北戴河兰德科技有限公司/石晓慧近年来随着我国对绿色建筑的推广,低能耗、超低能耗、零能耗的建筑理念不断深入人心,而有效利用可再生能源是 实现超低能耗和节能减排的重要途径。
太阳能作为可再生能 源的一种,取之不尽,用之不竭,同时又不会增加环境负荷。
因此,太阳能供暖行业的产业化升级对破解北方“供暖性雾 霾”意义重大,将成为未来能源结构中的重要组成部分。
由于农村住宅相对分散、密度低,不宜采用投资大、维护水平 高的集中供暖模式,而传统的燃煤取暖方式又存在效率低、污染环境、费用较高等问题,所以在农村推广安全环保、运 营费用低的太阳能采暖系统符合新农村建设的客观要求。
太 阳能采暖作为新民居建设的一项内容,对于节能环保、改善 广大农村农民居住生活条件,建设美丽乡村都将起到积极作用。
农村住宅利用太阳能供暖与区域气候、建筑保暖围护密切 相关,本文选择秦皇岛市北戴河区戴河村5户相连的民房太 阳能供暖工程为例,阐述如何对农村住宅进行太阳能供暖设计 和应用。
一、北戴河区太阳能资源我国北方地区纬度33°N〜45°1\^经度103°E〜12〇°E 为适宜太阳能供暖的地区,北戴河地处北纬39.83°,东经 119.48°,属中纬暖温带,年平均气温8.8〜11.3C之间3年平均E照时间在2700〜2850小时之间,全年曰照时数多 于6小时的天数大于300天,属于太阳能二类地区,太阳能资源较丰富,适宜利用太阳能为建筑供暖。
二、工程概况秦皇岛市北戴河区戴河村五户联排农房的太阳能供暖及 自动控制系统,由秦皇岛市北戴河兰德科技有限责任公司在 2015年设计和安装应用。
该项目总建筑面积为539.74平方 米,平均每户建筑面积为107.66平方米。
供暖系统由40组 双玻璃真空管组成的集热单元,1套控制系统(含远程监控),1个2吨供暖水箱,2套循环泵组成。
太阳能地板采暖系统在农村地区的应用
2009-11-06
山东大学能源与动力工程学院陈文文韩吉田
摘要:本文根据我国北方农村住宅相对分散和太阳能资源比较丰富的特点,提出了一种适合我国北方农村住宅的太阳能地板辐射采暖系统。
以泰安地区农村住宅为例,对太阳能地板辐射采暖系统进行了分析计算、设备选型和系统集成,并对采暖系统的运行模式进行了探讨。
关键词:太阳能地板辐射采暖真空集热器供热系统
1.引言
我国北方农村的冬季采暖是一个尚未很好解决的问题。
我国70%的人口生活在农村,冬季基本上仅靠生火炉等方法维持室内的温度。
农村地区住宅比较分散,不太容易通过传统的采暖方式供暖,而我国的能源和环境现状也决定了不可能在广大的农村地区采用传统能源来解决采暖问题。
我国幅员辽阔,有着丰富的太阳能资源,农村住宅比较独立分散,可供太阳能集热的空间很大。
因此,在农村地区采用太阳能采暖具有良好的发展应用前景。
由于我国农村地区经济比较落后,因此,如何发展适合农村特点的价格低廉的太阳能采暖系统具有特别重要的意义。
太阳能地板辐射采暖因其具有良好的节能和环保等优点而日益受到人们的重视。
太阳能地板采暖系统的工作原理是,太阳能集热器接受太阳辐射,并加热集热介质,将太阳辐射能转化为热能,并储存在蓄热水箱中,水箱中的水在循环泵的作用下,进入供暖地板的管子中对房屋供暖。
如图1所示,典型的太阳能地板辐射采暖系统主要由太阳能集热器、蓄热水箱、辅助热源、埋入地板的地热盘管及控制装置等组成。
由于太阳能具有不稳定性,阴天下雨及光照不足时,需要采用辅助热源。
图1 太阳能地板辐射采暖系统图
2.太阳能地板辐射采暖在农村地区的应用
本文以泰安市的农村为例讨论太阳能地板辐射采暖在农村住宅的应用。
泰安位于山东省中部泰山南麓,四季分明,春季干燥多风,夏季炎热多雨,秋季晴和气爽,冬季寒冷少雪,空气质量优良天数达350天左右。
泰安地区全年平均日照
数2600小时以上,年平均太阳辐射总量为6000MJ/m2a,太阳能资源属中等偏上地区。
由于泰安地区冬季比较寒冷,每年用于采暖的能耗占该地区全年总能耗的2 0%左右。
因此,利用泰安地区丰富的太阳能资源替代传统的采暖能源,不仅可以减少燃煤和燃气等燃料的消耗量,还可以大幅度减少当地的大气污染。
泰安地区冬季较寒冷,太阳能集热系统有冻结的可能,所以集热器内的循环介质应加入防冻或采用防冻油等措施,避免集热器被冻坏。
由于太阳辐照的不稳定性,为了能够使系统稳定运行,从经济性和实际应用考虑,采用间接式加热系统较好。
即太阳能集热系统和采暖系统要利用换热器进行热量交换。
为了保证阴雨天及夜间系统的正常运行,必须配备相应的蓄热装置。
由于农村地区经济比较落后,因此在选用蓄热设备时可选用较经济实用的蓄热水箱和其他辅助热源。
2.1 集热器的选择和面积计算
农村住宅的特点是门户独立和分布比较分散,因此,农村住宅太阳能地板辐射采暖宜采用独立供暖系统。
2.1.1 集热器的选择
从农村地区实际出发,应该选用符合采暖要求的最经济的集热器。
平板形集热器的价格相对较低,并且平板集热器整体性好,寿命长,故障少,安全,成本造价低,采用排空防冻技术,能很好地解决冬季冻裂的问题。
又地板辐射热媒的温度较低,一般低于60℃,根据目前太阳能集热器的实际使用情况,泰安地区安装的太阳能集热器冬季集热温度能够达到45℃,可以达到供暖的要求。
平板型集热器能够提供符合地板辐射采暖所需参数的热水。
因此在农村地区的太阳能地板辐射采暖系统使用平板型集热器,既能满足地板采暖的热水参数的要求,又适合农村较落后的经济水平。
2.1.2 集热器的面积计算
常用的确定集热器面积的方法主要有下述两种。
方法一:先计算出建筑物的日供暖热负荷,然后通过热工计算,算出提供这些热量所需要的热水量,再根据集热器热平衡方程式得到单位面积集热器的日产热水量,即可以计算出集热器的面积。
方法二:与方法一原理相似,只是计算过程中思路稍有不同。
先根据建筑物的采暖面积确定采暖热负荷Qd,这些热量由集热器供给,计算出单位面积集热器的集热量Qt,采暖热负荷与单位面积集热器集热量的比值就是所需集热器面积。
本文采用方法二计算集热器的面积。
计算过程如下:
在工程中建筑物辐射采暖设计热负荷可以近似按下式计算:
式中,Q d全面辐射采暖的设计耗热量,W;
F是建筑物的采暖面积,m2;
Φ是修正系数,这里取0.85;
Q F是住宅面积热W/m2;
n ch是通过窗户传入室内的热量相当于采暖负荷的百分数。
泰安冬季采暖室外计算温度为-7℃,室内设计温度为18℃,住宅面积热指标取为54W/m2。
考虑到泰安地区冬季晴朗天气较多,假设通过窗户传入室内的热量相当于采暖热负荷的30%,需要采暖的房间面积为120m2,则该建筑物的设计
热负荷为:
集热器每天的集热量为:
所需要的集热器面积为:
式中,Qt--集热器的集热量,W/m2;
I --太阳辐射平均日总量,W/m2;
ηt--集热器效率;%,查阅各厂平板家集热器的样本,其热效率最小为52%; Q d--日负荷,W
f--所需集热面积,m2。
利用上面的公式,根据相关资料查出太阳辐射量,计算得到集热器的面积为3.2m2。
表1 集热器面积计算结果
2. 2 蓄热水箱的选择设计和计算
蓄热水箱容量的大小与集热器面积及集热温度有关,1m2集热器所需蓄热水箱容积大约是50~100L。
因此,该建筑采暖所需蓄热水箱容积为。
本系统选用垂直分层水箱。
垂直分层水箱的工作原理是利用水在不同温度下的密度差,实现同一水箱可以产生不同的温度分区,即低温的水位于水箱底部,高温的水位于水箱上部,并可以相互不掺混,垂直分层水箱能够提高整个系统的性能。
分层水箱下部的水与集热器内的工质进行换热,因为分层水箱底部的水温最低,这样就降低了集热工质的温度,因此能够提高集热器的效率。
同时上层温度较高的水进入采暖盘管用于采暖。
分层水箱不但可以提高整个系统的性能,还为太阳能地板采暖系统在热量充裕时提供了供应生活热水的可能性,便于系统以后的改造。
2.3 辅助热源
辅助热源的选取要符合农村的实际。
虽然当前农村地区普遍通电了,但本系统的辅助热源选择电加热是不合适的,同样采用燃油燃气锅炉也不可行。
在北方的农村人们冬季取暖、做饭大多是用火炉,火炉中使用的燃料一般都是农作物秸秆、树枝等,也有用煤的。
因此本系统中的辅助热源可以优先考虑采用火炉。
当阴天、下雨、下雪的时候太阳能不足以供暖,可以用火炉加热水来供暖,做饭时排放的废热也可以被充分利用。
对于采用沼气的地方,也可以用沼气
作为辅助热源。
2.4 太阳能地板采暖系统的运行模式
图2是太阳能地板采暖系统采用的布置方式。
平板集热器放置在屋顶上,接受太阳辐射以加热水,被加热的水进入蓄热水箱,蓄热水箱放置在室内以减少散热损失,蓄热水箱中的水进入采暖地板的管子中,以辐射的形式加热室内空气进行采暖。
当光照不足时,辅助热源启动。
(系统中的蓄热水箱是分层水箱,图中未表现出来)
1.集热器
2.膨胀水箱
3.蓄热水箱
4.集热循环泵
5.辅助热源
6.三通阀
7.采暖循环泵
8.采暖盘管
图2 太阳能地板辐射采暖系统图
系统可采用温差控制方式。
当集热器出口水温高于蓄热水箱水温时,集热循环泵运行,水进入集热器进行集热,当集热器出口水温低于蓄热水箱温度内的水温时,集热循环泵停止运行。
采暖部分采用恒温控制,当室内温度低于设定值如18℃时采暖循环泵打开,蓄热水箱的水进入采暖地板。
若蓄热水箱中水的温度低于设定值如30℃时,采用辅助热源为系统提供热水。
在夜晚、阴雨雪天等温度较低而有可能发生冻结的时候,集热部分不运行,此时应及时排空集热器内的水,避免集热器被冻裂。
3.结束语
本文提出了一种适合我国北方农村住宅的太阳能地板辐射采暖系统。
以泰安地区农村住宅为例,对太阳能地板辐射采暖系统进行了分析计算、设备选型和系统集成,并对采暖系统的运行模式进行了探讨。
太阳能地板采暖可望为解决农村住宅的冬季采暖难题,提高农民的生活质量,和推动我国的新农村建设开辟了新路,具有良好的发展和推广应用前景。
参考文献
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