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太阳能在低温热水地板辐射采暖中的应用研究一、前言太阳能作为一种清洁、可再生的能源，近年来越来越受到人们的关注。
在低温热水地板辐射采暖中，太阳能也开始得到应用。
本文将从以下几个方面对太阳能在低温热水地板辐射采暖中的应用进行研究。
二、低温热水地板辐射采暖的原理低温热水地板辐射采暖是指通过地板下散热管道输送低温热水，利用地面散发出来的远红外线辐射加热室内空气，从而达到采暖的目的。
该方法具有舒适、节能等优点。
三、太阳能在低温热水地板辐射采暖中的应用1. 太阳能集热器太阳能集热器是将太阳光转化为热量的装置。
在低温热水地板辐射采暖中，可以使用太阳能集热器收集太阳光，并将其转化为热量加入到供暖系统中。
这样可以减少传统供暖方式所需消耗的燃料，达到节能的目的。
2. 太阳能光伏板太阳能光伏板是将太阳光转化为电能的装置。
在低温热水地板辐射采暖中，可以使用太阳能光伏板将太阳光转化为电能，再利用电能驱动供暖系统。
这样可以减少传统供暖方式所需消耗的燃料，达到节能的目的。
3. 太阳能储热器太阳能储热器是将太阳能转化为热量并储存起来的装置。
在低温热水地板辐射采暖中，可以使用太阳能储热器将白天收集到的太阳能储存起来，在晚上或阴天时使用。
这样可以保证供暖系统正常运行，并且减少传统供暖方式所需消耗的燃料。
四、优缺点分析1. 优点（1）环保：使用太阳能作为供暖源，不会产生污染物和二氧化碳等有害气体。
（2）节约成本：使用太阳能作为供暖源，可以减少传统供暖方式所需消耗的燃料，从而降低供暖成本。
（3）舒适度高：低温热水地板辐射采暖具有舒适、均匀的特点，可以有效提高室内舒适度。
2. 缺点（1）初投资大：太阳能集热器、太阳能光伏板等设备的购买和安装需要一定的费用。
（2）受天气影响：太阳能作为供暖源，受到天气的影响较大，阴雨天气时供暖效果会降低。
五、结论太阳能在低温热水地板辐射采暖中的应用可以达到节能、环保、舒适等优点。
虽然存在一些缺点，但是随着技术的不断发展和成本的不断降低，太阳能在供暖领域中将会得到更广泛的应用。
太阳能地面供暖系统研究桂正虎桂正茂毕雷一、前言随着经济的快速发展，能源消耗的激增，传统能源的蕴藏量已经不能满足发展的需要。
世界正面临着前所未有的能源危机。
人们迫切的希望找到新的能源来代替传统化石类能源，太阳能、风能、生物质能、海洋能、地热能和氢能等新能源和可再生能源的开发利用得到了很大的重视。
传统能源的开发和利用，是造成大气和其他类型环境污染与生态破坏的主要原因之一。
目前全球气候变暖主要是由燃烧化石类能源排放的CO2等温室气体所造成，因此，限制和减少温室气体的排放成为国际社会减缓全球气候变化的重要组成部分。
作为清洁干净，只有很少的污染物排放的新能源和可再生能源将成为人类社会未来能源的基石。
太阳能以其清洁、用之不尽、取之不竭、安全等显著优势，在可再生能源中占有举足轻重的地位。
虽然人们在太阳能利用的道路上经历了很多波折，但是太阳能利用的脚步始终没有停止。
湖北省太阳辐射资源较丰富，年太阳辐射能力4339MJ/㎡,年实照时数在1990小时。
武汉城市圈作为“两型社会”试验区，开发和利用太阳能势在必行。
太阳能供暖系统包括以空气为介质的系统和以水为介质的系统。
太阳能空气供暖系统由空气集热器、蓄热装置、风机、辅助热源以及风道等组成，它可以避免集热器的冻结以及腐蚀等问题，其缺点是风机电耗较高、蓄热装置的体积较大、空气渗漏较严重、集热效率较低。
以水为介质的太阳能供暖系统是太阳能热水系统的进一步发展，它的集热效率比太阳能空气供暖系统高，通过适当增加太阳能集热器的采光面积，太阳能供暖系统可以和太阳能热水系统以及太阳能空调系统联合使用。
目前，在十分重视环境保护的欧美国家，已经建成大批集太阳能热水和供暖于一体的复合系统。
近年来，在国家的大力支持下，直接为建筑节能服务的可再生能源建筑应用技术发展很快，其中，太阳能热利用技术已从单供热水逐渐转向供热采暖综合应用，并有相应的实验项目和工程项目出现。
二、太阳能地面供暖系统每年我国建筑能耗占全国总能耗的27.6%，且仍将继续增长，其中北方地区供暖能耗占全国建筑总能耗的36%，约合1.3亿吨标煤/年。
太阳能地板辐射采暖系统一、利用太阳能地板辐射采暖的可行性：太阳能地板辐射采暖是一种以采集的太阳能作为热源，通过敷设于地板中的盘管加热地面进行供暖的系统，该系统是以整个地面作为散热面，其辐射换热量约占总换热量的60%以上，它是以辐射散热为主。
常规的散热器是以对流式散热为主，其采暖效果不够理想，舒适性和卫生条件欠佳。
因此，太阳能地板辐射采暖越来越受到人们的关注。
它在北美及欧洲的发达国家已经被广泛地应用。
辐射采暖是依靠辐射传热的方式将热量传递到物体和人体表面，在辐射采暖正常运行的情况下，若室外温度相同，要想达到相同的舒适度，它的周围空气温度比对流采暖条件要求低3℃左右。
根据人体的舒适感生理条件要求，地面温度为24℃～28℃，因此地板辐射采暖的热媒温度只要为40℃～60℃的低温热水就可满足要求，这就使利用太阳能集热器成为可能。
二、设计参数：1、采暖面积：164.47m 2；2、供水温度：45℃；回水温度30℃；3、系统工作压力：≤0.6MPa ；4、室内计算温度：16℃；5、室外设计温度：-9℃； 三、供暖热负荷确定：在工程中，建筑物和房间的设计热负荷可近似按下式计算： Q f =φQ 式中：Q f --全面辐射采暖的设计耗热量φ--修正系数，φ=0.8～0.9建筑物热指标推荐表则在该项目中，取住宅热指标为64W/㎡，则设计热负荷Q f =0.9×64=57.6W/㎡ 该项目总的供暖热负荷为：Q=57.6×164.47= 9473.472 W 四、热水耗量：Q w =（9473.472×24×3600）/（1000×4.18×30）=6527 kg 五、集热器面积确定：)1()(L cd T i end w w c J ft t C Q A ηη--=式中：A直接系统集热器采光面积，㎡；c————Q日用水量，6527㎏；w———t储水箱内水的终止温度，45℃；end———C水的比热， 4.18 KJ/㎏·℃;w———t水的初始温度，15℃；i————J当地春分或秋分所在月集热器受热面上日均辐照量，T————17000KJ/㎡;f——太阳能保证率，无因次，0.8；ηcd——集热器全日集热效率，国标经验值取0.45～0.6；取值为0.53。
太阳能地板采暖系统太阳能供热采暖系统是将太阳能转化成热能，供给建筑物冬季采暖和全年其他用热的系统，系统主要部件有太阳能集热器、换热储热装置、生活热水系统、控制系统、辅助能源加热设备、泵、连接管道和末端散热系统等。
太阳能辅助采暖的种类太阳能（辅助）采暖的种类很多，根据太阳能集热器结构形式的不同，储热水箱结构形式的不同、辅助能源种类的不同、末端散热器形式和种类的不同，太阳能辅助采暖可以有多种组合。
1、集热系统和储热系统的组合形式2、辅助能源的种类和与储热系统结合形式3、末端散热器的种类不同1、集热系统和储热系统的组合1、开式集热器带开式水箱的集热系统2、开式集热器带闭式水箱的集热系统3、闭式集热器带开式水箱的集热系统4、闭式集热器带闭式水箱的集热系统开式集热器：集热器和大气是连通的，非承压的集热器。
横式联集管（SLL4715-50/56/60）（SLL4712-50/56/60）。
竖式联集管:SLL5818－25-B/S, SLL5818－25-D/S闭式集热器:集热器承压运行不和大气连通。
U型管集热器(SLU4715-16, SLU4718-24)，干式热管集热器（SLR4715－16）等。
2、辅助能源的种类和与储热系统结合形式除太阳能以外的其他可以使用的能源都可以作为辅助能源。
常见的辅助能源有：电能、燃起炉、燃煤炉、集中热水（蒸汽）等。
2.1、电锅炉作为太阳能采暖的辅助能源。
2.2、水箱内置电加热头作为辅助能源。
2.3、速热式燃气热水器。
2.4、带小水箱的燃气热水器（壁挂炉）2.5、燃煤锅炉。
民用燃煤炉等。
3、末端散热器的种类不同末端散热器指的是把太阳能辅助采暖系统以水为热媒的热能散布到采暖房间的设施。
常见的末端散热器有各种形式的暖气片、最近十年发展起来的地板下的盘管散热器、顶棚内的风机盘管系统。
和最近两年发展起来的墙壁盘管散热器。
太阳能辅助采暖的设计计算采暖计算要考虑最关键内容如下：1、采暖热负荷的计算(必须的)2、太阳能集热面积的计算3、辅助能源功率的计算4、室内（末端）散热器面积的计算5、节约常规能源的计算6、环保效益计算1、采暖热负荷的计算：采暖热负荷 heating load指：在采暖室外计算温度下，为了保持室内设计计算温度，供暖系统在单位时间内需向建筑物供给的热量。
太阳能地板辐射采暖太阳能地板辐射采暖是一种以采集的太阳能作为热源，通过敷设于地板中的盘管加热地面进行供暖的系统，该系统是以整个地面作为散热面，其辐射换热量约占总换热量的60%以上，它是以辐射散热为主。
常规的散热器是以对流式散热为主，其采暖效果不够理想，舒适性和卫生条件欠佳。
因此，太阳能地板辐射采暖越来越受到人们的关注。
它在北美及欧洲的发在国家已经被广泛地应用。
辐射采暖是依靠辐射传热的方式将热量传递到物体和人体表面，在辐射采暖正常运行的情况下，若室外温度相同，要想达到相同的舒适度，它的周围空气温度比对流采暖条件要求低3℃左右。
根据人体的舒适感生理条件要求，地面温度为24℃～28℃。
因为地板辐射采暖的热媒温度为40℃～60℃的低温热水，这就使利用太阳能集热器成为可能。
一、太阳能地板辐射采暖的工作原理太阳能地板辐射采暖系统可采用图1所示的形式：图1 太阳能地板辐射采暖系统典型的太阳能地板辐射采暖系统由太阳能集热器，控制器，集热循环泵，蓄热保温水箱，辅助热源，供回水管，关断阀若干，三通阀，过滤器，循环泵，温度计，分水器，加热器组成。
＞50℃时，控制器就启动水泵，水进入集热器进行加热，并将集热器的热水压入水当T1<40℃，箱，水箱上部温度高，下部温度低，下部冷水再进入集热器加热，构成一个循环。
当T1水泵停止工作，为防止反向循环及由此产生的集热器的夜间热损失，则需要一个止回阀。
当＞45℃时，可开启泵3进行采暖循环。
和其它太阳能的利用一样，太蓄热水箱的供水水温T3阳能集热器的热量输出是随时间变化的，它受气候变化周期的影响，所以，系统中有一个辅助加热器。
当阴雨天或是夜间太阳能供应不足时，可开启三通阀，利用辅助热源加热。
当室温波动时，可根据以下几种情况进行调节。
A 如果可利用太阳能，而建筑物不需要热量，则把集热器得到的能量加到保温水箱中；B 如果可利用太阳能，而建筑物需要热量，把从集热器得到的热量用于地板辐射采暖；C 如果不可利用太阳能，建筑物需要热量，而蓄热水箱中以储存足够的能量，则将储存的能量用于地板辐射采暖；D 如果不可能利用太阳能，而建筑物又需要热量，且蓄热水箱中的能量已经用尽，则打开三通阀，利用辅助能耗对水进行加热，用于地板辐射采暖。
尤其需要指出的是，蓄热水箱存储了足够的能量，但不需要采暖，集热器又可得到能量，集热器中得到的能量无法利用或存储，只能放弃掉，为节约能源，可以将热量采用其它方法利用，例如供应生活用热水。
蓄热水箱与集热器上下水管相连，供热水循环之用。
蓄热水箱容量大小是太阳能地板采暖日需热水量而定。
二、太阳能地板辐射采暖的设计计算1．设计参数的确定地板辐射采暖的表面平均温度数值如下：可见住宅地板辐射采暖的表面温度一般都低于30℃，所以就要求热媒温度为40℃～50℃，就目前我国北方的太阳能集热器的利用情况来讲，热媒温度最高为50℃左右，所以我们设计供回水温度分别为45℃和30℃。
2．供暖热负荷的确定供暖系统的设计热负荷可用下式表示：Q= Q1+ Q2+ Q3+Qd其中，Q1为围护结构耗热量，Q2为冷风渗透耗热量，Q3为冷风侵入耗热量，Qd为太阳辐射进入室内的热量。
此系统是以辐射采暖为主（占60%以上），辅以对流传热。
据《暖通规范》及实际工程设计情况，一般民用建筑冬季室内设计温度取18℃。
辐射采暖的设计温度比普通散热器采暖的设计温度低1℃～3℃，所以我们取为15℃。
但这种计算方法繁琐，且需要条件多。
在工程中，建筑物和房间的设计热负荷可近似按下式计算： Q f =φQ 式中：Q f --全面辐射采暖的设计耗热量φ--修正系数，φ=0.8～0.9建筑物热指标推荐表3.地板供热量地板传热主要是由地板内铺设的加热盘管中的热水向外传热，此传热过程大致可以分为两个阶段，第一阶段为由管壁至地板表面的过程，可看作是无内热源，常物性介质中的二维稳态导热过程。
第二阶段为由地板至室内空气的传热过程，可作为热面朝上的换热过程。
从传热利用率角度来讲，地板供热总量Q z = Q u + Q s w/m 2 Q u 为地板向上的有效传热量（w/m 2），Q s 为地板热传导损失的热量。
Q s 与很多条件有关，如管材的选择，管距的布置，保温层的厚度以及地板的材质等等。
这里根据经验，取η=20%。
4．热水耗量和总耗热量t g -t h 为太阳能地板辐射采暖系统的供回水温度差；忽略管道的沿程热损失，则近似认为总耗热量为Q m =Q z 。
5．集热器集热面积的确定)1()(L cd T i end w w c J ft t C Q A ηη--=式中：A c ------直接系统集热器采光面积，㎡；Q w -------日用水量，㎏；t end ------储水箱内水的终止温度，℃； C w -------水的比热， KJ/㎏·℃; t i -------水的初始温度，℃；J T -------当地春分或秋分所在月集热器受热面上日均辐照量，KJ/㎡; f-------太阳能保证率，无因次；ηcd ------集热器全日集热效率，国标经验值取0.45～0.6；根据皇明公司的试验数据取值为0.47。
L η-------管路及储水箱热损失率，无量纲；国标经验值取0.1～0.2；三、以一个北京的面积为300m 2 的别墅为例做出相关预算。
1、根据国家气象中心提供的《中国气象辐射资料年册（2001年）》全国各地水平面总日射月均日辐照量及年总辐照量数据（单位MJ/m 2），北京（区站号54511，东经116o 28ˊ,北纬39o 48）的水平面总日射月均日辐照量数据如下：12月份的辐照量数据（单位MJ/m 2）如下：2、（1）计算在全天候供暖模式下的普通住宅单位采暖面积下的能耗量6=AQQ∙∙∙36001024÷cqh式中：Q-------全天模式采暖期能耗量（MJ）cqQ--------建筑耗热量指标（W/m2）hA----------采暖面积（m2）已知：Q＝50 W/m2（采用普通建筑的采暖热指标），A＝300 m2，计算得Q cq＝1296 MJ。
h考虑采暖热损失为20%，则设备需要提供的热量为1620MJ。
（2）计算可得，A=579.30㎡c即1㎡的住宅采暖面积，需有1.93㎡的集热器才能满足冬季采暖要求。
故300㎡的住宅面积，需要的集热器总采光面积为579.30㎡。
需要安装的JPS-30TX21-50°联集管集热器台数为：579.30㎡÷5.38㎡/台＝107.67台。
这里我们取108台。
（3）不计其它费用，只集热器108组，共计537840.00元。
平均每平方米1792.8元。
3、同样的计算方法，计算出每天6小时供暖模式下的普通住宅采暖面积下的能耗量为：Q cq＝324 MJ。
考虑采暖热损失为20%，则设备需要提供的热量为405MJ。
=144.72㎡经计算可得，Ac即1㎡的住宅采暖面积，需有0.48㎡的集热器才能满足冬季采暖要求。
故300㎡的住宅面积，需要的集热器总采光面积为144.72㎡。
需要安装的JPS-30TX21-50°联集管集热器台数为：144.72㎡÷5.38㎡/台＝26.9台。
这里我们取27台。
合计：不计其它费用，只集热器27组，共计134460.00元。
平均每平方米448.2元。
4、同样的计算方法对同等面积的节能建筑进行预算：（1）太阳能24小时运行为节能建筑提供采暖耗热量：6=AQ∙Q36001024÷∙∙cqhQ-------全天模式采暖期能耗量（MJ）式中：cqQ--------建筑耗热量指标（W/m2）hA----------采暖面积（m2）已知：Q＝25W/m2（采用节能建筑的采暖热指标），A＝300 m2，计算得Q cq＝648 MJ。
h考虑采暖热损失为20%，则设备需要提供的热量为810MJ。
=289.63㎡经计算可得，Ac即1㎡的住宅采暖面积，需有0.97㎡的集热器才能满足冬季采暖要求。
故300㎡的住宅面积，需要的集热器总采光面积为289.63㎡。
需要安装的JPS-30TX21-50°联集管集热器台数为：289.63㎡÷5.38㎡/台＝53.84台。
这里我们取54台。
合计：不计其它费用，只集热器54组，共计268920.00元。
平均每平方米896.4元。
(2) 太阳能6小时运行为建筑提供采暖耗热量：同样的计算方法算得，1㎡的住宅采暖面积，需有0.24㎡的集热器才能满足冬季采暖要求。
故300㎡的住宅面积，需要的集热器总采光面积为72.75㎡。
太阳能6小时运行为节能建筑提供采暖耗热量的情况下，不计其它费用，只集热器14组，共计69720元。
平均每平方米232.4元。
四、虽然在冬季用太阳能系统为建筑提供采暖耗热量是可以实现的，但是其投资费用很高。
而且要想全部采用太阳能系统来供冬季采暖耗热量，所需集热面积很大，一般的住户是没有足够的空间安装足够数量的集热器的。
所以我们建议用户，将太阳能地板辐射采暖用于节能建筑上，并且采用每天6小时的运行方式，可行性强一些；如果用户想要太阳能地板辐射采暖在春夏秋均产生热水，建议可以用来产生经济效益，可行性较强。
