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周宏春:清洁供热产业系列讨论之十:太阳能供热的一般概况

发布者:CHIC | 日期:2020-07-31 | 来源:宏春观察 | 阅读:1475

我国属太阳能资源丰富的国家之一,大部分地区具有良好的太阳能利用条件,全国总面积2/3以上地区年日照时数大于2000小时,具备广泛应用的条件。

我国北方、西部寒冷和严寒地区,年太阳辐射总量可达5000MJ/m2以上,尤其以宁夏北部、甘肃北部、新疆东部、青海西部和西藏西部等地的资源最为丰富,可满足住宅采暖、生活热水、甚至炊事等需求。太阳能建筑供热潜在需求量在10亿m2以上(集热面积),是太阳能热水器保有量的10倍。

太阳能利用方式和设备众多。

根据有无外加辅助设备,太阳能利用可分为被动式和主动式;

根据转化形式,可分为光热系统和光电系统;

根据使用目标,可分为太阳能照明、炊事、生活热水和采暖;

根据传热介质,可分为热水集热系统和空气集热系统。

图1 四季沐歌太阳能热水器

储热技术可以提高太阳能系统的稳定性和全年利用率。应根据资源条件和功能,选择合适的利用方式和设备。

太阳能由于能量密度低、不连续、不稳定等特点,用于建筑供暖要解决一系列难题,集热、储热、供热系统优化和匹配控制,供热系统的经济性和成熟度也是技术推广关键。

用好太阳能,应当考虑以下原则:①采集系统的布置空间足够;②根据用户需求进行设计,是将太阳能转化为电能,还是转化为热能,需要供需匹配,减少中间转换过程;③设备具有较好的经济性;④技术成熟,应用效果好;⑤设备运行简单,维护方便。

北方农宅主要用能需求是冬季采暖,太阳能热水器和被动式太阳房是太阳能热利用的成熟形式,也是最为简单的方式。一提到太阳能热水器,可能人们首先想到的四季沐歌太阳能热水器;事实上,他们还有很多产品,供暖也是该公司的业务。

冬季采暖与生活热水供应有本质的不同,热水采暖系统除集热器和储热水箱外,还需要较复杂的管路系统、补热系统(一般用电补热,运行成本会急剧升高)和防冻系统。采暖负荷是生活热水负荷的10倍以上,要求较大的集热面积,投资较大。

除西藏等冬季太阳能资源特别丰富地区外,通过加强建筑围护结构保温和被动式太阳能技术尚不足以满足农宅全部采暖需求的,要主动式太阳能采暖技术作补充。

空气集热器,又称为新风光暖机,包括联集器、全玻璃真空管太阳能集热管、集热器支架、导风管和风机等部分。新风光暖机将光能转化为热能直接加热空气,先由导风管将新鲜的空气引入真空玻璃管内,吸收太阳光能量,通过联集器源源不断地将暖风输送到室内,使室内温度升高到舒适的温度。新风光暖机供暖速度快,集热衰减小,热效率高。因集热管内是空气传导无水,所以具有耐高温、抗冷冻、不结垢的特点。

总体上,太阳能空气集热采暖系统简单,加工方便,提供同样热量成本仅为热水系统的1/3~1/4,经济性明显优于热水系统。另一方面,太阳能空气集热系统也存在一些问题,利用率低,集热器需要空间大,没有形成规模化的产品生产流程和技术标准,室外风管及安装也将增加整体造价,对施工要求也较高等。太阳能集热器的优缺点简要汇总于下表。

江苏日出东方康索沃太阳墙技术有限公司,利用太阳墙形成太阳能空气加热系统,通过向室内输送热风,实现供暖、新风加热和建筑保温,也取得成功。冬季运行时,室外空气通过太阳墙板微孔进入空腔,控制系统根据温度和风量的变化控制风机运行,将加热后的空气送入室内,起到供暖和换气双重功效。

夏季运行时,热空气通过排风系统自然排出,太阳墙起到遮阳作用,减少建筑负荷。2014年,太阳墙与蒸汽机、电灯、汽车、电脑等一同被美国机械工程师协会(ASME)评为过去两个世纪最有意义的80件发明之一。

太阳墙系统主要由太阳墙板、支撑框架、送风系统和控制系统组成。太阳墙板具有高效双面层,其独有的微孔技术将太阳能转化为空气热能,光热转化率高达80%。支撑框架由龙骨、包边等部件组成,将太阳墙板与原有墙体结合在一起,形成特定尺寸的空腔。送风系统将被加热的空气按照需求送到室内相应区域。控制系统按照设定程序和参数控制送风系统的启停和风量。

图2 太阳墙系统结构

太阳墙造价低廉,无需维护,微能耗,运行费用低。太阳墙采暖系统冬季以热风为供暖介质,安全可靠无冻堵,无需任何额外防冻措施。除风机外,系统无其它运动部件,运行稳定,故障率低。夏季热空气从排风口自然排出,不会造成过热,且太阳墙可以避免厂房原有墙体被阳光直射,降低墙面温度,起到一定的遮阳作用。

由于太阳能的不连续性、不稳定性,“太阳能+供热采暖”成为很好的选择,这是指利用太阳辐射转换而产生的热能,加辅助能源产生的热能,共同完成供热(热水)、采暖的方式(简称“太阳能+”),属于太阳能光热利用方式,也是太阳能热利用方式。除“太阳能+”供热采暖方式一次投入和设备后期维护费用外,后期能源的使用几乎是免费的。总体看,太阳能供暖如果不能很好地与其他方式配套,一次性投入还是相对高些。

太阳能光热+空气源热泵,主要由四大部分构成,即压缩机、蒸发器、冷凝器、膨胀阀等。其运行按照“逆卡诺”原理,实质上是一种能量搬运工具,即从空气中搬运热量。

太阳能协会成员企业,在学校太阳能供热方面,做了大量工作:对校园生态建设、节能环保、科普教育、示范应用等方面都会产生较大意义,对推动新型节能技术普惠社会也具有积极的带动作用。

总之,太阳能以其清洁、节能、环保、无污染,取之不竭、用之不尽等特点,必将得到越来越广泛的应用。发展“太阳能+”供热采暖,符合能源革命的要求,可以实现化石能源体系向低碳能源体系的转变,也符合以可再生能源为主的全球能源革命转型潮流。

太阳能供暖哪家企业做得好,从2020年7月1日起,中国清洁供热产业委员会(CHIC)将与国家认监委(CNCA)批准的第三方认证机构—北京信标认证有限公司(BBC)共同开展清洁供热服务认证,详见中国清洁供热产业网(http://www.chic.org.cn/home/index/index1)

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