太陽能采暖系統(tǒng)
太陽能采暖系統(tǒng)是一種在我國較為廣泛使用的新能源建筑技術。它充分利用了太陽能，將其轉換為電能和熱能供我們使用，太陽能的發(fā)展空間仍然很大。由于我們當前有限的技術 太陽能采暖系統(tǒng)，使應用不是很全面，利用率也不是很充分。我們必須主動研究，比如安裝在我們學校的芬蘭小木屋中的太陽能采暖系統(tǒng)，第一層是太陽能地熱系統(tǒng)，第二層是人工取暖系統(tǒng)。比較這兩個系統(tǒng)并得出結論，可為我們將來的改進和建設工作提供強大的數(shù)據(jù)依據(jù)。
（一)太陽能利用方式
1.光熱利用：它收集太陽輻射能，并通過與物質(zhì)的相互作用將其轉換成熱能。目前，最常用的太陽能收集器主要包括平板型集熱器、真空管集熱器和聚焦集熱器等3種。
太陽能發(fā)電：未來將大規(guī)模利用太陽能來發(fā)電
主要有兩種利用太陽能的方式：
①光-熱-電轉換，利用太陽輻射產(chǎn)生的熱能發(fā)電，通常，太陽能集熱器將吸收的熱能轉換成工作流體蒸汽，然后蒸汽驅(qū)動汽輪機帶動發(fā)電機發(fā)電，前一個過程是光-熱轉換，后一過程為熱-電轉換
②光-電轉換，基本原理是利用光伏效應直接轉換太陽輻射能為電能，其基本設備是太陽能電池。
2.光化學利用：這是一種利用太陽輻射的光化學轉化方法，可以直接分解水產(chǎn)生氫。
3.光生物利用：通過植物的光合作用將太陽能轉化為生物質(zhì)的過程。目前，主要有速生植物（如薪炭林）、油料作物和巨型海藻。
以下主要涉及太陽能的光熱利用（太陽能采暖系統(tǒng)），使用太陽能采暖。
太陽能采暖系統(tǒng)由太陽能集熱器（平板太陽能集熱器，真空管太陽能集熱器，U型管太陽能集熱器，熱管太陽能集熱器），水箱，連接管道，控制系統(tǒng)和其他輔助材料組成。將分散的太陽能通過集熱器，將太陽能轉換為熱水，熱水儲存在水箱中，然后將熱水輸送到發(fā)熱末端，以提供建筑物的供熱需求。例如，我們生活中的地板輻射采暖，散熱器采暖等。
我們可以將太陽能收集器放置在相應面積的建筑物屋頂上或建筑物旁邊。使用太陽能時，應滿足一些必要條件以充分利用太陽能采暖，具有太陽能采暖系統(tǒng)的建筑物的主要朝向應該是南方。建筑物的形狀和空間組合應防止建筑物本身、周圍的設施和綠化樹木遮擋集熱器安裝的地方，并應滿足集熱器每天不少于4H日照射數(shù)的要求。
建筑物的主要結構或結構構件，應能夠承受太陽能熱水系統(tǒng)的負荷。建筑物的外墻必須保溫，建筑物的玻璃是節(jié)能玻璃。
如果滿足上述條件，則更適合安裝太陽能采暖系統(tǒng)。
（二)太陽能熱水器的分類
1.根據(jù)集熱類型分為
1）玻璃真空管太陽能熱水器
可細分為全玻璃真空管型、熱管真空管型和U型管真空管型。最常用的是全玻璃真空管型，具有安全、節(jié)能、環(huán)保、經(jīng)濟的優(yōu)點。特別是，具有輔助電加熱功能的太陽能熱水器，以太陽能為主要能源，輔以電能，使太陽能熱水器全年24小時正常運轉，在周圍環(huán)境溫度低時效率仍然較高。缺點是體積比較大，玻璃管易碎，水垢容易在玻璃管中堆積，并且不能承壓運行。但是，清華陽光研發(fā)的一種熱管式真空集熱玻璃管，采用導熱介質(zhì)作為導熱媒來傳遞熱能，充分解決了玻璃管的易碎性，管中容易集結水垢，管中結冰等諸多問題。而且集熱效果比其他集熱管高出近十個百分點。
2）平板型太陽能熱水器
平板型太陽能熱水器可分為管板式，翼管式，蛇管式，扁盒式、圓管式和熱管式。其優(yōu)點：整體性好，壽命長，故障少，安全隱患小，能承壓運行，安全可靠，吸熱體面積大，易于與建筑物相結合，耐無水空曬強等，熱性能也非常穩(wěn)定。
缺點是蓋板內(nèi)部沒有真空，保溫性能差，因此當環(huán)境溫度低時集熱性能差，在使用輔助加熱時耗電相對較多。當環(huán)境溫度低或要求出水溫度高時，熱效率低。如果遇到凍壞的情況，則需要更換整個集熱板，適用于冬天沒有結冰的南方地區(qū)使用。
3）陶瓷中空平板型太陽能熱水器
陶瓷太陽能板是中空薄壁扁盒式太陽能集熱體，以普通陶瓷為基體，立體網(wǎng)狀釩鈦黑瓷為表面層。陶瓷太陽能板整體由不透水、不滲水、強度高、剛性好、不腐蝕，不老化、不褪色、無毒、無害、無放射性，陽光吸收率不會衰減的瓷質(zhì)材料制成，并具有長期較高的光熱轉換效率。
經(jīng)國家太陽能熱水器質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心檢測，陶瓷太陽能板的陽光吸收比為0.95，混凝土結構陶瓷太陽能屋頂?shù)娜盏脽釣?.6MJ，遠高于國家標準。陶瓷太陽能板制造和使用成本低，日光吸收率不衰減，并且具有與建筑物相同的使用壽命。它們可用于與原房頂共用結構層、保溫層和防水層。結構簡單，保溫隔熱效果優(yōu)于原房頂。與建筑物結合的混凝土結構陶瓷太陽能屋頂，向陽墻和陽臺護欄面可為建筑物提供熱水、取暖和空調(diào)；為工農(nóng)業(yè)和養(yǎng)殖業(yè)提供熱能；它可用于沙漠大規(guī)模的太陽能熱水發(fā)電、風能發(fā)電、海水淡化、微咸水淡化以及將沙漠變成農(nóng)田。
2、按結構分類：
1）緊湊型太陽能熱水器：將真空玻璃管直接插入水箱中，通過加熱水的循環(huán)來提高水箱中的水溫，這是市場上最常規(guī)的太陽能熱水器。
2）分體式熱水器：分體式熱水器將集熱器與水箱分開，可以大大增加太陽能熱水器的容量，不使用落水式工作方式，從而擴大了使用范圍。
3、根據(jù)水箱的受壓分類：
1）承壓式太陽能熱水器：太陽能熱水器的出水是有壓力的。通常為頂水式工作，不一定要使用承壓式水箱。
2）非承壓式太陽能熱水器：普通太陽能熱水器均為非承壓式熱水器，它的水箱有一根與大氣連通的管子。使用水時，它利用屋頂和房屋之間的高度差來產(chǎn)生壓力。其安全性、成本和使用壽命遠比承壓式的好得多
（三）太陽能集熱器的選型
太陽能集熱器系統(tǒng)的選擇主要考慮以下因素：a.太陽能集熱器的類型； b.太陽能集熱器系統(tǒng)的工作方式，自然循環(huán)或強制循環(huán)，閉式系統(tǒng)或開式系統(tǒng)； c.換熱方式，直接系統(tǒng)或間接系統(tǒng)； d備用熱源，電加熱器，燃氣鍋爐，燃煤鍋爐，生物質(zhì)鍋爐，熱泵等; e.管材和水箱的材質(zhì)。
（四）太陽能儲能采暖簡介
太陽能蓄能采暖分為當天蓄能采暖、周蓄能采暖和跨季節(jié)蓄能采暖
a.當天蓄能采暖
當天蓄能采暖是指使用太陽能集熱器收集一天中的熱能并將其存儲在水箱中，以滿足建筑物末端的供熱需求。
b.周蓄能采暖
周蓄能采暖是指利用太陽集熱器將一周的熱能收集到水箱中，并將其存儲起來以滿足建筑物末端的供熱需求。集熱器的面積確定根據(jù)一周中的太陽輻射照量計算，水箱的容量略大于當天蓄能采暖系統(tǒng)的水箱，適用于不經(jīng)常居住的度假別墅。
c.跨季蓄能采暖
跨季蓄能采暖是指使用太陽能集熱器收集春、夏、秋三個季節(jié)的熱能，并將其收集到水箱中進行存儲，以滿足建筑物末端的供暖需求。集熱器的面積根據(jù)三個季節(jié)的太陽能輻射照量確定。水箱容量約為當天蓄能采暖系統(tǒng)水箱容量的10倍。適用于沒有足夠面積供太陽能集熱器擺放的別墅。
（五）輔助能源的選擇
輔助能源的介紹：燃油鍋爐，燃氣爐，生物質(zhì)鍋爐，燃煤鍋爐，電加熱太陽能采暖系統(tǒng)（水箱內(nèi)置電加熱或外部電加熱器），熱泵。
燃煤鍋爐的啟停時間較長，難以調(diào)節(jié)輸出功率，較難實現(xiàn)自動控制或無人值守，并且存在環(huán)境污染問題；
燃油、燃氣鍋爐易于控制，易于調(diào)節(jié)，并且易于實現(xiàn)自動控制運行，但設備之間需要滿足消防要求；
熱泵使用費用低，易于控制，但設備的初始投資高，此外，空氣源熱泵在北方地區(qū)冬季使用的能效比很低；
電加熱設備易于安裝，且方便控制，是太陽能熱水系統(tǒng)最常用的輔助熱源，但運行費用較高，有時因為需要做電力增容而增大了投資成本。
所以在選擇輔助熱源時，要綜合考慮各項因素。
（五）太陽能采暖系統(tǒng)的輔材選擇
1.管路
太陽能采暖系統(tǒng)所用的管材和管件應符合現(xiàn)行產(chǎn)品要求，管道的工作壓力和工作溫度不得大于，產(chǎn)品標準標定的工作壓力和工作溫度。
太陽能集熱系統(tǒng)的管道可以使用鋼管、薄壁不銹鋼、塑鋼熱水管、塑料和金屬復合管等。鍍鋅鋼管不能用于以乙二醇為主要成分的防凍液系統(tǒng)。
熱水管應選擇耐腐蝕，符合衛(wèi)生要求的管道，一般可使用薄壁銅管、薄壁不銹鋼管、塑料熱水管、塑料與金屬復合管
在設計過程中，應在系統(tǒng)管道的必要位置安裝排氣裝置、排水裝置、溫度計、壓力表、安全閥、膨脹水箱和其他輔助設備。閉式系統(tǒng)應配備膨脹罐或泄壓閥。
2.管道保溫
太陽能熱水系統(tǒng)的集熱系統(tǒng)，將管道、水箱和供水管連接在一起，都應保溫。常用的保溫材料包括巖棉、玻璃棉、聚氨酯發(fā)泡、橡塑泡棉等材料。
管道保溫材料的選擇具有以下要求：
1）保溫材料產(chǎn)品的允許使用溫度應高于太陽能系統(tǒng)工作介質(zhì)的最高溫度。
2）保溫材料不應使用有機物，以免生蟲、腐爛、生菌、引鼠。
3）應使用吸濕性低、存水性弱且對管壁無腐蝕的材料；室外管道保溫層應加保護層以防水。
4）保溫材料應為非燃和難燃材料。應當符合GB50016《建筑設計防火規(guī)范》的要求；電加熱器的保溫必須由非燃材料制成。
3.太陽能系統(tǒng)的效率與集熱器的類型、以及工作介質(zhì)的工作溫度密切相關，太陽能采暖供熱系統(tǒng)的散熱組件應根據(jù)以下原則選擇：
1）太陽能供熱采暖系統(tǒng)應優(yōu)先選擇低溫輻射供暖系統(tǒng)。
2）水-空氣處理設備和散熱器系統(tǒng)應使用工作溫度為60-80℃的更高效率的太陽能集熱器，例如高效平板太陽能集熱器或熱管真空管太陽能集熱器。該系統(tǒng)適用于夏熱冬冷或溫和的地區(qū)。
3）熱風采暖系統(tǒng)適用于低層建筑或某些需要局部供暖的場合。
4.低溫輻射供暖系統(tǒng)設計要點
1）太陽能采暖系統(tǒng)更適合于低溫輻射供熱。供水溫度不應超過60℃，供水和回水之間的溫差應約為10℃。太陽能采暖系統(tǒng)的供水溫度應為35-50℃；供熱系統(tǒng)的工作壓力不應超過0.8Mpa。
2）地面構造
地面構造由樓板或與土壤相鄰的地面、絕熱層、加熱管、填充層、找平層和面層組成。與土壤相鄰的地面必須設有絕緣熱層，并且必須在絕緣熱層下方設置防潮層。與室外空氣直接相鄰的樓板必須設絕緣層。對于衛(wèi)生間、洗衣間、浴室和游泳館等潮濕的房間，應在填充層的頂部設置隔離層。當工程允許根據(jù)雙向散熱設計地面時，在個別樓層間的樓板上部可不設絕緣層。
面層應使用熱阻小于0.05㎡.℃/ W的材料制成?；◢弾r、大理石、陶瓷等的熱阻為0.02㎡.℃/ W，木地板的熱阻為0.10㎡.℃/ W，毛毯的熱阻為0.]15㎡. ℃/ W。
絕熱層采用聚苯乙烯泡沫塑料板，容重不小于20kg / m，壓縮強度不小于100kPa，導熱率不大于0.41w（m.℃）。絕熱層的厚度應滿足以下要求：樓層之間樓板上的絕熱層不小于20mm，且靠近土壤或室外空氣相鄰的地板上的絕熱層不小于40mm。
不間斷的伸縮縫應敷設在與垂直部件（例如內(nèi)外墻，立柱和大門）的交接處，伸縮縫的寬度不應小于20mm。伸縮縫應使用聚苯乙烯或高發(fā)泡聚乙烯泡沫塑料；地面面積超過30平方米或當邊長超過6m時，應設置伸縮縫，伸縮縫的寬度不應小于8mm。伸縮縫應使用高發(fā)泡聚乙烯泡沫塑料或內(nèi)部滿填的彈性膨脹膏。
填充層的材料應為C15豆石混凝土，豆石粒的直徑不應大于12mm。填充層的厚度不應小于50mm。如果地面荷載大于20Kn /㎡，則應與結構設計人員共同采取加固措施。
文章來源：《太陽能采暖供熱系統(tǒng)》
