導(dǎo)語(yǔ)：太陽(yáng)能供熱設(shè)計(jì)研討一文來(lái)源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點(diǎn)，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

本文作者：段林李昌鋒單位：蘭州交通大學(xué)

0引言

太陽(yáng)能作為取之不盡用之不竭的可再生能源，隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，近年來(lái)受到了全社會(huì)的高度重視，已經(jīng)開始被廣泛的應(yīng)用于發(fā)電、取暖、供水等諸多領(lǐng)域。在我國(guó)大部分國(guó)土面積屬于供暖地區(qū)，建筑采暖是保證生存的基本條件；另外，我國(guó)太陽(yáng)能資源最為豐富的地區(qū)大多是氣候寒冷、常規(guī)能源比較缺乏的偏遠(yuǎn)地區(qū)，這些地區(qū)既有實(shí)際的采暖需求，又有充足的太陽(yáng)能資源，是應(yīng)用太陽(yáng)能供熱采暖條件最為優(yōu)越的地區(qū)。因此，太陽(yáng)能供熱采暖將是繼太陽(yáng)能熱水之后，最具發(fā)展?jié)摿Φ奶?yáng)能熱利用技術(shù)，有著廣闊的應(yīng)用前景。

1太陽(yáng)能集熱器系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則

a）應(yīng)合理設(shè)計(jì)太陽(yáng)能集熱器在建筑上的安裝位置。建筑設(shè)計(jì)應(yīng)將所設(shè)置的太陽(yáng)能集熱器作為建筑的組成元素，與建筑有機(jī)結(jié)合，保持建筑統(tǒng)一和諧的外觀，并與周圍環(huán)境相協(xié)調(diào)；設(shè)置在建筑任何部位的太陽(yáng)能集熱器應(yīng)能充分接受陽(yáng)光；應(yīng)與建筑錨固牢靠，保證安全；同時(shí)不得影響該建筑部位的承載、防護(hù)、保溫、防水、排水等相應(yīng)的建筑功能。建筑設(shè)計(jì)應(yīng)為系統(tǒng)各部分的安全維護(hù)檢修提供便利條件；b）太陽(yáng)能集熱器宜朝向正南或南偏東、偏西30°的朝向范圍內(nèi)設(shè)置；安裝傾角可選擇在當(dāng)?shù)鼐暥取?0°的范圍內(nèi)；受實(shí)際條件限制時(shí)，可以超出范圍，但應(yīng)進(jìn)行面積補(bǔ)償，合理增加集熱器面積，并進(jìn)行經(jīng)濟(jì)效益分析[1]；c）受條件限制不能按推薦方位和傾角設(shè)置太陽(yáng)能集熱器時(shí)，按式(1)進(jìn)行集熱器面積補(bǔ)償，計(jì)算增加的集熱器面積。AB=AS/RS，(1)式中：AB為面積補(bǔ)償后確定的集熱器面積；AS為用式(3)和(5)計(jì)算得出的集熱器面積；RS為近似等于與集熱器安裝方位角和傾角所對(duì)應(yīng)的補(bǔ)償面積比；d）放置在平屋面上的集熱器在冬至日的日照時(shí)數(shù)應(yīng)保證不少于4h，互不遮擋、有足夠間距(包括安裝維護(hù)的操作距離)，排列整齊有序；e）正午前后n小時(shí)照射到集熱器表面上陽(yáng)光不被遮擋的日照間距s由式(2)計(jì)算。S=Hcothocsγ0，(2)式中：S為日照間距（m）；H為前方障礙物的高度，m；h為計(jì)算時(shí)刻的太陽(yáng)高度角；γ0為計(jì)算時(shí)刻太陽(yáng)光線在水平面上的投影線與集熱器表面法線在水平面上的投影線之間的夾角；f）宜將集熱器在向陽(yáng)坡屋面上順坡架空設(shè)置或順坡鑲嵌設(shè)置。建筑坡屋面的坡度宜等于集熱器接受陽(yáng)光的最佳角度，即當(dāng)?shù)鼐暥取?0°；g）低緯度地區(qū)設(shè)置在墻面、陽(yáng)臺(tái)欄板、女兒墻上的太陽(yáng)能集熱器應(yīng)有一定的傾角，使集熱器更有效地接受太陽(yáng)照射；h）集熱器連接成集熱器組宜采用并聯(lián)方式；采用串聯(lián)連接時(shí)，串聯(lián)的集熱器個(gè)數(shù)不宜超過(guò)3個(gè)。集熱器組之間宜采用并聯(lián)方式連接，各集熱器組包含的集熱器數(shù)量應(yīng)該相同，每組集熱器的數(shù)量不宜超過(guò)10個(gè)；i）太陽(yáng)能集熱器類型及面積的確定。(a)太陽(yáng)能集熱器的類型應(yīng)與使用當(dāng)?shù)氐奶?yáng)能資源、氣候條件相適應(yīng)，在保證太陽(yáng)能供暖系統(tǒng)全年安全、穩(wěn)定運(yùn)行的前提下，選擇性能價(jià)格比最優(yōu)的集熱器；(b)直接系統(tǒng)集熱器總面積用式(3)計(jì)算：式中：AC為直接系統(tǒng)集熱器總面積，m2；Q為建筑物的耗熱量指標(biāo)，W/m2；A0為建筑面積，按各層外墻外包線圍成面積的總和計(jì)算，m2；JT為當(dāng)?shù)丶療崞鞑晒饷嫔系牟膳谄骄仗?yáng)輻照量kJ/m2•日；f為太陽(yáng)能保證率，%，按表1選??；ηcd為基于總面積的集熱器集熱效率，%，由測(cè)試所得的效率曲線方程，根據(jù)歸一化溫差計(jì)算得出；ηL為管路及貯熱裝置熱損失率，%。Q按式(4)計(jì)算：Q=QHT+QIHF+QIH，(4)式中：Q為建筑物的耗熱量指標(biāo)，W/m2；QHT為單位建筑面積通過(guò)圍護(hù)結(jié)構(gòu)的傳熱耗熱量，W/m2；QIHF為單位建筑面積的空氣滲透耗熱量，W/m2；QIH為單位建筑面積的建筑物內(nèi)部得熱，住宅建筑取3.8W/m2。(c)間接系統(tǒng)太陽(yáng)能集熱器總面積AIN按式(5)計(jì)算：AIN=AC•（1+UL+ACUhx+Ahx），(5)式中：AIN為間接系統(tǒng)集熱器總面積，m2；AC為直接系統(tǒng)集熱器總面積，m2；UL為集熱器總熱損失系數(shù)，W/(m2•℃)，測(cè)試得出；Uhx為換熱器傳熱系數(shù)，W/(m2•℃)；Ahx為間接系統(tǒng)換熱器換熱面積，m2；j）太陽(yáng)能集熱系統(tǒng)的設(shè)計(jì)流量確定。(a)太陽(yáng)能集熱系統(tǒng)的設(shè)計(jì)流量GS分別用式(6)和(7)計(jì)算：GS=3.6•g•AC，(6)GS=3.6•g•AIN，(7)式中：GS為太陽(yáng)能集熱系統(tǒng)的設(shè)計(jì)流量m3/h；g為太陽(yáng)能集熱器的單位面積流量L/(h•m2)；AC為直接式太陽(yáng)能集熱系統(tǒng)中的太陽(yáng)能集熱器總面積，m2；AIN為間接式太陽(yáng)能集熱系統(tǒng)中的太陽(yáng)能集熱器總面積，m2：（b）太陽(yáng)能集熱器的單位面積流量g與太陽(yáng)能集熱器的特性有關(guān)，宜根據(jù)太陽(yáng)能集熱器生產(chǎn)企業(yè)給出的數(shù)值確定。在沒(méi)有企業(yè)提供相關(guān)技術(shù)參數(shù)的情況下，根據(jù)不同的系統(tǒng)，宜按表2中給出的范圍取值。(c)宜采用自動(dòng)控制變流量太陽(yáng)能集熱系統(tǒng)，設(shè)太陽(yáng)輻照感應(yīng)傳感器(如光伏電池板等)，根據(jù)太陽(yáng)輻照條件控制變頻泵改變系統(tǒng)流量，實(shí)現(xiàn)優(yōu)化運(yùn)行。

2太陽(yáng)能供暖系統(tǒng)的蓄熱方式選取原則

a）應(yīng)根據(jù)太陽(yáng)能集熱系統(tǒng)形式、系統(tǒng)性能、系統(tǒng)投資，供暖負(fù)荷和太陽(yáng)能保證率進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析，選取適宜的蓄熱分系統(tǒng)；b）貯熱水箱蓄熱適用于液體工質(zhì)集熱器短期蓄熱太陽(yáng)能供暖系統(tǒng)[3]；c）地下水池蓄熱適用于液體工質(zhì)集熱器季節(jié)蓄熱太陽(yáng)能供暖系統(tǒng)；畜熱量大、施工簡(jiǎn)便、初投資低，是性能價(jià)格比最優(yōu)的季節(jié)蓄熱系統(tǒng)；d）土壤埋管蓄熱適用于液體工質(zhì)集熱器季節(jié)蓄熱太陽(yáng)能供暖系統(tǒng)，蓄熱量大、施工簡(jiǎn)便、初投資蓄熱量大，但施工較復(fù)雜，初投資高；e）卵石堆蓄熱適用于空氣集熱器短期蓄熱太陽(yáng)能供暖系統(tǒng)；f）相變材料蓄熱同時(shí)適用于空氣集熱器和液體工質(zhì)集熱器短期蓄熱太陽(yáng)能供暖系統(tǒng)；g）貯熱水箱容積配置。各類太陽(yáng)能供熱系統(tǒng)對(duì)應(yīng)每平方米太陽(yáng)能集熱器采光面積的貯熱水箱容積范圍宜按表3選取，根據(jù)設(shè)計(jì)蓄熱時(shí)間周期和蓄熱量等參數(shù)計(jì)算確定；

3太陽(yáng)能供暖系統(tǒng)的輔助熱源設(shè)計(jì)原則

a）太陽(yáng)能供暖系統(tǒng)應(yīng)設(shè)輔助熱源及其加熱/換熱設(shè)備、設(shè)施，輔助熱源可因地制宜選擇城市熱網(wǎng)、電、燃?xì)狻⑷加?、工業(yè)余熱和生物質(zhì)燃料等，加熱/換熱設(shè)備、設(shè)施有各類鍋爐、換熱器和熱泵等；b）輔助熱源的供熱量宜按現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB50011－2003采暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定的采暖熱負(fù)荷計(jì)算；在標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定可不設(shè)置集中采暖的地區(qū)或建筑，可根據(jù)當(dāng)?shù)氐膶?shí)際情況，適當(dāng)降低輔助熱源的供熱量標(biāo)準(zhǔn)；c）輔助熱源加熱、換熱設(shè)備應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)乜捎玫臒嵩捶N類、價(jià)格、供水水質(zhì)、供暖系統(tǒng)型式、對(duì)環(huán)境的影響、使用的方便性等因素，通過(guò)技術(shù)、經(jīng)濟(jì)分析合理選用；宜重視廢熱、余熱利用；d）輔助熱源及其加熱設(shè)施應(yīng)在保證太陽(yáng)能集熱系統(tǒng)充分工作的條件下輔助運(yùn)行。輔助熱源設(shè)施宜靠近貯熱水箱(罐)設(shè)置，并應(yīng)便于操作、維護(hù)；e）大型、集中式太陽(yáng)能供暖系統(tǒng)的輔助熱源設(shè)備配置宜不少于2臺(tái)；1臺(tái)檢修時(shí)，其他各臺(tái)加熱設(shè)備的總供熱能力不小于50％的系統(tǒng)負(fù)荷。小型戶式太陽(yáng)能供暖系統(tǒng)可配置1臺(tái)輔助熱源設(shè)備；采用快速式燃?xì)馑訜崞鲿r(shí)，應(yīng)注意該加熱器的允許進(jìn)水溫度。

4結(jié)語(yǔ)

我國(guó)大部分地區(qū)太陽(yáng)能資源豐富，且冬季采暖需求大，從節(jié)能和可持續(xù)發(fā)展角度考慮，太陽(yáng)能供熱系統(tǒng)具有廣泛的應(yīng)用前景。但目前受到資金、技術(shù)等的限制，太陽(yáng)能采暖系統(tǒng)的應(yīng)用推廣仍顯緩慢，望能通過(guò)較多的研究切實(shí)提高太陽(yáng)能在建筑工程采暖系統(tǒng)中的應(yīng)用。