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酷寒区域太阳能地板辐射供暖研讨
来源:http://elnk5j.cn 责任编辑:环亚ag88手机版 更新日期:2019-04-12 10:16
酷寒区域太阳能地板辐射供暖研讨 吉林修建工程学院 刘晔 长春工程学院 张自国 摘要 本文在理论研讨的基础上,树立了实验体系对酷寒区域运用太阳能在冬天供暖的可行性进行研讨。通过一个采暖季的实验研讨证明,太阳能地板辐射采暖在酷寒区域是可行的,可以节

  酷寒区域太阳能地板辐射供暖研讨

  吉林修建工程学院 刘晔 长春工程学院 张自国

  摘要 本文在理论研讨的基础上,树立了实验体系对酷寒区域运用太阳能在冬天供暖的可行性进行研讨。通过一个采暖季的实验研讨证明,太阳能地板辐射采暖在酷寒区域是可行的,可以节省动力,且在4年内可以收回出资。

  关键词 酷寒区域;太阳能;地板辐射;供暖

  0 导言

  跟着经济的快速开展,动力耗费的激增,传统动力的蕴藏量现已不能满意开展的需求。国际正面临着史无前例的动力危机。人们火急的期望找到新的动力来替代传统化石类动力,太阳能、风能、生物质能、海洋能、地热能和氢能等新动力和可再生动力的开发运用得到了很大的注重。传统动力的开发和运用,是形成大气和其他类型环境污染与生态损坏的首要原因之一。现在全球气候变暖首要是由焚烧化石类动力排放的CO2等温室气体所形成,因而,约束和削减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。作为清洁洁净,只要很少的污染物排放的新动力和可再生动力将成为人类社会未来动力的柱石[1]。太阳能用之不尽取之不竭占有无足轻重的位置。虽然人们在太阳能运用的道路上阅历了许多曲折,可是太阳能运用的脚步一直没有中止。
 

  1 太阳能地板辐射采暖体系
 

  每年我国修建能耗占全国总能耗的27.6%,且仍将持续增加,其间北方区域供暖能耗占全国修建总能耗的36%,约合1.3亿吨标煤/年[2]。以煤炭、石油和天然气为首要动力的时期,将是一个不太长的前史时期,它们终将走向干涸而被新动力替代,保护好人类赖以生存的地球生态环境,已成为全球的严重课题。因而,在我国北方酷寒区域开发运用太阳能供热,不只可以节省修建采暖耗费的化石动力[3],并且还可以削减形成环境污染物的排放,具有明显的社会、经济和环境效益。
 

  虽然人类运用太阳能的前史已十分长远,可是作为一种洁净、可再生的动力,再加之新技能的运用,越来越被人们注重。可是太阳能资源也存在着相当严重的缺陷和问题:分散性抵达地球表面的太阳辐射能的总量虽然很大,但能流密度却很低;间断性和不安稳性,因为遭到昼夜、时节、地理纬度和海拔等自然条件的约束,运用太阳集热器对环境的要求也比较高,在夜晚和阴天阳光少的气候里会遭到约束假如用太阳集热器加热水,以水为前言为室内供热,在夜晚或阴天阳光少的时分,只能用白日储存在蓄热水箱内热水进行供暖,假如水温达不到供暖需求的温度则需求用辅佐热源进步水温。假如采纳一种供回水温度较低的采暖方法与太阳热水器联合的供暖方法则可以削减运用辅佐热源。近几年在我国北方呈现的低温地板辐射采暖方法是一种比较抱负的挑选。地板辐射采暖是一种热媒温度为30 ~ 60℃的采暖方法。与传统采暖方法比较,地板供暖体系供水温度低,加热水耗费的热量少,输热进程热丢失也少。地板采暖首要依托辐射传热,进步了室内均匀辐射温度,使人体辐射散热许多减小,增强了人体舒适感,因而室内作用温度比选用散热器时低1~2℃[4]。特别是地板埋管的水媒辐射采暖,因为混凝土热容量大,选用间歇采暖时室温动摇小,因而太阳能适用于地板辐射采暖体系[5],其原理如图1-1所示。

  

  
 

  2 太阳能地板辐射采暖体系理论研讨
 

  太阳能供暖体系由集热器、蓄热器、辅佐热源、操控器以及热用户等首要部分组成。
 

  2.1 集热器面积的断定

  

  2.2 蓄热器的挑选
 

  

  

  

  增大了蓄热器的体积体系在运转前需求的蓄热时刻要延伸。
 

  2.3 辅佐热源的断定
 

  在酷寒区域只靠太阳能供暖在我国现有的条件是不能完成的,所以必须有其它的热源来弥补由太阳能承当的供暖负荷以外的那部分负荷。现在,可完成与太阳能联合供暖的热源有许多如太阳能辅佐电采暖、太阳能辅佐燃油锅炉采暖、太阳能辅佐燃气锅炉采暖等。
 

  在太阳能辅佐电采暖体系中,可以通过光探头和温度探头联合操控电加热器,当太阳光的辐照度到达设定值时,不管水温是否到达设定的温度值,电源都能堵截不予加热,这样既能充分运用太阳能又能节省体系电能耗费。

  

  在太阳能辅佐燃油(燃气)锅炉采暖体系中,水先通过燃油(燃气)锅炉再到热用户,通过主动操控当供水温度满意要求时燃油(燃气)锅炉不发动,当供水温度低于设定的温度时燃油(燃气)锅炉发动,当水温到达要求时主动熄火。相同这种体系也到达了充分运用太阳能和节省油气的意图。
 

  

  实施热量按表收费的准则后,与电、燃油和燃气作辅佐热源比较,室外供热管网作辅佐热源是一种最为经济的方法,其首要长处是:体系初出资少,节省了置办电加热器、燃油锅炉和燃气锅炉的费用;运转费用少,室内的小循环不需求再加循环水泵依托室外管网供给的压头足可以运转;体系的方法简略,只需求在体系中加设两个阀门和感温、感光探头完成阀门的主动开关即可,节省了室内空间。

  3 太阳能地板辐射采暖体系实验研讨

  以长春市某栋六层民宅坐落六楼某住户的北向卧室(16.83m2)为实验目标,树立实验体系,房间的围护结构热物性参数见表3-1。

  3.1 实验体系的规划核算

  3.1.1房间负荷的断定

  核算求得房间的各围护结构的耗热量和房间的总负荷,见表3-2。长春供暖室内核算温度=18℃,长春采暖期室外均匀温度=-9.9℃(2005年采暖期),相邻房间为非供暖房间室温按5℃核算。

  因为房间的供暖方法为地板辐射采暖,所以它的室内核算温度可以比散热器方法低2℃,从表3-2可以看出它比散热器采暖方法节省12.27%的动力。

  表3-1 房间的围护结构热物性参数

  类别

  构件名

  传热系数K(w/m2·K)

  外墙(6.99m2)

  水泥砂浆(20mm)+重砂浆粘土砖砌体(490mm)+水泥砂浆(20mm)

  1.51

  内墙(36m2)

  水泥砂浆(20mm)+重砂浆粘土砖砌体(240mm)+水泥砂浆(20mm)

  1.76

  房顶(16.83m2)

  钢筋混凝土保温房顶

  0.87

  楼板(16.83m2)

  钢筋混凝土(100mm)

  3.05

  外窗(2.25m2)

  单层双玻塑钢窗

  2.5

  内门(1.8m2)

  单层实木门

  2.75

  

  

  表3-2 房间各围护结构的耗热量和房间的总负荷

  称号

  耗热量(w)

  (室内核算温度为18℃)

  耗热量(w)

  (室内核算温度为16℃)

  削减率(%)

  外 墙

  382.83

  355.38

  7.17

  内 墙

  823.68

  696.96

  15.38

  屋 顶

  408.51

  379.23

  7.17

  楼 板

  667.31

  564.65

  15.38

  外 窗

  156.94

  145.69

  7.17

  内 门

  64.35

  54.54

  15.24

  总负荷

  2503.63

  2196.45

  12.27

  

  

  3.1.4辅佐热源的挑选

  

  太阳能可以与电联供,与燃气炉联供,与燃油炉联供,还可以与供热管网联供。假如实施热量按表计费,太阳能与供热管网联供的方法与其它方法比较将是经济性较好的供热方法。因为在现有条件下满意室内舒适度的要求,供给相同的热量,用供热管网比用电、燃气和燃油都省钱。选用太阳能与供热管网联供的方法只需在分、集水器处加装一个变换设备(阀门)就可以完成太阳能供暖与供热管网供暖的变换,在白日太阳能满意地板采暖供回水要求时,用太阳能供暖,否则用供热管网供暖。

  3.2 实验体系的树立

  

  因为条件约束,实验体系没有设置蓄热水箱和辅佐热源,而是运用天普家用太阳热水器通过改装,水箱的出水管接地板采暖的分水器,将太阳热水器预留的设备辅佐电加热器的孔洞与体系回水管相连接,作为体系的回水管接地板采暖体系的集水器,在太阳热水器出水口与地板采暖体系分水器之间的管线上设备循环水泵,在地板采暖分水器与集水器处设备温度计丈量进入地板采暖盘管的水温(进水温度)和在地板采暖盘管内循环放热后的出水温度。太阳热水器自带的蓄热水箱在体系上水时将水加到水箱容积的90%,蓄热水箱可以兼做实验体系的膨胀水箱之用起到体系的定压作用,这样整个实验体系树立起来了。

  3.3 实验体系运转

  

  本实验从2005年12月8日开端运转,2006年5月8日完毕(在2006年12月~2007年1月对部分数据进行了补测)。在这期间每天分时段的对太阳辐射强度、体系供回水温度、流量、室内温度、室外温度等进行丈量。

  

  由图3-1可以看出在本实验条件下,从实验开端直到1月末这段时刻室外气温比较低,体系运转对室温没有影响,1月21日之后体系运转后室温比体系运转前有所进步;从图中还可以看到相邻房间的温度比实验房间高,这是因为测温时为上午11:00~下午15:00左右因为南向外窗尺度较大接纳太阳直射辐射所造成的。
 

  

  
 

  

  本实验真实没辅佐热源的状况下仅以太阳能作为实验房间的仅有热源进行供暖研讨,因为本区域所承受的太阳的能量在不同的时刻、不同的气候条件下是不同的,然后决议了热媒—水的温度水很不安稳的,在本实验条件下实验房间呈现2℃温升时从实验当天太阳升起,集热器开端接纳太阳辐射能量到实验完毕时所收集的太阳能量只是可以使实验房间在实验时刻段内升高2℃
 

  

  4 节能状况与经济性剖析

  4.1 节能量化剖析

  本实验是直接将太阳热水器内的热水引进低温地板辐射供暖的盘管内,由循环水泵带动热媒在盘管内循环,来进行观测,已断定太阳能供给多少能量。本体系只要两部分额定的电能的耗费:(1)循环水泵耗费的电能;(2)太阳热水器室外部分管道防冻伴热带耗费的电能。
 

  核算体系的节能可按如下算式:体系中太阳供给的可供运用的净能量-体系额定耗费的电能=体系节省的能量。

  4.1.1体系中太阳供给的可供运用的净能量
 


 

  4.1.2太阳热水器室外部分管道防冻伴热带和循环水泵耗费的电能
 

  

  4.1.3体系节省的能量

  

  实验期间(2005年12月8日-2006年5月8日),本体系可节省的能量:730 — 101.1=628.9kwh

  约合0.53元×628.9=333.32元

  即体系均匀每天节省4.16kwh的电量,约合2.20元/天。

  4.2 经济剖析

  

  归还年限是经济评价的一项重要目标[7]。本文的归还年限(N)是指太阳辅佐供暖较惯例供暖方法多出资的部分,用每年的经济效益收回的年限表明。它与修建类型、增加出资的巨细、每年节能的数量、燃料的价格、区域及气候条件等有密切关系,一起还受国家借款的利息及优惠政策的影响[8]

  

  

  

  

  5 定论

  实验体系运用一般家用太阳热水器为仅有热源,在除室外管路防冻设备和循环水泵耗费能量(电能)外没有其他辅佐热源的状况下,通过一个采暖期的正常运转,净节省能量628.9kwh,的确具有节能作用,均匀每天节省4.16kwh,约合2.20元/天。可见在长春区域太阳能辅佐的低温地板辐射采暖方法运转安全,技能、经济上可行。实验体系比较简略,因为体系中短少蓄热水箱和辅佐热源,致使实验运转时刻过短没有到达抱负的作用。可见酷寒区域太阳能地板辐射采暖体系,蓄热水箱的作用不行忽视,要想到达抱负的供热作用,辅佐热源必不行少。

  

  参考文献

  [1] 罗运俊,何梓年,王长贵.太阳能运用技能[M].北京:化学工业出版社,2005:1-12

  [2] 王俊,徐伟,林海燕,曾捷.修建能耗现状与节能途径[J].我国科技成果,2006,19:14-17

  [3] 齐政新,陆亚俊,史超.太阳能在修建节能中运用的讨论[J].节能技能,2001,20(1):10-13

  [4] 王子介.低温辐射供暖与辐射供冷[M].北京:机械工业出版社,2004:31-41

  [5] 齐政新,陆亚俊,石磊.太阳能及其辅佐热源低温地板辐射采暖的实验研讨[J].节能技能,2001,(4):2-4,10

  [6] 罗运俊,李元哲,赵承龙.太阳热水器原理、制作与施工[M].北京:化学工业出版社, 2005:56-58

  [7] 喜文华,魏一康,张兰英等.太阳能有用工程技能[M].兰州大学出版社,2001:112-115

  [8] E.Streicher,W.Heidemann,H.Mueller-Steinhagen.Energy Payback Time-A Key Number for the Assessment of Thermal Systems.Proceeding of EuroSun2004,Freiburg, Germany,2004

  

  

   太阳能地板辐射供暖

 
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