太阳能采暖.ppt

1、太阳能采暖,主动式供暖,文献来源,1 任绳风 吕建 殷洪亮，天津市太阳能资源分析及其在供暖上的应用，太阳能建筑，(无时间显示) 2 赵竞，村镇住宅建设与太阳能利用，建筑节能，2007 年第10 期(总第35 卷第200 期)，pp49 3 王默晗 杨前明 孔祥强 洪兴龙，太阳能供暖在建筑中的应用，太阳能建筑，(无时间显示) 4 王振辉，崔海亭，郭彦书，彭培英，太阳能热泵供暖技术综述，化工进展，2007 年第26 卷第2 期 5 李菊香 王力，太阳能在民用建筑中应用及展望，吉林勘察设计，2005.3 6 蒋秋静1 田琦2，太阳能直接供暖与水源热泵的能耗对比分析，建筑热能通风空调，2007 年2

2、月，第26卷第1期， 7 于国清，王小兵，赵鑫，小型太阳能复合供热系统的应用与设计，暖通空调HV &AC 2007年第37卷第3期 8 王磊，程建国，许志浩，余南阳，西藏太阳能与水源热泵联合供暖系统优化，暖通空调HV&AC2007年第37卷第11期 9 刘柏谦 洪慧 王立刚，能源工程概论，化工出版社，2008,10. 陈滨，庄智，杨文秀，被动式太阳能集热墙和新型节能灶炕耦合运行模式下农村住宅室内热环境的研究， 暖通空调HV &AC 2006 年第36 卷第2 期 11. 郑宋平，郑丹星，太阳能与地热结合利用的氨水吸收式循环，太阳能学报，2005.8，Vol.26,No.4 12. 潘云钢 金健

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4、产及生活水平的提高,世界能源消耗量大幅度增长。 1965 年能源消耗量比1900年增长了6倍,2000 年比1965年又增长了4.5倍。 过去的能源主要来自矿物燃料,但矿物燃料的储量是有限的,世界石油的储量只能维持几十年。 太阳能是无穷无尽的、可再生的清洁能源。我国可开发的太阳能资源折合标准煤每年可达1143亿t ,全国有2/3以上的地区,年辐照量大于5020MJ/ m2 ,年日照时数在2000h以上。,中国太阳能热能等级,太阳能供热系统示意,采用热管集热器以防冻,集热器水箱中充满软化水以避免发生结垢或腐蚀现象,水箱的外面包聚氨酯以保温。所以,集热器实际上相当于一个蓄热水箱。,系统工作原理,夏

5、季运行时,阀2 开启,阀l 关闭,除水泵1外其余部件均停止运行。集热器中的热水通过热交换器加热生活用水。 冬季运行时,阀1开启,阀2关闭,热泵每天夜间(晚7:00早7:00) 运行,可以充分利用低谷电,将运行费用降低一半以上。,系统工作原理,白天,水泵1 、水泵2 停止运行,热管集热器吸收太阳能,到傍晚可将水箱中的水加热到20左右。 在夜间,水泵1、水泵2起动,集热器中的温水经过热泵将另一侧的软化水加热到55左右。,系统工作原理,水泵3一般不停运,但是当室内温度高于18时停止运行,当室内温度低于14时恢复运行。当热管集热器中的水温低于5时电加热器l投入运行以避免发生冻结。当热泵发生故障时电加热

6、器2 投入运行以保障蓄热要求。,热管集热器的结构,热管集热器结构图,真空玻璃管集热器结构图 1-内玻璃管 2-选择性吸收涂层 3-真空夹层 4-外玻璃管 5-支承件(弹簧卡子) 6-吸气剂 7-吸气膜,热管集热器,采用碳钢无水甲醇组成的热管,制作方便,造价低。甲醇的凝固点低,即使在-40时也不会冻结,运行安全可靠。 而且碳钢和无水甲醇完全相容,不会产生污染,寿命在20年以上。 白天,热管接受阳光的辐射热,将热量传入水箱加热给水。到了夜间,由于热管逆向不工作,所以水箱中的热量不会散失。 水箱内部材料可用不锈钢,外材料为铝,保温材料为l00mm厚的聚氨酯以确保水箱在夜间不冻结。 由于热管由碳钢管制

7、成,所以强度高,彻底解决了因震动、碰撞、下冰雹等原因而导致的集热管破裂问题。,蓄热器的结构,蓄热材料采用Na2SO45H2O ,并加入4 %的硼砂作为核生成物,其混合融点大约为46。由于Na2SO45H2O 的融解热远高于水的比热(约为水的50倍) ,所以用Na2SO4 .5H2O做蓄热材料可以大大减小来自蓄热装置的体积,节省大量的设备投资。 热泵的高温水(55)通过热管1加热蓄热材料使其融化,蓄热材料通过热管2加热采暖水(40)供用户使用。采用热管做传导元件与采用盘管相比不但可以减少阻力,提高传热效率,还可以降低造价可谓一举两得。,被动式太阳能供暖,中国东北地区典型农村住宅,建筑和气候特点,

8、在东北农村地区,住宅一般为独门独院式,建筑布局为朝南房间用于居住,朝北房间作为储藏室。在冬季,农村住宅主要通过烧炕来供暖。由于传统农村住宅结构形式、保温状况不理想,当室外气温低于0 时,经常会出现水管冻裂、室内温度过低等现象。近年来,农村住宅的结构和建造质量有了很大的提高,特别是加强了建筑保温措施及充分利用太阳能,使冬季室内环境的舒适性得到了极大的改善。,东北民居的灶连炕结构及供暖系统 1 灶 2 进烟口 3 底板支柱 4 面板支柱 5 底板 6 面板 7 抹面层 8 烟气插板 9 排烟口 10 烟道 11 烟囱 12 房顶 13 前炕墙 14 保温墙 15 炕内分烟墙,被动式集热墙结构,左侧

9、黑色墙体部分为被动式太阳能集热墙,与通常的Trombe 集热墙相比,结构略有不同。玻璃盖板和集热墙之间的空气间层被一块很薄的表面涂黑铁板分成两部分(铁板与玻璃盖板之间的空气间层和铁板与集热墙之间的空气间层) ,太阳辐射热被铁板吸收后,加热了铁板内侧的空气,形成与通常Trombe 墙类似的空气循环过程。集热墙外表面装有5cm 厚的聚苯板进行保温,但由于墙体为空心墙体,所以基本上不具有蓄热作用。,北向窗及墙体结构,北向房屋的北侧外窗都采用了双层双框窗(见图3) ,内侧窗为玻璃窗,起采光作用;外侧窗为聚苯板外包镀锌铁皮的保温窗。,大连市的三户住宅比较,三个住宅说明,住宅1 无被动式集热墙体,通常情况

10、下采用节能型半吊炕(炕底部有一半架空,并在架空部位安装了风门,以便使炕体内的热量散至室内) 和直接受益窗进行供暖;遇上极端寒冷的天气,利用家用节能型燃煤炉通过散热器向房间供暖。但由于经济条件限制,使用燃煤炉进行供暖在农村住宅中是很少见的。 住宅2 ,3 综合利用南向被动式太阳能集热墙、直接受益窗和节能型半吊炕进行供暖。,这3 栋住宅均建造于1996 年,住户对室内热舒适性都比较满意,夏季也未出现过热现象。与同一地区普通房屋(墙体和北向窗均未采用聚苯板进行保温及无被动式太阳能集热墙结构) 相比,冬季可节省供暖用煤50 %左右。,室内空气温度的频率分布,实测期间室内温湿度随时间的变化,太阳房,太阳

11、房发展历程,太阳房的发展大体可分为三个阶段3： 第一阶段：为被动式太阳房，它是一种完全通过建筑朝向和周围环境的合理布置、内部空间和外部形体的巧妙处理以及材料、结构的恰当选择、集取、蓄存、分配太阳热能的建筑。 第二阶段为主动式太阳房，它是一种以太阳集热器、管道、风机或泵、散热器及贮热装置等组成的太阳能采暖系统或与吸收式制冷机组成的太阳能供暖和空调的建筑。 第三阶段则发展利用太阳电池等光电转换设备提供建筑所需的全部能源，完全用太阳能满足建筑供暖、空调、照明、用电等一系列功能要求的所谓“零能耗房屋”。,被动式太阳房,被动式太阳房不需要设置专门的太阳能集热器、蓄热器、风管以及大功率风机等设备，只需与建

12、筑结构相结合，依靠建筑物的朝向、围护结构的特殊构造以及建筑材料的热工性能等，吸收和贮存太阳能，达到供暖的目的。 被动式太阳房利用南外墙进行集热和蓄热。南外墙由蓄热性能良好的建筑材料砌筑而成，外表面涂以黑色或深色涂料，墙外侧筑有一道玻璃幕墙，构成了一组具有集热和蓄热双重功能的太阳能构筑物。,被动式太阳房工作原理,冬季，室内空气从南外墙底部入口进入玻璃幕墙与集热墙体之间的通道，吸收太阳热量温度提高后，由集热墙体顶部出口进入室内，如此循环，向室内供暖。夜间则关闭南外墙上下通道，靠蓄热墙体白天贮存的热量，通过墙壁内表面以对流或辐射的方式向室内散热。北外墙顶部的换气扇，可用来通风换气，以保持室内良好的空

13、气品质。 夏季，打开玻璃幕墙顶部通道，关闭南外墙顶部通道，室内空气则由墙体底部通道进入集热器，吸热后由玻璃幕墙顶部通道排至室外，以降低墙体温度，起到隔热降温作用。北外墙外面温度相对较低的空气，自北外墙顶部进入室内，为室内提供新鲜空气。,被动式太阳房工作原理,主动式太阳房,主动式太阳房由设置在屋面上的太阳能集热器，贮热水箱，蓄热盘管，循环管道以及蓄热屋面，送、回风口等组成。蓄热盘管固定在蓄热屋面内，与建筑结构相配合。蓄热屋面可用钢筋混凝土制成床体，床体内部填装粒径为50mm 左右的碎石作为固体蓄热材料，碎石堆的空隙率一般为30%左右，以避免空气通过蓄热体时阻力过大。,主动式太阳房工作原理,冬季供

14、暖时，太阳能热水循环系统在集热器、贮热水箱、蓄热盘管之间不断地循环，将集热器吸收到的太阳辐射热传送到蓄热屋面内贮存起来。送风机驱动室内空气，使其进入蓄热屋面，与蓄热盘管以及固体蓄热介质进行热量交换，吸热后温度升高，再送至供暖室内。 夏季关闭蓄热盘管的进、出水阀门，使太阳能热水循环系统的热水不再进入蓄热屋面而经旁通管循环加热，并贮存在贮热水箱中，仅仅作为生活热水使用。此时可以打开补水管阀门，使温度较低的补充水进入蓄热盘管，并设法与冷水系统结合起来，形成冷水循环系统，将冷量传送到蓄热屋面内贮存起来，驱动送风机，使室内空气进入温度较低的蓄热屋面，与冷水盘管以及固体蓄热介质进行冷量交换，为室内提供冷风

15、，从而改善室内空气环境。,主动式太阳房工作原理,太阳能在民用建筑中应用,太阳能在民用建筑中应用,方式一:一次循环 1、采用强制循环, 在水箱与集热器之间安装循环泵, 集热器采用并联方式。 2、水箱温度低于设定温度时, 循环泵起动, 达到设定温度时, 循环泵停。 3、当水箱水位低于设定的低水位时, 电磁阀开, 水箱自动补水; 水位达到设定的高水位时, 电磁阀自动关。 4、采用光、电( 蒸汽、热水)互补保证水温。冬季太阳照度较低, 水箱温度达不到设定温度( 一般为45) 时, 使用辅助加热系统, 如电、蒸汽、热水加热等, 通过水一水换热将水温加热到设定温度。,太阳能在民用建筑中应用,方式二: 二次

16、循环 1、介质循环系统：集热器将太阳光能转变成热能,将来自热交换器的冷介质变成热介质, 热介质经热交换器, 热介质与冷水发生热交换变成冷介质, 冷介质再由循环泵循环到集热器底部而完成一个循环。 2、水循环系统：储水器中的冷水经热水循环泵送至热交换器。在热交换器中吸热变成热水, 被送至储水器顶部由储水器储存供用户使用。形成了该系统的水循环系统, 水温不断升高。 3、附助热水系统：阴天和冬季集热系统热量不足设置。 春、夏、秋季可采用电辅助加热。冬季因为辅助加热量较多, 可设计采用蒸汽加热以降低运行费用。 4、控制系统:系统采用全自动控制系统,将水温、水位、压力等信号采集至集中控制器, 集中控制器采

17、用PLC, 按预定程序实现自动补水、放水, 自动实现辅助加热, 自动显示水温、水位, 自动故障报警等, 做到无人值守仍能可靠运行。 5、与建筑结合的处理: 集热器最好采用平板集热器集中放置于屋面, 因为平板集热器具有价格低, 结构和功能易实现与建筑结合等特点。储水器和热交换器隐藏设置, 建筑施工时预设上下水管道。如果为后期加装的集热系统则可利用楼房原有的管道、气道或另敷设专门的管道, 但须注意与建筑的协调和功能的完善,小型太阳能复合供热 系统的应用与设计,常用小型太阳能复合供热系统,1. 中间换热器系统 该系统如图所示,包括集热器、蓄热水箱、辅助加热器、换热器等部件,能够提供生活热水和供暖热水

18、。集热环路采用防冻液,一般为丙二醇水溶液,集热环路设电动三通阀,集热流体从集热器出来,或者进入蓄热水箱底部的换热盘管中,加热生活热水;或者进入外部换热器中,加热供暖回水。,2 回排式系统,不使用防冻液,生活热水直接取自蓄热水箱,供暖环路通过换热器从蓄热水箱中取热。回排式系统的最大特点是设有一个回排水箱(图 中下面的水箱) ,当系统停止运行时,集热器和部分管路中的水回流到回排水箱中(回排水箱要置于室) ,这样可以防止集热器和外部管路冻裂。,3 箱内箱系统,在蓄热水箱中设置一个小的蘑菇形的生活水箱。生活热水取自小水箱,供暖直接从大蓄热水箱取水。系统的外部管路和阀门均比较少,安装起来比较方便。该系统

19、在瑞士和奥地利应用广泛。,集热系统的设计,集热面积 1) 太阳能保证率f大多数情况下,太阳能保证率是指全年的或者 整个寿命周期的,但也可应用到某一个月,某一天, 甚至某一小时内。,集热器的瞬时效率,一般可以通过下式来表达 :式中 It 集热器表面接收到的太阳辐照度,W/ m2 ; tm 集热器进口流体温度, ; ta 周围环境温度, ; a , b, c 相应的系数。,集热板面积,式中 Ac 集热板面积,m2 ; Q 生活热水及供暖负荷,W。,其他设计因素,集热器的倾角、朝向：集热器取得最大集热效率时的朝向是南向稍微偏西,最佳倾角大致在55。不过,方位角从偏西45到偏东30以及倾角在3075的

20、范围内所引起的集热效率的变化是很小的。 集热器的设计流量：目前大多采用高流速系统。所谓高流速系统是指集热环路的流量大约为集热面积50 L/(m2 h) ,集热器中的温升大约为10 。这个流速和集热器在效率测试时的流速大体相同,一般不用对集热器的效率公式进行流量修正。 蓄热水箱的设计：每m2集热板面积取4080 L 的集热容积；蓄热水箱的温度分层； 辅助热源的种类和容量；,太阳能热泵供暖技术,太阳能热泵,将太阳能作为热泵热源的热泵系统称为太阳能热泵系统。它把热泵技术和太阳能热利用技术有机的结合起来，可同时提高太阳能集热器的效率和热泵系统性能。 根据太阳集热器与热泵蒸发器的组合形式，可分为直膨式和

21、非直膨式。,直膨式太阳能热泵热水系统,太阳集热器与热泵蒸发器合二为一，即制冷工质直接在太阳集热器中吸收太阳辐射能而得到蒸发，然后通过热泵循环将冷凝热释放给被加热物体，如图所示。这种系统极具小型化和商品化发展潜力，但是由于太阳能辐射条件受地理纬度、季节转换、昼夜更替及各种复杂气象因素的影响而随时处于变化中，而工况的不稳定必将导致系统性能的波动。,非直膨式太阳能热泵供暖系统,在非直膨式系统中，太阳集热器与热泵蒸发器分立，如图所示，通过集热介质（一般采用水、空气、防冻溶液）在集热器中吸收太阳能，并在蒸发器中将热量传递给制冷剂，或者直接通过换热器将热量传递给需要预热的空气或水。集热器吸收的热量作为热泵

22、的低温热源，在阴雨天，直膨式太阳能热泵转变为空气源热泵，非直膨式太阳能热泵作为加热系统的辅助热源。因此，它可全天候工作，提供热量。,太阳能热泵供暖系统的组成,太阳能热泵供暖系统由太阳能集热系统、热泵机组、蓄热设备、地板采暖系统和控制系统五部分等集合而成。,太阳能集热器,太阳能集热器是太阳能供暖系统中最重要的组成部分，其性能与成本对整个系统的运行成败起着决定性的作用。冬季太阳辐射较少，环境温度较低，集热器中流体的温度一般为1020，直接用于供暖是不可能的。为此，常在020低温下集热，再由热泵装置进行升温，将热量传递到温度为3050 的供暖热媒中去。 目前国内的太阳能集热器主要有平板型集热器、全玻

23、璃真空管集热器、热管式真空管集热器、U 形管式真空管集热器等。在太阳集热器的选型上，要合理确定冬季热泵供热用太阳能集热量和夏季生活热水用集热量以及冬季辅助加热量，以取得投资运行最佳效益。通常1 m2 太阳能集热器可以配置35 m2 采暖面积。,蓄热设备,将集热器获得的低位热量储存起来的常用方法有蓄热水槽、岩石蓄热器、方形聚乙烯盘管蓄热器、圆柱形螺旋盘管蓄热器和双效相变蓄热器等。,相变蓄热热泵供热系统原理,双效相变蓄热式热管换热器由三部分组成：上部是取热流体通道，两端分别连接有流体进口管和流体出口管；下部是供热流体通道，两端分别连接有流体进口管和流体出口管；在取热流体通道与供热流体通道内加装了扰

24、流板及变截面板；中部是蓄热室，其上、下端分别连接有充装蓄热介质的入口管和释放蓄热介质的出口管。换热器的上、中、下部分之间分别用上挡板和下挡板隔开；装有工作介质的热管自上而下贯穿3 个部分与其组成一个整体。蓄热室部分装有吸收介质膨胀压力的波纹板装置，装置上设有压力调节控制元件。该换热器具备蓄热、释热功能，并可实现同时取、放热功能。,地板采暖系统,太阳能地板辐射采暖是一种通过敷设于地板中的盘管加热地面进行供暖的系统。该系统以整个地面作为散热面，依靠辐射传热的方式将热量传递到物体和人体表面。根据人体舒适感生理条件，地面温度为2428。因为地板辐射采暖的热媒温度为4050的低温热水，而且其单位面积能耗

25、大大下降，一般在2050 W/m2。这就使利用太阳能集热器成为可能。,太阳能热泵与地板辐射采暖系统联合运行原理,1太阳能集热器；2排气阀；3循环水泵；4辅助电加热；5蓄热水箱；6球阀；7-17-6电动三通；8水冷式蒸发器；9节流阀；10水冷式冷凝器；11压缩机；12四通换向阀,太阳能热泵供暖系统有待解决的问题,(1) 性能可靠性：各种类型的太阳能热泵性能都有待提高，要合理确定个部件之间的匹配关系以达到投资运行最佳效益；要将系统设计与建筑设计结合起来，既要考虑系统性能又要考虑建筑美观；要实行智能化控制，这需要各个专业的人相互配合。实现各种能量的优化配置，确定太阳能集热器面积、蓄热水箱容积、建筑面

26、积之间的最佳匹配关系，才第2 期 王振辉等：太阳能热泵供暖技术综述 189能使太阳能热泵供暖、供冷技术具有更强的竞争力，产生更大的社会效益。 (2) 投资经济性：如果要保证较高的太阳能依存率将导致设备初投资过高，在很多情况下不得不降低太阳能依存率。虽然节能效果非常明显，但因太阳能本身的不稳定性，致使系统投资较高，使用效果并不理想。因此，太阳能不宜作为采暖系统的主要热源。 (3) 公众对这一技术缺乏足够的了解和认识：目前，在我国制约太阳能热泵应用的主要障碍是系统初投资较高以及政府、建筑设计人员和公众对这一技术缺乏足够的了解和认识。通过政府部门、科研机构和工程技术人员的共同努力，借鉴国外的成功经验

27、，我国太阳能热泵将得到较快的推广和发展。,天津市太阳能资源分析及其在供暖上的应用,天津市太阳能资源,根据19932001 年9 年间的天津市气象资料，天津2001年太阳总辐射年平均值为最大，为14.53M J/m 2；最小值出现在1996 年，为10.93M J/m 2；年来平均值达到13.16M J/m 2。太阳辐射总量有明显的年季变化，一般为夏季 春季 秋季 冬季。冬季最小，夏季最大。月辐射量最大值出现在6月，最小值出现在元月。太阳月辐射量最大值与最小值的出现月份与累年各月极端最高最低气温的统计分析是相吻合的。,太阳能地板辐射采暖系统示意图,真空管太阳集热器的能量平衡方程,式中:M 水量(

28、 kg) ; C PT1T2 范围内水的平均定压比热容(4.18kJ/kg) ; T1水的回水温度( ) ; T2水的供水温度( ) ; 玻璃管的太阳透射比; 吸收涂层的太阳吸收比; I太阳辐射量( kJ/m 2) ; A 1集热管采光面积( m 2) ; UT1T2 范围内的平均热损系数( W /m 2) ; t累积辐照时间( h) ; A 2散热面积( m 2) 。,地板辐射采暖主要是由地板内的加热盘管中的热水向外传热，传热过程为管壁对地板表面传热，地板向室内空气传热。供、回水温度分别取为45和30。地板供热总量Q z 可由下式计算：Q z= Q u+ Q v 式中: Q u地板的有效传热

29、量( W /m 2) ; Q v地板传热损失的热量。 Q v 与很多条件有关，如管材、管距、管道布置、保温效果、地板的材质等。根据经验取Q v= 0.15Q u。,投射到集热器单位面积上的太阳辐射热量设为Q sun，根据经验，热损失取10% ，这样我们可以计算每平方米建筑面积所需集热器的面积如下：A = 1.28 Q u/Q sun 在实际工程中(以天津市普通住宅为例)，如果太阳能辐射供暖系统提供设计热负荷（由单位面积热指标法取为50W /m 2）的2/3，根据天津市9 年来的气象数据，取太阳辐射强度I= 2.193M J/（m 2h），玻璃透过率和吸收率均取为90% ，则每平方米建筑面积所需

30、集热器的面积由公式计算为A = 0.086m 2。,太阳能季节热量存储供暖,太阳能季节存储即把太阳能在夏季储存的热量转入地下进行保温存储，到了冬季再把这部分热量进行利用，一方面可以用来生产生活热水，另一方面可以供空调系统使用，以实现节约能源的目的。太阳能季节存储如图 所示。,太阳能季节热量存储供暖,蓄热可分为两种，一种是显热蓄热，另一种是潜热蓄热。此处主要指显热蓄热。贮存在蓄热介质中的显热热量可由下式计算：式中: q单位体积的蓄热量, kJ/m 3; 温度, ; C F物质的比热; 物质的比重。 实际应用中，蓄热容器的大小对系统的经济性有着很大的影响，因此应根据当地的气象条件、热负荷、建筑用途

31、等选择合理大小的蓄热容器。此外，蓄热容器的保温形式有不保温、上部保温、整体保温三种形式，也要根据当地的情况进行选择。,主动式太阳能直接采暖系统 技术经济分析,太阳能采暖可分为两大类，一为主动式，另一为被动式。,被动式就是根据当地气象条件，依靠建筑物本身构造和材料的热工性能，使房屋尽可能多地吸收和贮存热量，以达到采暖的目的。 主动式用集热器、蓄热器、管道、风机及泵等设备来收集、蓄存及输配太阳能的系统，系统中的各部分均可控制而达到需要的室温。,主动式太阳能采暖又可分为直接式和间接式。 直接式就是由太阳能集热器加热的热水或空气直接被用来供暖。 间接式就是集热器加热的热水温度通过热泵提高后再供暖。 由

32、于集热温度高时，集热器的效率很低，因此一般采用地板采暖或风机盘管。这两种方式要求热源的温度比较低，50左右，集热器具有较高的效率。,研究对象,一个100平米的房间. 假定其耗热量指标为50W/m2，采暖室内设计温度为20，温度低于8即进行采暖，设置备用锅炉。太阳能负责8小时的热负荷。 集热器正南向放置，倾斜角等于当地纬度。该系统同时负责生活热水供应，每日240L。,以1991-2000年的逐日气象数据为基础，对太阳能利用系统进行工况模拟，在此基础上进行经济分析。 能源价格: 购买一定种类能源的费用。它在一定意义上代表了或开采或生产这种能源并传送至使用终端的资金消耗。对于供热供冷的系统，在其有效

33、使用期限内的资金投入主要用于：1）初投资：安装供热供冷系统；2）运行费用：在使用期间系统的运行和维护费用。 综合能源价格: 是在有效使用年限内初投资和使用费用的累计综合值与在此期间所提供能量总和的比值。它是一个将初投资考虑在内的全面反映经济分析对象相对于提供单位能量所需费用的参数。,综合能源价格现值的表达式,式中：M综合能源价格现值，RMBMJ；V初投资，RMB；t计算年数；n系统有效使用年限；Z第t年使用费用，RMB；i银行存款年利率；通货膨胀对银行年利率的影响，i取常数。Et第t年提供能量总计，MJ；,主动式太阳能直接采暖经济性分析 模拟年限为10年。模拟时采用逐日的温度和太阳辐射。,北京

34、地区集热面积为20m2。 能源价格，电：0.6元/kwh； 天然气：2.1元/Nm3； 液化气：10.5元/Nm3。,北京太阳能直接采暖的经济性分析,从上表可以看出，在北京地区，太阳能采暖比天然气锅炉费用要高42%，但费用远低于电锅炉；如果辅助能源为液化气，则比液化气锅炉采暖也要高10%。 采暖与热水供应相比，由于季节性强，一年中系统设备的利用时间短，并且由于采暖的能耗远远高于热水供应，因此系统的经济性不好。在北京以北地区，采暖期长一些，但一般气温也更低，集热效率也低，因此系统的经济性也不好；在北京以南，气温高一些，但采暖期更短，并且许多地方太阳能资源不如北京丰富，经济性可能更差一些。,拉萨

35、集热面积12.3m2，能源价格同上。,拉萨太阳能直接采暖的经济性分析 即使在拉萨这样的阳光城，太阳采暖的价格仍然比天然气高16%。在目前的条件下，单纯的太阳能采暖系统不宜推广，应该加强研究，降低投资。,主动式太阳能采暖适合于别墅式建筑,从所得结果可以看出，为达到8小时供暖所需的集热器面积较大。以资源条件很好的拉萨为例，向每100m2住宅供暖所需的集热器面积为12.3m2，而在北京，需要的集热面积要20m2。再考虑到为防止排间遮挡所需的集热器排间距，在我国大部分地区，所需的屋顶面积大约为集热面积的2倍。显然，这一面积指标比较适合于别墅式住宅，如要用于多层住宅，就必须再降低太阳能供暖率。对于节能建

36、筑，太阳能负责的楼层数可适当增加。,地热供暖,低热资源,地热资源分类,中国地热资源,中国地热资源的开发,地热供暖的特殊之处,我国有很多地区存在着低温地热资源，例如天津市有800万平方米的供热面积是采用地热供热的，北京市也有100多万平方米的供热面积目前是采用地热供热的方式，而且目前还在飞速发展中。取代化学燃料和电能，利用地热这种相对品质较低的能源来进行供热，对城市尤其是特大城市的环境保护和能源节约显然是具有重要意义的，但采用地热供热，区别于一般的锅炉供热，具有一些特殊之处，必须予与充分考虑。,地热供暖的特殊之处,i. 地热属于一次资源，温度降低后如果别无他用，就回灌或排放； ii. 地热温度一

37、般只有七、八十度，甚至在北京地区，往往只有四、五十度，而一般的供热系统是按照95/70来设计的，存在一定的差别； iii. 地热供暖的质调节和量调节办法，在设计上应该如何予以保证； iv. 地热供暖在设计上如何保证节能措施的实现； v. 地热水对换热器、管道和散热设备的腐蚀问题。,地热供暖设计步骤,i.地热水资源的评估：评估内容包括：水温、水量、水质、地热井寿命、最高排放温度的限制等； ii.负荷计算：目前随着节能建筑的推广，建筑物的实际热指标早就突破了原来的数值，30W/m2、40W/m2的建筑物已经越来越多，此时如果还按照原来的55W/m2的数值进行计算，会导致相当大的误差； iii.确定

38、系统形式：是采用直接供暖还是间接供暖；地热的梯级利用形式，是否采用地板采暖，是否采用热泵，是否需要调峰等；室内系统形式是单管还是双管，如何进行热计量等等； iv. 水力、热力计算和设备选择与技术经济评估； v.可调性、节能性对供暖系统的要求：如，质调节方法、量调节方法、如何解决失调等等。,地热供暖的改造工程,i. 地热水资源的评估(同上)； ii. 现有建筑物的负荷计算，根据历年的供热记录进行估算； iii. 现有建筑物室内系统的散热器片数统计，评估室内系统的多装量； iv. 根据以上，重新设定供暖系统设计供、回水温度、设计流量等数据，做出室内系统是否需要改造的结论； v. 水力、热力计算和设

39、备选择及技术经济评估； vi. 可调性、节能性同上。,散热片和供热指标的调整,热水供暖系统的设计过程中，经常出现的两种问题是： 1)设计热指标取值偏大，例如本来是节能建筑，实际耗热指标可以取到40W/m2 ,但在实际设计工程中或改造过程中，没有进行详细的负荷计算，拍脑袋得到了60 W/m2的数据，就会造成总热负荷增加50%的设计结果； 2)散热片取值偏多，造成散热片取值偏多的原因有二，一个是上面的热指标取值偏大的结果，另外一个原因是设计人员经常喜欢乘安全系数的缘故。例如，一般民用住宅如果安装四柱813铸铁散热片时，每平方米散热片的安装量在0.350.4片就足够了，但实际上由于上面原因的作用，最

40、终取值可以达到0.5-0.7片，增加了40%。,上述两个问题共同作用的结果,1)在设计外温下，供热温度不必取到95/70,只需要70-80（甚至更低）就足够了； 2)无法依据理论的供热系统调节曲线进行必要的质调节和量调节。所以必须对供热设计参数进行修正，才能进行供热系统的维护、运行和调节。,流量和温差对供热温度的影响,地热供热的温度、流量对散热器散热性能的影响,散热器散热公式：（） ， 式中tp是散热器平均温度，是供水和回水温度的平均值；tn是室内温度；B是散热器的常数，对于四柱813散热器可以取0.35，对于其他类型散热器，必须获得其厂家测试数据；A是常数；Q是散热器散热量。根据这个公式，可以获得下列两条曲线： 1) 提高供水温度，保持流量不变时的散热性能曲线，此时，假设环境温度不变； 2) 提高通过散热器的流量，但保持供水温度不变时的散热性能曲线，同样的，假设环境温度不变。,