健康舒適家居技術分享系列（三）：太陽能采暖系統(tǒng)簡介
文章來源:未知時間:2022-02-01
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原標題：健康舒適家居技術分享系列（三）：太陽能采暖系統(tǒng)簡介
一個健康舒適的居住環(huán)境，離不開各種機電設備技術，正是這些創(chuàng)新的空調技術為我們提供溫度舒適、濕度合理、空氣健康的居住環(huán)境。今天我們持續(xù)分享各種暖通空調技術，希望能為大家的居家生活帶來參考指導。
一、太陽能地板采暖
太陽是一個巨大的熾熱球體，中心區(qū)域溫度達幾千度，表面平均溫度約6000K，它以電磁波的形式向宇宙空間輻射能量。我國陸地表面每年接受太陽輻射能相當于49000億噸標準煤，約等于上萬個三峽工程發(fā)電量的總和。由于太陽本身的特征以及它與地球之間的空間關系，使得地球大氣層外與太陽光線垂直面上的輻射強度乎是一個定值，但由于地球的自轉和公轉以及地軸與公轉軌道平面有23°27’的固定傾角，因此地球表面出現(xiàn)了晝夜交替、季節(jié)變換和雨雪陰睛，使某一點的太陽能量成為一個變化的和間斷性的數(shù)值。但全國三分之二的國土面積每年日照在2200小時以上，年太陽輻射量超過5000兆焦/平方米。
我們主張最好用太陽能地板采暖系統(tǒng)進行采暖。目前我國太陽能熱水器的生產量和保有量均居世界第一，其太陽能真空集熱管技術已達到世界先進水平，而成本卻相對較低。利用太陽能將水加熱到六、七十度，其效率很高，而地板采暖，水溫在四、五十度就可以達到人們所需要的舒適度。對于普通的民用住宅，采用地板采暖比采用對流采暖節(jié)省約20%的能源。另外地板采暖還有如下的優(yōu)點：垂直溫度場分布比較均勻；在室溫相同的條件下，距地面0.05～0.15m高度的溫度，較對流供暖方式約高8～10℃，對人體生理有益(即腳暖全身皆暖)與對流供暖方式相比，空氣對流減弱，有較好的空氣潔凈度:房間熱慣性較好;平均輻射溫度適當，可減少人體輻射散熱;熱源選擇寬闊、靈活，在能提供40℃以上熱水的地方即可應用;有利于建筑裝飾，不占使用面積；有利于實施分戶熱計量；減少樓層噪音;使用年限長，維護少。
我們假設在12月份將水由20℃加熱到50℃，則:
每天每平方米總的熱量:1764000卡=1764千卡;
每公斤的水由20℃加熱到50℃所需要的熱量:
(50-20)℃×1000卡/℃=30000卡=30(千卡)
每天每平方米集熱管可以產生的熱水量為(溫差為30℃):
1764÷30=58.8kg
因此，只要利用合理，設計得當，太陽能量是完全可以滿足日常的采暖需求的。根據(jù)我們的經驗數(shù)據(jù)，太陽能集熱面積與地板采暖的供熱面積比例可以達到1:5左右。一旦出現(xiàn)連續(xù)的陰天，可以自動使用輔助能源，達到全自動不間斷地板采暖。太陽能采暖系統(tǒng)是利用太陽能轉化為熱能，通過太陽能平板集熱設備采集太陽光的熱量，通過熱導循環(huán)將熱量導入至儲能罐，在通過散熱末端將熱量導入室內，通過電子控制儀器控制室內水溫。
太陽能采暖系統(tǒng)由太陽能集熱部分、熱能儲存系統(tǒng)、輔助供暖系統(tǒng)及生活熱水末端系統(tǒng)和供暖末端系統(tǒng)供應等幾部分組成。
1>太陽能集熱器：太陽能集熱器是整個裝置中的關鍵部件，主要起到采集太陽能量，對儲熱水箱的水進行加熱的目的。在太陽能采暖熱水系統(tǒng)裝置中，一般選擇集熱器的類型為平板式，具有結構簡單、使用壽命長、承壓性高、維修率低、與建筑物易結合等優(yōu)點。
2>太陽能儲熱水箱：水箱保溫材料采用聚氨酯發(fā)泡。
3>輔助供暖：輔助能源系統(tǒng)是太陽能集熱系統(tǒng)的補充與備用。當太陽能系統(tǒng)無法滿足供熱需求時，啟動輔助能源加熱儲熱水箱中的水，達到設定溫度即停止。
4>太陽能供暖末端：是太陽能綜合能源系統(tǒng)中的建筑供熱設備，目前與太陽能熱源匹配效果最好的供暖末端設備為地暖熱水盤管或風機盤管。
二、全自動太陽能地板采暖系統(tǒng)
全自動太陽能地板采暖系統(tǒng)由真空管太陽集熱器、熱水儲罐、輔助能源和地板采暖四部分組成。
要求整個系統(tǒng)的輸水管道必須采用帶有阻氧層的塑料管材。目前在國內，絕大部分的地板采暖系統(tǒng)和暖氣片連接用管都沒有使用阻氧管，這給今后的使用留下了隱患。因為塑料管材和金屬管材相比有一個很大的特點，分子間結構非常大，屬于高聚合物，氧分子可以通過這個縫隙穿入到水體當中去。如果是普通的塑料管材，不加阻氧層，氧的透入量是100%(相當于每2天給整個系統(tǒng)換一次新水)，如果要給它加了阻氧層之后，他的氧透入率減少了99.6%(相當于每125天給整個系統(tǒng)換一次新水)，有氧存在會對水體產生什么樣的危害呢?主要有兩條，一個是對于有鋼存在的，即系統(tǒng)里面有鋼質產品存在的時候產生腐蝕，從而影響整個系統(tǒng)的壽命；另外一個就是水體里面，如果有氧氣存在的時候，容易有水藻的滋生，水處理的再干凈，也是含有大腸桿菌之類的微生物，在有氧的情況下會不斷的繁殖，作為地板采暖的管道，十年可能只附著了一層綠蘚，但50年的使用時間里面，這個膜很容易把管道堵塞掉，最直接的就是影響到它導熱的效能。在德國和歐洲一些國家，已經開始強制執(zhí)行采暖管材一定要有阻氧層，我們國家的地板采暖的規(guī)范里而也提到了建議，是建議但沒有強制執(zhí)行，因為現(xiàn)在因內生產的管材幾乎是不帶阻氧層的。規(guī)范里面建議要求使用阻氧層的管材，或者是水體里面增加阻氧劑。
真空管太陽集熱器和熱水儲罐組成一個獨立的回路，該回路由一個具有兩個溫控回路Wl、W2的溫度控制柜控制。Wl測量真空管太陽集熱器水箱的溫度，W2測量熱水儲罐的水溫，要求當Wl大于60℃(溫度可以由用戶設置，下同)時，打開電磁閥1，延時數(shù)秒啟動熱水泵，當Wl=W2時，關閉電磁閥1和熱水泵。當W2大丁45℃，要求(Wl-W2大于20℃才能打開電磁閥1和熱水泵;當Wl=W2時，關閉電磁閥1和熱水泵。當W1=5℃時，打開電磁閥2，將集熱器的水放掉。
輔助能源、熱水儲罐和地板采暖形成一個獨立的回路。輔助能源可以是燃氣爐、電加熱器、熱泵等，自帶一個熱水泵，并且具有兩個溫控回路Fl和F2。Fl測量進水口的溫度，要求當水溫低于40℃時，啟動輔助能源，如點火、通電等:當水溫高于40℃時，關閉輔助能源。F2測量地板采暖的室內溫度，要求當室內溫度高于22℃時，停止熱水泵的運轉，低于18℃時，啟動熱水泵，使地暖系統(tǒng)循環(huán)。
熱水儲罐要求具有高的保溫性能，對所有進出管道的節(jié)點也要做到非常好的保溫措施。溢水管采用單向閥，當儲罐內壓力升高，向外排水或排氣，反之，壓力降低到負壓時，不得回吸外界空氣;補水排污管也為單向閥，要求儲罐內壓力為負壓時，自動補充經過處理過的低氧含量的水。
地板采暖系統(tǒng)可根據(jù)采暖面積的大小，決定使用分水器的類型和數(shù)量。同時要求采用地板采暖的建筑物其保溫性能越高越好。
三、簡易型太陽能采暖系統(tǒng)
運用這個系統(tǒng)，我們可以對現(xiàn)有的非集中供暖的住宅進行改型。對于城鎮(zhèn)中住小區(qū)的家庭，有的是地板采暖，有的是暖氣片采暖，不管是什么樣的采暖方式，都會有帶一個溫控回路的燃氣爐作為采暖的能量源。只要在燃氣爐的進水口前串聯(lián)一個小型的熱水儲罐，同時該儲罐與室外的真空管太陽集熱器形成一個簡易的定溫放水的回路即可達到太陽能采暖的目的。
對于廣大的農村家庭，可以更加簡單地運用這套系統(tǒng)。輔助熱源可以使用家里做飯用的煤爐，每日三餐和燒水時補充一下熱量，一個采用定溫放水的8平方米左右的真空太陽能集熱器完全可以滿足一家日常的采暖需求。使用3～4年即可收回所有投資。
太陽能蓄能采暖介紹
太陽能蓄能采暖分為當天蓄能采暖、周蓄能采暖、跨季蓄能采暖
a.當天蓄能采暖
當天蓄能采暖指利用太陽能集熱器將當天的熱能收集到水箱內儲存起來，滿足建筑末端的供熱需求。
b.周蓄能采暖
周蓄能采暖指利用太陽能集熱器將一周的熱能收集到水箱內儲存起來，滿足建筑末端的供熱需求。集熱器的面積確定按照一周的太陽能輻照量計算，水箱的容量要稍大于當天蓄能采暖系統(tǒng)的水箱。適合不常居住的度假別墅。
c.跨季蓄能采暖
跨季蓄能采暖指利用太陽能集熱器將春、夏、秋三個季節(jié)的熱能收集到水箱內儲存起來，滿足建筑末端的供熱需求。集熱器的面積確定按照三個季節(jié)的太陽能輻照量計算，水箱的容量約大于10倍數(shù)當天蓄能采暖系統(tǒng)的水箱。適合無足夠面積可供太陽能集熱器擺放的別墅。
?。ㄎ澹?輔助能源的選擇
輔助能源的介紹：燃油鍋爐、燃氣爐、生物質鍋爐、燃煤鍋爐、電加熱、（水箱內置電加熱或外置電加熱器）、熱泵。
燃煤鍋爐啟停時間長，出力調整叫困難，較難實現(xiàn)自控或無人職守，有環(huán)境污染問題；
燃油、燃氣鍋爐控制方便，便于調節(jié)，可方便實現(xiàn)自控運行，但設備間需要滿足消防要求；
熱泵使用費用低，控制方便，但設備初投資高，此外北方地區(qū)采用空氣源熱泵在冬季使用能效比很低；
電加熱設備易安裝，控制方便，是太陽能熱水系統(tǒng)最常用的輔助熱源，但運行費用較高，有時因需電力增容大大提高系統(tǒng)投資。
在選擇輔助熱源是，要綜合考慮各項因素。
?。┨柲懿膳到y(tǒng)輔材的選擇
1.管路
太陽能采暖系統(tǒng)采用的管材和管件應符合現(xiàn)行產品要求，管道的工作壓力和工作溫度不得大于產品標準標定的允許工作壓力和工作溫度。
太陽能集熱系統(tǒng)管道可采用鋼管、薄壁不銹鋼、塑鋼熱水管、塑料與金屬復合管等。以乙二醇為主要成分的防凍液系統(tǒng)不宜采用鍍鋅鋼管。
熱水管道應選用耐腐蝕并符合衛(wèi)生要求的管道，一般可采用薄壁銅管、薄壁不銹鋼、塑料熱水管、塑料與金屬復合管等。
設計時，應在系統(tǒng)管路必要位置設置排氣裝置、泄水裝置、溫度計、壓力表、安全閥、膨脹水箱等輔助設備。閉式系統(tǒng)應設置膨脹罐或泄壓閥。
2.管路保溫
太陽能熱水系統(tǒng)的集熱系統(tǒng)連接管道、水箱、供水管道均應保溫。常用的保溫材料有巖棉、玻璃棉、聚氨酯發(fā)泡、橡塑泡棉等材料。
管道保溫材料選用是有以下要求：
1）.保溫材料制品的允許使用溫度應高于太陽能系統(tǒng)工作的介質最高溫度。
2）.保溫材料不宜采用有機物，以免生蟲。腐爛、生菌、引鼠。
3）.宜采用吸濕性小、存水性弱、對管壁無腐蝕作用的材料；室外管道保溫層外應加保護層防水。
4）.保溫材料應采用非燃和難燃材料。應符合GB50016《建筑設計防火規(guī)范》的要求；電加熱器的保溫必須采用非燃材料。
3.太陽能系統(tǒng)效率與集熱器種類和工質的工作溫度密切相關，太陽能供熱采暖系統(tǒng)的散熱部件按以下原則選用：
1）.太陽能供熱采暖系統(tǒng)應優(yōu)先選用低溫輻射供暖系統(tǒng)。
2）.水-空氣處理設備和散熱器系統(tǒng)宜使用在60-80℃工作溫度下效率較高的太陽能集熱器，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)適合夏熱冬冷或溫和地區(qū)。
3）.熱風采暖系統(tǒng)適宜低層建筑或局部場所需要供暖的場合。
4.低溫輻射供暖系統(tǒng)的設計要點
1）.太陽能采暖系統(tǒng)較適宜低溫輻射供熱。供水溫度不宜超過60℃，供回水溫差10℃左右為宜，太陽能供熱采暖系統(tǒng)供水溫度宜采用35-50℃；供熱系統(tǒng)的工作壓力不得超過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，必須設絕緣熱層，且絕緣熱層下部必須設置防潮層。直接與室外空氣相鄰的樓板，必須設置絕緣層。對衛(wèi)生間、洗衣間、浴室和游泳館等潮濕房間，在填充層上部應設置隔離層。當工程允許地面按雙向散熱進行設計時，個樓層間的樓板上部可不設絕緣層。
面層宜采用熱阻小于0.05㎡.℃/W的材料。花崗石、大理石、陶瓷磚等的熱阻為0.02㎡.℃/W，木地板的熱阻為0.10㎡.℃/W，毛毯的熱阻為0.15㎡.℃/W。
絕熱層采用聚笨乙烯泡沫塑料板，容重不小于20kg/m,壓縮強度不小于100kPa,熱導率不大于0.41w(m.℃).絕熱層厚度應滿足：樓層之間樓板上的絕熱層不小于20mm，與土壤或室外空氣相鄰的地板上的絕熱層不小于40mm。
在與內外墻、柱及過門等垂直部件交接處應敷設不間斷的伸縮縫，伸縮縫寬度不應小于20mm，伸縮縫宜采用聚苯乙烯或高發(fā)泡聚乙烯泡沫塑料；當?shù)孛婷娣e超過30㎡或邊長超過6m時，應設置伸縮縫，伸縮縫寬度不宜小于8mm，伸縮縫宜采用高發(fā)泡聚乙烯泡沫塑料或內滿填彈性膨脹膏。
填充層的材料宜采用C15豆石混凝土，豆石粒徑不宜大于12mm。填充層的厚度不宜小于50mm。如地面荷載大于20Kn/㎡時，應會同結構設計人員采用加固措施。
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