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太阳能供热采暖趋势及采暖装置考虑因素探讨

                                                太阳能供热采暖趋势及采暖装置考虑因素探讨
        我国是太阳能资源十分丰富的国家,为太阳能利用提供了很好的先天条件。2014年太阳能集热系统保有量达到4.14亿m2(289520MWth),2015年国家能源局给光热产业提出“十三五”期间我国光热产业的保有量最低要达到8亿m2的指标,这是光热产业首次被提到国家政策决策层面进行讨论,为太阳能光热利用的多样化发展提出了新的要求。而且随着能源的日益紧张,人们在取暖方面对清洁、环保的太阳能需求越来越迫切。据相关统计数据显示,全国供热采暖耗能全年约为1.3亿吨标准煤,耗能很大,属于建筑能源消耗较高的领域。太阳能采暖系统具有较好的节能减排效果。目前已在全国实施数十个太阳能采暖项目,分布在黄河以北的若干省市,累计采暖面积达30万m2,但相比传统集中供暖替代比例不到1%,太阳能采暖具有较大的推广潜力,市场前景非常广阔。

        太阳能采暖蓄势待发

         发改委能源所公布的数据显示,我国工业锅炉排放的烟尘和二氧化硫分别占全国总排放量的41.6%和22.2%,燃煤工业锅炉以高能耗、高污染位居榜首。环保部门在对环境监测和气象数据分析得出冬季燃煤污染物排放是影响空气质量的重要原因。近年来,我国能源结构在不断加速调整,对太阳能光热利用而言,我国是全球太阳能光热产业大国,集热面积位居全球之首,但主要是热水系统的应用,太阳能利用在国家能源战略中一直处于重要的补充性能源地位,从京津地区大型燃煤锅炉的替代上可以看出清洁、高能效的燃气占据着市场主导。但是,随着我国天然气进口需求的逐年增长,国际天然气市场的高溢价日渐突出,发展可再生清洁能源利用迫在眉睫,太阳能供热采暖蓄势待发。据了解,在国外,如丹麦、德国和瑞士等欧洲发达国家,太阳能供暖系统占有很高的市场份额,为整个太阳能热利用的20%~50%。在德国,只有包含采暖用途的太阳能光热应用系统才享有政府补贴,部分地区的补贴甚至达到每平方米120欧元。在我国没有集中供热管网的地区,尤其是在区域性供热和单体建筑上,太阳能采暖大有用武之地,城镇化将为太阳能采暖产业化、规模化发展提供契机和平台。事实上,太阳能采暖除了在城镇化和新农村建设中大有作为以外,对工厂、医院、学校、宾馆、游泳馆等工商业设施的建设和改造,太阳能采暖潜力同样巨大。

         对于太阳能企业而言,太阳能采暖早已不是什么技术难题。但是太阳能受季节和天气影响,其能量呈现不稳定性和不连续性,为弥补太阳能间歇性能源的缺陷,保证太阳能热利用的稳定高效运行,太阳能资源的跨季节性调动以及储热、换热、热流动的技术运作是关键,储热要做到长效,尽量减少因时间因素造成的热损失;换热要做到热能交换之后,采暖和热水分开;热流动是要把大规模的蓄热快速而充分地提取出来。国内各大太阳能企业已具备面向不同区域、不同市场需求,提供以太阳能光热为主体,兼容电能、空气源、燃气等辅助能源的综合性热水、热采暖综合解决方案。农村采暖市场前景巨大,在农村安装太阳能设施,考虑哪些因素呢?

        太阳能采暖工程的配置依据

        1. 根据房间取暖面积的大小来判断需求的能量

        在我国北方地区冬季的最低气温在-30℃左右,如果是保温效果良好的房间,每平方米每天大约需要0.8kW·h 的能量。100m2房间每天需要80kW·h 的能量。如果房间墙壁没有做保温,那么需要的能量会更多,集热器用量相应要加大。

        2. 根据太阳能接收器面积的大小来判断接收的能量

        在我国北方地区,在最寒冷的一月份,太阳光垂直射向太阳能接收器的能量每天每平方米大约在3kW·h左右。比较好的接收器光热转化效率在50%左右。要想接收80kW·h的能量至少应安装60m2的接收器。这样设计每天接收的能量才够当天取暖用,同时要考虑热泵、天然气等辅助能源作为补充。

        3. 考虑安装热量储存设备

        家用住宅安装太阳能采暖装置,并将接收的太阳能转化为热能先储存起来,每天接收的能量除了够当天用以外还要有剩余用于夜晚和阴天使用。在东北地区,一月份连续阴天一般不超过三天,按照连续三天阴天也能正常取暖来设计,储存器的储存能量至少应在300kW·h以上,如果采用热水储存,热水箱至少应在40m3以上(采用其它方法储存,储存能力应与之相当)。同时太阳能接收器的面积也要增大三分之一左右,即100m2房间应该安装大约90m2的太阳能接收器(楼房不易安装储存器,主要原因是储存器的体积太大,没有地方安装。目前储存能量达几百千瓦时、体积较小、成本又较低的能量储存器还没有)。如果用户不准备安装能量储存器,必须得安装能量辅助设备。在东北地区利用太阳能只用于白天取暖,夜晚和阴天需用辅助能量加热,100m2房间至少应安
装40m2太阳能接收器才有使用价值。

        4. 采暖装置必须符合能量守恒定律

         要想完全利用太阳能取暖,在设计时必须做到:

       (1)先根据取暖房间的大小和墙壁保温情况来估测每天需要的能量。一般墙壁和门窗的保温效果都是良好的,每平方米的平均耗热功率在10瓦左右(室内外温差为45℃时),100m2房间的外表面积大约在320m2左右,每天散热能量大约为80kW·h。即平均每天需要约80kW·h 的能量。

       (2)根据每天需要的能量来设计太阳能接收器的接收面积。如果室内平均每天需要80kW·h的能量,太阳能接收器每天至少应接收120kW·h的能量。其中80kW·h的能量当天用,余下的能量储存起来留做阴天用。太阳能接收器的光热转化效率按50%计算,在东北地区每平方米太阳能接收器每天能接收1.5kW·h的能量,要想接收120kW·h的能量至少应安装80m2的太阳能接收器(一般安装90m2较适宜)。如果不是保温房,需要的能量将增倍。

       (3)储存器的储存能力要与需要的能量匹配。在东北地区的一月份连续阴天一般不超过三天,按在-30℃时连续三天阴天也能使室温保持在15℃以上来设计,储存器的储存能力应在300kW·h 以上。如果采用热水储存,热水箱的容积不能小于40m3,40m3的热水每阴一天水温下降2℃,向室内提供约90kW·h 的能量,连续三天阴天水温下降约6℃左右,仍能使室温保持在15℃以上。

        总之,太阳能采暖推广前景除我国北方大多数城镇外,南方部分有条件的城市也将逐步实现冬季供暖,而采用新能源的分布式供暖系统将有力地缓解我国建筑能耗增长过快的势头。同时,可改善因供暖引起的环境问题。

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