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【干货】太阳能+光电蓄热户用采暖系统优越性浅析
太阳能产业资讯网 2018-09-26 11:26:36 分享至:
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[摘要]农村户用采暖是推广清洁供暖、实施散煤治理的重点和难点,寻求一种性价比高,节能性好,运行可靠的供暖方式,来解决广大农村户用采暖问题,已是迫在眉睫。

      太阳能作为地球万源之本,是清洁的可再生资源。利用太阳能实现建筑供暖,符合实现化石能源体系向低碳能源体系转变的趋势,符合新农村建设的客观要求,有利于保护祖国绿水蓝天。

      太阳能采暖,在我国具有资源禀赋和产业基础优势,在太阳能热水技术及市场应用已经走在了世界的前列。但是,太阳能生活热水系统和太阳能采暖热水系统存在着不同,一般生活热水不需要连续供应,而一般采暖系统必须是连续供应并且要稳定可靠,还应考虑室内末端的散热方式来合理确定稳定的系统热水温度。由于太阳能具有较大的间歇性及不稳定性,单独太阳能不能满足大量用热的采暖需求,必须与其他稳定可靠的热源集成互补。这就需要太阳能采暖热水系统具备生活热水系统所没有的设备,使系统高效稳定运行。此外,还需要具备协调这些设备正常工作的控制装置。因此系统复杂,不可避免地增加了系统的难度和成本。另,设备腐蚀、跑冒滴漏及冬季使用冻结问题需要解决。

      农村户用采暖是推广清洁供暖、实施散煤治理的重点和难点,寻求一种性价比高,节能性好,运行可靠的供暖方式,来解决广大农村户用采暖问题,已是迫在眉睫。

      为满足这一市场的强烈需求,我们开发研制了这种太阳能+光电蓄热户用采暖系统(如图所示)。


      关键点一

      本系统太阳能集热方式打破了用水作为介质的常规,采用太阳能光热直接加热空气的技术手段,产生热风输送到房间使室内升温,达到采暖的目的。

      具有以下特点:

      1.有阳光就有热空气,系统反应快。

      2.没有能量的二次转换损耗,效率高。

      3.不存在设备腐蚀及冬季冻结问题。

      目前,太阳能空气集热大致分为平板式、内插管导流式真空管空气集热和全玻璃双真空热管空气集热等形式,大多借用了太阳能热水系统的经验及器件,与太阳能光热加热空气的应用连接不是很默契。比起水,空气的导热系数小,导致空气和吸热体的换热强度远小于水;空气本身的密度低,因此集热器的空气流量足够大时才能得到所需的热量。强化传热和保证足够的通风量,并在这个前提下保持较小的风机功率,一直是发展高性能太阳能空气集热器的关键问题。

      我们专为太阳能空气集热采暖设计,研制了一种“孔管式太阳能空气集热器”,其工作原理如图所示:


      由内管和外管组成,外管为透光玻璃管,内管涂有太阳能吸热膜层,设置有若干个穿透的通风孔,为一端开口的空心管体,套装在外玻璃管内。太阳能集热器由多个这样的集热管和进出风联箱组成,集热管位于中间与两联箱直通连接。冷风进入进风联箱,通过每个集热管的内外管之间的环形空腔,经内管的通风孔渗透进入管内,充分交换管体上吸收的太阳能热量,由风机牵引集中在出风联箱形成热风输送到房间。

      孔管式太阳能空气集热器,能使空气和吸热体的换热充分并即时地把吸收的太阳能热量迅速带走,送入房间有效应用,风机消耗功率较小,系统集热效率较高。

      关键点二

      由于太阳能的间歇性和不连续性,太阳能采暖存在着白天阳光供应与晚上用热需求时间性的差异,即供能和用能的不协调性,有效解决这一问题的技术途径就是采用蓄热技术。本系统的室内部分采用低温相变蓄热型碳纤维电热器装置,协调热能供求在时间和强度上的不匹配,将不稳定的太阳能变成稳定的热风输出,达到连续供暖和节能目的,提高太阳能源的贡献率。

      技术方案

      白天阳光充足时,太阳能集热器产生的热风通过蓄热电暖器,以比较稳定的介质相变温度向房间提供热量用于供暖,另一方面,将剩余的热量蓄存在装置内,在太阳能辐射减小至太阳落山之后的时段,将蓄存的热量释放出来。这一过程为太阳能热风供暖和光蓄热供暖时段;延续到谷电时间开始,室内蓄热电暖器自动切换到碳纤维电加热状态,廉价谷电产生的热量用于采暖,同时,将多余的热量蓄存,在谷电时间截止至阳光充足之前时段,释放蓄存的热量。这一过程为互补电加热和电蓄热供暖时段,达到24小时连续供暖的目的。

      节能分析

      系统运行分两部分:一部分是太阳能热风和光蓄热供暖;一部分是谷电加热和电蓄热供暖。

      对于第一部分的系统设计,根据当地采暖季节的太阳能日平均辐射量和对应采暖房间需要的总热量来确定集热器的集热面积,原则上使集热器的有效集热量满足房间采暖需求,也就是说在这个时段完全利用免费的太阳能,用户不增加有价能源消耗的运行费用。

      另外一部分,也是整个系统的主要耗能部分,出现在每天的22:00至次日的10:00时间段,大多是夜间,可以允许适当降低供暖温度。以房间温度12°c为例,在白天保持的房间温度状态下,再提供50W/㎡的单位热负荷就能满足要求。按农村单间面积25㎡,碳纤维电热转换效率98%计算,需要54kJ的热量,配套1800W电热功率,需要电力消耗20kW·h,各地区谷电补贴政策不同(按大多数地区0.1元/kW·h),整个太阳能+光电蓄热户用采暖系统在每天的总运行费用为2元,常规采暖期100天,年运行费用为200元左右,体现出系统运行的显著经济性和节能性。

      综上所述,太阳能+光电蓄热户用采暖系统结构简单,造价低廉,节能性显著,居民可承受。具有实用性强,适宜复制推广的特点,这一系统的推广应用将在清洁能源替代燃煤采暖的蓝天保卫战中起到积极作用。

      来源:《中国太阳能工程》作者:聊城艾科尔新能源科技有限公司 周和泉


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