太阳能在住宅建筑供热系统中的应用

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1、太阳能在住宅建筑供热系统中的应用—太阳能辅助燃气壁挂炉供暖及供热水系统内蒙古建筑勘察设计研究院有限责任公司高明亮杨春虹王小平宋玲摘要本文结合工程设计实例，介绍了两种太阳能辅助燃气壁挂炉供暖及供热水系统形式，说明了工程设计中选用太阳能供热系统形式的理由，以及在可再生能源的开发利用过程中，太阳能与建筑一体化在工程设计中的重要性，并简要阐述了太阳能在建筑供热系统中应用的经济效益和社会效益，建议大力推广应用太阳能供暖技术。关键词太阳能集热器蓄热水罐辅助供暖1．引言随着我国社会经济的高速发展，能源消耗急剧增长，我国的资源和环境也面临着巨

2、大的压力。经济发展离不开能源的支持，而我国的人均资源占有量相当贫乏，能源利用效率也较低，与发达国家相比，建筑能源消耗量是同等气候条件下发达国家的2~3倍，而建筑能耗是能源总能耗中很重要的一个部分。这样，在建筑设计过程中如何采取节能措施和利用可再生能源就成为我们工程设计人员的一项重要任务。2．太阳能利用2.1太阳能资源在可再生能源的开发利用过程中，太阳能逐渐受到人们的重视。随着太阳能在生活热水领域中应用的不断增加，证明了太阳能加热系统的成熟和可靠。太阳能是人类迄今为止所认识的最清洁的可再生能源，太阳能与建筑一体化将在建筑节能中起

3、到十分重要的作用。受太阳能热水系统成功应用的启发，越来越多的人们在考虑如何将太阳能用于建筑供暖系统中。我国是世界上太阳能资源最丰富的大国之一，拥有得天独厚的自然资源条件。根据国家标准《民用建筑热工设计规范》，我国的太阳能资源分为四类地区，即一类：太阳辐照量大于6700MJ/m2·年的资源丰富区。二类：太阳辐照量在5400～6700MJ/m2·年的资源较富区。三类：太阳辐照量在4200～5400MJ/m2·年的资源一般区。四类：太阳辐照量在小于4200MJ/m2·年的资源贫乏区。呼和浩特市地处内蒙古中部属二类地区，太阳辐照量在6

4、095.88MJ/m2·年，开发利用太阳能有着得天独厚的条件，这为我们利用太阳能作为建筑供暖热源奠定了基础。2.2太阳能供热12根据利用太阳能的方式，太阳能供暖系统可分为主动式和被动式两种方式。被动式太阳能供暖系统不采用专门的集热器、管道和循环泵等装置，只是依靠建筑物的方位、本身构造和材料的热工性能，吸收和储存太阳能入射能量，以达到供暖目的。被动式太阳能供暖系统所获得的太阳能有限，且分布不均匀，这种供暖方式由建筑师统一考虑。主动式太阳能供暖系统与常规能源的供暖系统没有多大区别，只是以太阳能集热器作为热源来代替煤、石油、天然气等

5、常规能源作燃料的锅炉。主动式太阳能供暖系统的设备复杂，运行费用高，但要采用独立的太阳能供暖系统，对建筑供暖的保障程度要受到气象条件的影响，所以利用太阳能的供暖系统都要设置一个辅助热源，以满足供热系统对建筑供暖的保障率。3．工程应用3.1工程概况呼和浩特市某住宅小区，建筑面积20万m2，其中，住宅均为十一层小高层，是本地区绿色生态示范小区之一。由于城市集中供热没有覆盖此地，故供暖系统热源拟采用天燃气锅炉。在工程设计前期，笔者与业主经过反复研究探讨，决定将燃气壁挂炉供热系统与太阳能供热系统有效地结合起来，作为住宅建筑的供暖热源，实

6、现太阳能辅助燃气壁挂炉供暖和供应热水的系统集成，以适应当前的低碳经济政策和推广太阳能的综合开发利用。3.2供暖系统形式在供暖系统中，考虑到太阳能集热系统的效率、供暖设备的使用寿命和系统的运行可靠性以及人体的舒适感等各方面因素，我们采用了低温地板辐射供暖系统，供暖热水供回水温度为50~40℃。在太阳能辅助供暖及供热水系统中，笔者将承压式蓄热罐系统和非承压式蓄热水箱系统进行了比较。如图1，蓄热水箱式太阳能辅助供暖及热水系统原理：由于太阳能热水通过加热盘管加热蓄热水箱水，太阳能集热器设置高度所产生的系统水压力是由加热盘管承担的，所以

7、蓄热水箱不承压。从热效率和保温性能上讲，蓄热水箱为敞开式系统，保温性能差，热损失大，蓄热水箱热水是经过换热盘管交换所得，热效率较低。如图2，蓄热罐式太阳能辅助供暖及热水系统原理：由于太阳能加热水直接进入蓄热水罐，所以太阳能集热器设置高度所产生的系统水压力将由蓄热水罐来承担。选用可承受压力0．4MPa的密闭压力罐，常规小高层住宅均适用，但由于设备承受压力高将增加设备成本。从热效率和保温性能上讲，蓄热水罐为密闭系统，保温性能好、热损小，且太阳能加热水直接进入蓄热水罐，热效率高。所以我们在设计中采用如图2蓄热罐式太阳能辅助供暖及热水

8、系统原理。12图1蓄热水箱式太阳能辅助供暖及热水系统原理1.集热器2.蓄热水罐3.集热循环泵4.燃气壁挂炉5.两通温控阀6.采暖循环泵7.地暖分集水器8.换热器9.热膨胀罐10.倒流防止器11.安全泄压阀12.过滤器13.自动排气阀图2蓄热罐式太阳能辅助供暖及热水系统原理3.