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太阳能热与常用室内采暖热水系统之整合

文章来源:中国太阳能网 | 发布日期:2009-02-03 | 作者:未知 | 点击次数:

目前欧洲采用多种常用的室内采暖和家用热水系统。已经安装在建筑物内各种类型的系统通常都决定了太阳能热将如何与之整合,以及采用何种太阳能联合热系统,对单一家庭和多个家庭的住宅提供一系列利用太阳能的解决方案。

    当太阳能热与常用的室内采暖和家用热水系统整合为太阳能联合热系统时,重要的是保证太阳能热系统性能的最佳状况——给利用太阳能以优先权。

    太阳能联合热系统

    近几年来,越来越多地使用家用太阳能热水器的趋势表明,太阳能热水系统在技术可靠性方面已趋于成熟。全世界每天都有成百上千的太阳能热水系统在证明着其作为生态无害性能源的优越性。受这类太阳能热水系统的推动,越来越多的建筑商正考虑在室内采暖方面也利用太阳能。太阳能室内采暖和家用热水联合系统的需求在有些国家正在快速增长。

    实际调查表明,在今后的10年里安装太阳能热水器的地方约有20%将使用太阳能联合热系统,仅欧盟国家每年将安装12万套约190万平方米热水器的太阳能联合热系统。保温绝热良好的建筑物,低温的散热系统和具有短期贮热功能的太阳能热系统的结合,使单一或多个家庭住宅的耗热量控制在可接受的成本之内。与目前单一家庭的耗热量相比,太阳能联合热系统将更为节省。北纬地区夏季的太阳能约为冬季的两倍。实际上对室内采暖的热需要量却正好相反,因为热负荷取决于室外的空气温度。但是换季期间(9~10月和3~5月)对太阳能辐射和温度的测量清楚显示,在室内采暖季节的开始和结束阶段,太阳能辐射的可用性相对较高,也为太阳能室内采暖铺平了道路。

    在太阳能辐射和室内采暖需要量之间还有另一种交互作用:照射在建筑物上的太阳能辐射热和透过玻璃窗产生的热量,称之为被动的太阳能热。这部分热量就不再需要由室内采暖系统提供。对于新家庭而言,在采购或制定计划之初,就需要特别注意太阳光的照射情况,以及建筑物的类型和方位。在冬季,南屋面的斜坡比北屋面接受的太阳能辐射要多10%~30%。同样,要避开遮挡的物体。在春季和秋季遮阴会大量减少太阳能热的产生,特别是在北纬地区。

    对于有效利用太阳能热系统的另一个基本要求是建筑物具有较高的绝热标准。一般来说,绝热情况不良的住宅在考虑采用太阳能热系统之前首先要改善绝热状况。符合当前建筑标准新家庭,以及整新过的建筑物给采用太阳能热系统提供了理想的机遇。一套具有低流量和低回流温度的低温散热系统对太阳能热系统来说是一种附加的优势。对单一或多个家庭住宅而言,部分采用太阳能热系统比100%采用太阳能热系统更感兴趣。太阳能联合热系统包括5~50m2的热水器面积和0.5~3m3的储罐(锅炉)容量。其大小取决于当地的条件、热分配系统和建筑物的绝热标准。部分采用太阳能热系统可以在合理的费用下有效地利用太阳能热。 [NextPage]

太阳能联合热系统的整合方法

    用太阳能热水器作为第二台“锅炉”:如单一家庭的住宅内已有一台立式家用热水储罐(锅炉),里面有一个换热器,将太阳能热水器并联到立式家用热水储罐上就能改装成太阳能联合热系统。从加热回路来的热水流经太阳能热水器:在这种情况下,太阳能热水器回路就像一台第二锅炉,可以直接联接到常用的热水系统上。从室内热水回路来的水在太阳能热水器回路里就如供热工质。这也表示在家用热水罐里两种热源(常用锅炉和太阳能热)使用同一台换热器。这种方法仅适用于真空管太阳能热水器。一般来说这种热水器在操作温度较高时比平板太阳能热水器效率高——而更重要的可能在于——由于热水器管子包有真空绝缘层而在冬季能抗冻结。因此热水器回路外面的管道要尽可能短些。为了防止从贮灌偶尔有小流量循环水流出时管道和热水器冻结。这类系统也能对室内采暖提供太阳能辅助加热。在这种情况下,必须有额外的联接使热水器直接向室内采暖回路供热。但是,小容量的家用热水储罐(锅炉)就不适用大容量的太阳能室内采暖辅助加热。

    何时需更换常用锅炉?

    另一种普遍的情况是单一家庭的整台常用锅炉——用作水加热以及提供室内采暖——因其使用寿命和效率降低而需要更换。在这种情况下安装紧凑型太阳能联合热系统就很有意义了。这种系统将“用于室内采暖和家用热水供应的储罐,用于热水器回路的液压装置,以及储罐内外家用热水备用装置,辅助热源,和整个系统的控制系统”整合成为一个整装单元。对于安装人员而言,将一台预制好的整装单元安装到需采暖的室内或顶楼并与现有的室内采暖系统,热水器主体和家用热水管道相联结是轻而易举的事。市场上供应的系统采用不同种类的辅助热源诸如天然气,燃油或木块。这就意味着在大多数情况下燃烧系统仍旧相同,其联接也如同使用一台新的常用锅炉。

    这种系统的先进之处在于不但因其紧凑而易于安装,而且是预制好的单元设备。安装人员无需测量换热器的尺寸,热水器的面积,和管道尺寸等等。制造商可提供不同规格尺寸的太阳能联合热系统。安装人员只需选择最适合于热水消耗量和在特殊要求下室内热负荷的家用整装单元即可。

独立的家用热水系统

    在欧洲和北美的许多地方,家用热水系统和室内采暖系统并不是由联合系统供应的,而是两个分别独立的单元。室内采暖系统可以是一种点式热源,空气或其它热系统供热。(见方案A)所谓点式热源一般分为两种:一种是单点式热源,另一种是多点式热源。简而言之,单点式热源就是只向一个确定的位置供热,如热水龙头,淋浴器等,而多点式热源即同时向多个位置供热,我国的供热方式均为多点式。 [NextPage]

    双管网中央供热分配系统方案

    在多个家庭住户的建筑内通常的采暖系统使用一台中央锅炉或区域加热站向家用热水系统和室内采暖供热,以双管网供热分配系统用向住宅供热。供热分配系统可以完全与通常的采暖系统一样。在每一幢住宅里,使用称之为“住宅供热单元”控制室内采暖回路的热水流量以及回水温度,利用一台换热器为家用热水系统供热。“住宅供热单元”是系统的基本组成部分,因为它保证了从各家住宅来的回水温度尽可能低。经过充分调整的双管网供热分配系统的回水温度约在30℃左右。就供热单元而言室内采暖供热的需要是很小的。甚至可以采用墙壁嵌入式方案(见方案B)。

    “住宅供热单元”的想法源自于斯堪的纳维亚半岛。“住宅供热单元”包括所有需向分散的室内采暖和家用热水系统供热组件,向室内采暖回路提供液压式均衡循环流动,以及长期运行和维护。在许多情况下还包括一套计量装置,对每家用户的用热量计费。此外,“住宅供热单元”不仅是紧凑型并以“产业化生产方式”达到高质量的要求,而且其特殊的构件并不需要额外的能耗。虽然分散型供热单元原来是用于区域供热的,但现如今许多欧洲的供货商已开发出特别适用于多层民用大楼的供热单元。在用户间相隔距离较远时的应用——诸如条式排列的几幢住户——小型的家用热水储罐(锅炉)就可以安装在每一幢住宅里。这些热水储罐每天在规定的时间段里加热一到两次。管网供热分配系统必需在家用热水系统温度为55°C~60°C时,在规定的时间段运行。其它时间段里管网温度可降低到室内采暖的温度。因此就减少了管网的热损耗。

    每幢住宅内有家用热水备用功能的中央室内采暖系统

    这类系统有一台类似于单一家庭单独的热水储罐(锅炉)。但对于多个家庭而言,到屋顶太阳能热水器的距离比单一家庭到屋顶的距离更为重要。因此在墙面上(见方案C),或在阳台的栏杆上(见方案D)安装太阳能热水器就更为有利。这就意味着从太阳能热水器到每幢住宅的管道联接很短。如没有足够的太阳能辐射热将储罐加热到所需温度,只需在日落后用一台简单的控制器控制加热元件对储罐(锅炉)加热。对太阳能热系统改装的最佳时机是当建筑物在整修或需要更新热系统时进行。这里介绍一些简单的解决方案,在多数情况下只需对已有的热系统稍作改动即可。

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