儲熱式太陽能取暖技術分析研究

郭靈靈

摘要能源日益緊張的今天，建筑能耗約占社會能耗的三分之一，而建筑能耗的絕大部分消耗是冬季取暖消耗。太陽能作為一項清潔能源逐步推廣到建筑取暖，節(jié)省了大量能源，同時對環(huán)境保護有很大的幫助。但是，太陽能取暖受氣候影響很大，陰雨天氣無法保障取暖質(zhì)量，大量非取暖季太陽能熱量被浪費，如何能把非取暖季熱量保存用于取暖季顯得尤為重要，本文通過研究濱州市地區(qū)太陽能分布、太陽能儲存技術、太陽能取暖措施三方面進行分析，為解決跨季度蓄熱式太陽能取暖技術推廣盡綿薄之力。

關鍵詞：濱州市? 太陽能? ?太陽能儲存? 太陽能取暖

隨著國家新舊能轉換戰(zhàn)略的提出，新能源開發(fā)研究日益深入。據(jù)統(tǒng)計，建筑能耗占我國總能好的三分之一左右，且有持續(xù)增長勢頭。而建筑能耗中，建筑取暖能耗占絕大部分。原始取暖方式排放量搞，嚴重污染環(huán)境，給人民的生活造成嚴重的影響。組織和推動北方采暖地區(qū)既有居住建筑綜合節(jié)能改造，成為從中央到地方各級政府的一項重要工作任務。

濱州市太陽能分布情況

濱州地區(qū)在國家太陽能資源分區(qū)評估中屬于第Ⅲ類地區(qū)，是太陽能資源中等類型地區(qū)，氣候為溫帶季風氣候，氣候溫和、雨量集中、四季分明，濱州年平均氣溫在12.7℃左右;平均日照時數(shù)在2632h左右，春季日照時間最長，夏季次之;春秋兩季日照率最高，濱州地區(qū)一般年平均日照率為57 ，雖然近幾年有所下降，但依然有良好的資源。

通過對濱州市太陽總輻射強度綜合分析可知，本地區(qū)單位輻射強度從0～1000W/m2進行分布： 分布頻率在300—750 W/m2區(qū)間占全年的40 %以上，其他區(qū)間時間過短，忽略不計。 總的來說，濱州市的太陽能資源較為充足，可利用空間較大，所以從太陽能資源分布層面分析，跨季節(jié)蓄熱太陽能采暖系統(tǒng)在濱州市推廣研究可行，市場較大。

儲熱太陽能采暖系統(tǒng)技術分析

儲熱太陽能采暖系統(tǒng)是在某區(qū)域采用先進的儲熱技術將非采暖季多余的熱量儲存，到采暖季再把儲存熱量用于取暖，同時提高太陽能取暖系統(tǒng)對太陽能的利用率，綜合利用全年的太陽能資源， 以非采暖季豐富的資源彌補采暖季資源匱乏，保障采暖質(zhì)量，提高太陽能資源的利用率。

儲熱式太陽能供暖系統(tǒng)是由太陽能集熱系統(tǒng)、儲熱系統(tǒng)、供暖系統(tǒng)、熱力交換站等組成。 該采暖系統(tǒng)基本工作原理為： 在非采暖季，以冷水為媒介與太陽能進行交換，實現(xiàn)能量的儲存，一部分用于日常生活，一部分通貨專門的儲熱介質(zhì)把能量儲存。 在采暖季，太陽能資源相對較少，晚上與陰雨天太陽能資源不能滿足供暖需求，此時通過熱力交換站把儲存的熱能傳遞給供暖系統(tǒng)，實現(xiàn)可靠供暖。

儲熱式太陽能取暖系統(tǒng)的關鍵點是如何將非采暖季富裕的能量儲存，儲熱裝置就成了該系統(tǒng)的核心裝置，儲熱裝置最重要的是儲熱材料的選擇。儲熱材料按儲熱方式主要可分為： 顯熱儲熱材料，潛熱儲熱（ 相變） 材料和化學反應熱儲熱材料。

顯熱儲熱材料有固態(tài)和液態(tài)兩種。 液態(tài)材料最常用的為水，熱容量大，易儲存，無污染; 固態(tài)材料最常用的為土壤及碎石等。 但儲存非取暖季太陽能量大時間長，需要大量的水或土壤碎石等，占地面積大，不科學。除此之外，熔融鹽、液態(tài)金屬和有機物等也可以作為顯熱儲熱材料。 由于熔融鹽具有儲熱量大，粘度低，易儲存等優(yōu)勢，較為科學，可以用作儲熱式太陽能采暖系統(tǒng)儲熱介質(zhì)。

此類材料雖然經(jīng)濟性較高，簡單易得，但單純依靠此類介質(zhì)儲熱，儲熱量不大，恒溫性差，占地面積大，經(jīng)濟性不強，無法保障取暖系統(tǒng)的正常運行， 不適合儲熱式太陽能取暖系統(tǒng)。

另一種儲熱方式為潛熱儲熱。 潛熱儲熱的原理是：兩相處于平衡共存狀態(tài)，當一相變成另一相時，會吸收或釋放熱量，從而達到熱量儲存和釋放的目的.其中相變過程中，單位質(zhì)量材料吸收或釋放的熱量稱為潛熱，潛熱主要包括汽化熱、升華熱以及溶解熱等幾類。 因此，潛熱儲熱又稱相變儲熱. 相變材料則是利用這一原理實現(xiàn)熱能的儲存和釋放的功能材料。相變材料具有較高的儲能密度，另外利用相變儲熱，其所用的裝置簡單、體積較小、使用方便.同時由于儲存和釋放熱量的溫度是由相變溫度所決定的，溫度范圍比較確定，在相變儲能過程中，材料近似恒溫。 因此相變儲熱是當前最為適合儲熱式太陽能取暖系統(tǒng)的儲熱方式。 化學反應熱儲熱材料對材料要求較高，且有一定的環(huán)境污染，故不考慮。

從儲熱技術方面看儲熱技術較為成熟，儲熱式太陽能取暖系統(tǒng)推廣可行。

儲熱式太陽能采暖系統(tǒng)與傳統(tǒng)取暖系統(tǒng)對環(huán)境的影響分析對比

傳統(tǒng)的采暖系統(tǒng)對環(huán)境有嚴重的污染，主要體現(xiàn)在 CO2、 SO2、 NO2等污染物質(zhì)的排放，每逢采暖季北方霧霾天氣顯著增多，治理難度大，時間長。

儲熱式太陽能取暖系統(tǒng)采用清潔能源太陽能發(fā)熱，對環(huán)境影響較小，根據(jù)《中國可再生能源行業(yè)報告》數(shù)據(jù)：

1） 每平米太陽能集熱器可節(jié)約標準煤150～180kg;

2） 每平米太陽能集熱器可減排CO2300kg以上、SO2 2kg、NO2 2kg、粉塵3kg;

3） 每平米太陽能集熱器年環(huán)境效益約為75元。

所以，儲熱式太陽能取暖系統(tǒng)每年可節(jié)約標準煤約數(shù)十噸，減排CO2 上百噸。 以此為依據(jù)，儲熱式太陽能采暖系統(tǒng)即保護了環(huán)境，又節(jié)約了資源，產(chǎn)生不錯的經(jīng)濟效益。 在環(huán)境保護方面是可行的。

從資源/技術/環(huán)境三個方面儲熱式太陽能取暖系統(tǒng)子在濱州具有較強的可行性，市場前景廣闊，值得應用推廣。

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