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太阳能低温地板辐射采暖系统的辅助热源

 

  1 引言

  我国经济发展迅速,而能源生产的发展相对要滞后得多,因此,发展经济所需的能源应更多地依靠节能来解决。我国地域广阔,人口众多,建筑工程规模巨大,其中住宅建筑约占建筑工程的92%。由于居民经济条件大为改善,所以很长一段时期内住宅建筑将呈上升趋势,而且这个上升趋势还将持续20~30年。由此看出,我国住宅建设正处于快速发展阶段。

  但我们必须清醒地看到,我国庞大的住宅建设的快速增长是以资源和能源的高消耗为代价换取的,除了利用土地这一最直接的资源以外,住宅能源消耗的增长是住宅建设发展的一大限制因素。当前,由于我国建筑物的保温隔热和气密性能比较差,单位住宅建筑面积采暖能耗为相同气候条件下发达国家的3倍。具体体现在供热品质差(即室温冷热不均),系统热效率差,不仅多耗成倍的能源,而且用户不能自行调节室温。当前采暖费按平方米计费,无助于用户的节能意识,以致出现一些不正常的现象,如室温过高开窗,室温过低投诉,使得设计人员及业主尽量加大锅炉﹑及散热器容量,造成低效率﹑高能耗的重复浪费。目前我国的建筑能耗结构不甚合理,建筑用能仍以煤为主,可再生能源在建筑用能应用中的比例很少。采暖的高能耗不仅造成资源的浪费,而且还是大气污染的一个重要因素。

  2 低温地板辐射采暖系统的优越性

  散热器采暖是多年来建筑物内常见的一种采暖形式。随着社会经济不断向前发展,人们生活水平的不断提高,新材料﹑新技术日益推广应用,这种传统采暖形式的弊端日益突出,如热舒适性差﹑能耗大﹑耗钢材多﹑不便于按﹑不能分户分室控温等等。而低温热水地板辐射采暖便是克服这些弊端的一种好的方式。

  低温热水地板辐射采暖采用低于60℃的低温水作为热媒,通过直埋入建筑物地板内的交联铝塑复合管(PAP,XPAP)或交联聚乙烯管(PE-X)等盘管辐射而达到一种方便灵活的采暖形式。

  实践表明,低温热水地板辐射采暖具有以下特点:

  2.1 舒适卫生

   由于辐射强度和温度的双重作用,减少了四周表面对人体的冷辐射,室内地表温度均匀,室温由下而上逐渐递减,改变了散热器采暖室温上高下低的分布状况,给人以头凉脚暖的良好感觉,造成了真正符合人体散热及生理要求的热状态,符合我国传统医学“温足凉顶”的健身理论,可以改善血液循环,促进新陈代谢,具有最佳的舒适感和保健功能。

  2.2 高效节能

  在建立同样舒适的前提下,因为辐射供暖方式较对流供暖方式热效率高,可节能约35%左右。所以室内设计温度可以比其他采暖方式降低2℃。

  2.3 热稳定性好

  由于地面层及混凝土层蓄热量大,热稳定性好,因此在间歇供暖的条件下,室内温度变化缓慢。

  2.4 使用面积增加,方便装修

  室内取消了散热器及其立支管,不但不占用建筑面积,而且房间可以任意分隔,根据实际测算,平均可以增加室内5%左右的使用面积,等于降低了房屋造价。而且使室内既美观,又便于装修和家具布置。

  2.5 清洁卫生

  地板采暖室内空气平均流速小,能有效减少因空气急剧流动而引起的尘埃飞扬,以及明装散热设备和管道积尘面受热挥发的异味,减少室内空气污染。

  同样,低温热水地板辐射采暖也存在初投资较高,层高及荷载增加,土建费用增加,可维修性差等不足之处。

  3 太阳能地板采暖系统的可行性及系统形式

  我国是太阳能资源十分丰富的国家,除四川盆地等局部地区不适宜太阳能利用以外,我国大部分地区都适合利用太阳能。尤其是西北﹑西南﹑华北地区,应充分利用太阳能这种清洁的可再生能源,减少建筑物能耗。我国太阳能利用方式主要有太阳能的低温热利用和太阳能光电技术。目前,从我国的实际情况和居民的承受能力看,光电技术成本过高,不适于建筑节能中应用。而太阳能在建筑中的热利用,尤其是与低温地板辐射采暖系统的联合应用,很大程度上提高了太阳能热利用的效率,避免了太阳能只在热水器领域使用的局限性。

  低温地板辐射采暖系统与传统的散热器供暖形式相比,一个突出特点是热媒温度低,热媒温度要求仅在35℃~45℃之间。而且地面填充层的蓄热结构,增加了系统的热惰性。由于低温地板采暖系统的这些特点,太阳能这种低品位﹑清洁﹑利用技术成熟的能源作为低温地板采暖系统的热源,是比较合理可行的。

  太阳能地板采暖主要有两种形式,一种是间歇运行系统,是指太阳能供暖系统在日间收集太阳能并蓄存起来,在夜间运行对房间供暖的系统形式。这种系统结构简单实用,初投资相对较低。此系统适合于冬季室外温度不太低,日照充足的地区,如我国华北﹑西北的一些地区,以及西南的部分地区。利用南向的蓄热墙体和地面,白天基本不需要热源就可以维持16℃左右的室温。如果白天的蓄热温度为40℃,夜间靠水箱中水的温降来供暖,其最终水温也不会低于30℃,也能基本满足热源要求。但目前采暖区的绝大多数建筑白天也需要热量供给,而且由于太阳能利用受气候,天气的影响很大,所以连续运行的太阳能地板采暖间接式系统是适用更广泛的一种系统形式(见图1)。即太阳能集热系统和采暖系统是两个独立的系统,两个系统采用换热器换热的形式进行热量交换。为了保证系统连续运行,太阳能采暖系统必须有其他的辅助热源作为保障。辅助热源的形式可以灵活考虑。如果太阳能供暖效率高,可以采用电加热辅助热源,否则从经济性考虑,配合燃气壁挂炉使用是比较合理的。

  

  4 太阳能低温地板辐射采暖系统的辅助热源

  如果该地区实行的是低谷电价,将电能作为辅助热源,是比较理想的选择,特点是清洁,设备易操作,但将高品位的电能作为采暖的热源,只是节省了运行费用,并未真正意义上做到节能,况且我国大部分地区并未实行低谷电价。

  燃气壁挂炉供热方式就是用功率足够大的燃气炉来为各单元住宅供热及供应生活热水。其设备小巧美观,可壁挂式安装在住宅的厨房内,如同安装了一个稍大些的燃气热水器,并不影响厨房的使用面积。它便于单户计量,可使用磁卡燃气表实现用热分户计量,解决了供暖费常年亏欠的难题,其另一个特点是节约能源,没有锅炉房﹑二次换热﹑外网及楼内管道的热损失,可节省热能7%左右。由于是辅助太阳能采暖系统的间歇运行方式,它实际的使用率并不高,运行费用较低。从地板采暖的情况看,虽然在我国运用的时间不是很长,但其设计施工基本也是成型的技术了,而且很多建筑采用地板采暖后都收到了很好的效果,这项技术可以说已经比较成熟。对于太阳能集热部分,由于系统是机械循环,需要集热器有较高的承压能力。目前家用的普通真空管集热器显然不能满足要求,最近很多太阳能集热器厂家已经研制出多种U型管以及热管式太阳能集热器,其承压能力达到1.2MPa以上,完全可以满足机械循环的要求。

  如果在经济条件允许的条件下,建筑物的围护结构采用复合节能墙体,比如“聚苯板粘贴外墙保温体系”,进行墙体外保温后,由于内部的实体墙热容量大,室内能蓄存更多的热量,使诸如太阳能辐射或间歇采暖造成的室内温度变化减缓,室温较为稳定,生活环境较为舒适,也使太阳能辐射得热﹑人体散热﹑家用电器及炊事散热等因素产生的“自由热”得到较好的利用,有利于节能。

  5 结论

  (1)燃气壁挂炉作为太阳能低温地板采暖系统的辅助热源,在系统形式﹑能量保证﹑舒适性要求等方面均是可行的。

  (2)我国是太阳能资源比较丰富的国家,利用绿色﹑清洁的太阳能进行低温地板采暖,再以燃气壁挂炉作为系统的辅助热源,在我国西北﹑华北地区不但从理论上还是实际操作上,都是完全可行的。

  (3)目前由于太阳能集热设备的成本较高,太阳能与建筑一体化的结合程度不高,大大限制了太阳能系统的使用。

  (4)太阳能地板采暖系统的应用,对于节约非可再生燃料,减少建筑能耗,完成我国建筑节能的既定目标都有重要的意义。同时对于减轻大气污染,防止环境的进一步恶化都会起到积极的作用,为我国建筑行业的可持续发展提供了有力的支持。

  参考文献:

  [1] 卜一德编.地板采暖与分户技术.北京:中国建筑工业出版社,2003,72—73,166-169.

  [2] 齐政新,杨基春,石磊.利用太阳能地板采暖减少建筑能耗.中国能源,2001,(6):28—30.

  [3] 齐政新,陆亚俊,史超.太阳能在建筑节能中应用的探讨.节能技术,2002,(1):10-13.

  [4] 齐政新,李岩.太阳能低温地板辐射采暖系统的探讨.煤气与热力,2003,(5):312—315.

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