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太阳房的原理和类型

信息来源:nooeoo.com  时间:2008-02-16  浏览次数:177

  太阳房(或称太阳能采暖系统)基本上可分为主动太阳房、被动太阳房和 热泵式太阳能采暖系统三种类型。
  主动式太阳房(或称主动太阳能采暖系统) 与常规能源的采暖 1的区别,在于它是以太阳集热器作为热 \叫一ι〉飞源替代以煤、石油、天然气、电等常规 亏~"一→~产|能源作为燃料的锅炉。主动式太阳房主包括:太阳集热器、储热水箱、辅助热源以及管道、阀门、风机、水 泵、控制系统等部件。如图1所示, 太阳集热器获取太阳的热量,通过配热系统送至室内进行采暖。过剩热量储存 在水箱内。当收集的热量小于采暖负荷时,由储存的热量来补充,热量不足时 由备用的辅助热源提供。
  (1)主动式太阳房的特点
  ①主动式太阳房与常规采暖不同之处,只是用太阳集热器代替采暖系统 中的锅炉。但是,由于地表面上每平方米能够接收到的太阳能量有限,故集热 器的面积就要足够大。一般要求太阳能利用率在60%以上,集热采光面积占 采暖建筑面积的10%"-'30% (该比例数大小与当地太阳能资源、建筑物的保 温性能、采暖方式、集热器热性能等因素有关)。
  ②照射到地面的太阳辐射能受气象条件和时间的支配,不仅有季节之差, 即便一天之内,太阳辐照度也是不同的,而且在阴雨天和夜晚几乎没有或根本 没有日照。因此,太阳能不能成为连续、稳定的独立能源,要满足连续采暖的 需求,系统中必须有储存热量的设备和辅助热源装置。储热设备通常按可维持 2"-'3天的能量来计算。储热设备一种是储热水箱,另一种是用卵石槽(工质 为空气)。
  ③太阳房所采用的集热器要求构造简单、性能可靠、价格便宜。由于集热器的集热效率随集热温度升高而降低,因此尽可能降低集热温度,如采用太 阳能天棚或地板辐射采暖的集热温度在30-40°C之间就可以了,而采用散热 器采暖集热温度必须达到60°C以上。
  (2)主动太阳房的集热工质(或介质)
  ①空气加热采暖系统。图2是以空气为集热工质的太阳能采暖系统原理图。
  风机8驱动空气在集热器与储热器之间不断地循环。将集热器所吸收的太 阳热量通过空气传送到储热器存放起来,或者直接送往建筑物。风机4的作用 是驱动建筑物内空气的循环,建筑物内冷空气通过它输送到储热器中与储热介 质进行热交换,加热空气并送往建筑物进行采暖。若空气温度太低,需使用辅 助加热装置。此外,也可以让建筑物中的冷空气不通过储热器,而直接通往集 热器加热以后,送入建筑物内。
  集热器是太阳能采暖的关键部件。应用空气作为集热介质时,首先需有一 个能通过容积流量较大的结构。空气的容积比热较小[1. 25kJ/(m3 ? °C汀, 而水的容积比热较大[4 187kJ/(m3 ? °C)]。其次,空气与集热器中吸热板的 换热系数,要比水与吸热板的换热系数小得多。因此,集热器的体积和传热面 积都要求很大。空气集热器的类型很多,如图6-3所示。
  当集热介质为空气时,储热器一般使用砾石固定床,砾石堆有巨大的表面 积及曲折的缝隙。当热空气流通时,砾石堆就储存了由热空气所放出的热量。 通人冷空气就能把储存的热量带走。这种直接换热器具有换热面积大、空气流通 阻力小及换热效率高的特点,而且对容器的密封要求不高,镀铸铁板制成的大桶、 地下室、水泥涵管等都适合于装砾石。砾石的粒径以2.........2.5cm较为理想,用卵石 更为合适。但装进容器以前,必须仔细刷洗干净,否则灰尘会随暖空气进入建筑物 内。在这里砾石固定床既是储热器又是换热器,因而降低了系统的造价。
  这种系统的优点是集热器不会出现冻坏和过热情况,可直接用于热风采 暖,控制使用方便。缺点是所需集热器面积大。
  ②水加热系统。图4是以水为集热介质的太阳能采暖系统图,此系统 以储热水箱与辅助加热装置为采暖热 至散热器 源。当有太阳能可采集时开动水泵, 使水在集热器与水箱之间循环,吸收 太阳能来提高水温。该系统的集热 器-储热部分-辅助加热一负荷部分可以 分别控制。水泵2是保证负荷部分采 暖热水的循环,旁通管的作用是为了 避免用辅助能量去加热储热水箱。
  根据设计要求,在合理操作每个 阀门的情况下,一般有三种工作状态:假设采暖热媒温度为40°C、回水温度 为25°C时,集热器温度超过40°C,辅助加热装置就不工作;当集热器温度在 25 "-'40°C之间,辅助加热装置需提供部分热源;当集热器温度降到25°C以下, 系统中全部水量只通过旁通管进入辅助加热装置,采暖所需热量都由辅助加热 装置提供,暂不利用太阳能。该系统储热介质是水,比热容较大,因此大大缩 小了储热装置的体积,从而降低了造价。但应该特别注意防止集热器和系统管 道的冻结和渗漏。
  采暖选择空气加热系统还是水加热系统,需要根据储热介质而定。如储热 介质是水,集热器流体也应该是水,以选用水加热系统为宜。空气加热系统适 合于使用碎石或砾石进行储热。
  来源:太阳能利用技术

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