儲(chǔ)熱式太陽能取暖技術(shù)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(huì)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(xiàng)清潔能源逐步推廣到建筑取暖，節(jié)省了大量能源，同時(shí)對環(huán)境保護(hù)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(fèi)，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(chǔ)存技術(shù)、太陽能取暖措施三方面進(jìn)行分析，為解決跨季度蓄熱式太陽能取暖技術(shù)推廣盡綿薄之力。

關(guān)鍵詞：濱州市? 太陽能? ?太陽能儲(chǔ)存? 太陽能取暖

隨著國家新舊能轉(zhuǎn)換戰(zhàn)略的提出，新能源開發(fā)研究日益深入。據(jù)統(tǒng)計(jì)，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(yán)重污染環(huán)境，給人民的生活造成嚴(yán)重的影響。組織和推動(dòng)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(xiàng)重要工作任務(wù)。

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?yàn)闇貛Ъ撅L(fēng)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(shí)數(shù)在2632h左右，春季日照時(shí)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(qiáng)度綜合分析可知，本地區(qū)單位輻射強(qiáng)度從0～1000W/m2進(jìn)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(shí)間過短，忽略不計(jì)。 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(chǔ)熱太陽能采暖系統(tǒng)技術(shù)分析

儲(chǔ)熱太陽能采暖系統(tǒng)是在某區(qū)域采用先進(jìn)的儲(chǔ)熱技術(shù)將非采暖季多余的熱量儲(chǔ)存，到采暖季再把儲(chǔ)存熱量用于取暖，同時(shí)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(bǔ)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(chǔ)熱式太陽能供暖系統(tǒng)是由太陽能集熱系統(tǒng)、儲(chǔ)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(jìn)行交換，實(shí)現(xiàn)能量的儲(chǔ)存，一部分用于日常生活，一部分通貨專門的儲(chǔ)熱介質(zhì)把能量儲(chǔ)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(shí)通過熱力交換站把儲(chǔ)存的熱能傳遞給供暖系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)可靠供暖。

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

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

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

另一種儲(chǔ)熱方式為潛熱儲(chǔ)熱。 潛熱儲(chǔ)熱的原理是：兩相處于平衡共存狀態(tài)，當(dāng)一相變成另一相時(shí)，會(huì)吸收或釋放熱量，從而達(dá)到熱量儲(chǔ)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(chǔ)熱又稱相變儲(chǔ)熱. 相變材料則是利用這一原理實(shí)現(xiàn)熱能的儲(chǔ)存和釋放的功能材料。相變材料具有較高的儲(chǔ)能密度，另外利用相變儲(chǔ)熱，其所用的裝置簡單、體積較小、使用方便.同時(shí)由于儲(chǔ)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(chǔ)能過程中，材料近似恒溫。 因此相變儲(chǔ)熱是當(dāng)前最為適合儲(chǔ)熱式太陽能取暖系統(tǒng)的儲(chǔ)熱方式。 化學(xué)反應(yīng)熱儲(chǔ)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(chǔ)熱技術(shù)方面看儲(chǔ)熱技術(shù)較為成熟，儲(chǔ)熱式太陽能取暖系統(tǒng)推廣可行。

儲(chǔ)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(yán)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(shí)間長。

儲(chǔ)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(bào)告》數(shù)據(jù)：

1） 每平米太陽能集熱器可節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)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(chǔ)熱式太陽能取暖系統(tǒng)每年可節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤約數(shù)十噸，減排CO2 上百噸。 以此為依據(jù)，儲(chǔ)熱式太陽能采暖系統(tǒng)即保護(hù)了環(huán)境，又節(jié)約了資源，產(chǎn)生不錯(cuò)的經(jīng)濟(jì)效益。 在環(huán)境保護(hù)方面是可行的。

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

參考文獻(xiàn)：

【1】、范立群、 周利、 劉泳、 馬杰 、紀(jì)其燕、 張曉：儲(chǔ)熱材料研究進(jìn)展【J】《棗莊學(xué)院學(xué)報(bào)》2018（2）

【2】王勇：《建筑設(shè)備工程管理》重慶大學(xué)出版社 2008-07-01

【3】葛志偉 葉鋒 MathieuLasfargues 楊軍 丁玉龍，中高溫儲(chǔ)熱材料的研究現(xiàn)狀與展望【J】《儲(chǔ)能科學(xué)與技術(shù)》2012（2）

【4】. 張曉清，既有居住建筑供熱計(jì)量及節(jié)能改造案例分析學(xué)術(shù)期刊【J】 《資源節(jié)約與環(huán)?！?2015（3）