主动式太阳房的应用技术
主动式太阳能建筑是由太阳能集热器、热水槽、泵、散热器、控制器和贮热器等组成的采暖系统或与吸收式制冷机组成的太阳能空调建筑。它与被动式太阳能建筑一样,围护结构应具有良好的保温隔热性能。本文主要讨论主动式太阳能建筑的采暖系统。
该系统可分为三个循环回路:11集热回路,主要包括集热器、贮存器、集热器热交换器、过滤器、循环泵等部件。在该回路中采用差动控制,使用两个温度传感器和一个差动控制器,其中一个温度传感器(热敏电阻或电偶)安装在集热器吸热板接近传热介质出口处,另一个温度传感器安装在蓄热水箱底部接近收集回路回流出口,当第一个传感器温度大于第二个传感器5～10℃时,集热泵3就开启。在这种情况下流体从贮存器经集热泵入集热器,同时空气从集热器置换进入贮存器中;相反,当蓄热水箱出口温度与集热器吸热板温度相差1～2℃时集热泵就关闭,在这种情况下依靠把集热器中的水排入到贮存器的方法来实现防冻,贮存器要隔热或封闭以防冰冻温度。夏天,用来加热水的有效太阳能量可能超过热水用量,在这种情况下,太阳能系统中的水温可能超过沸点,因此系统应设置温控装置,当蓄热水箱的温度超过一定限度时,集热循环泵会自动关闭。采暖回路,主要包括蓄热水箱、散热器、辅助热源、电动阀等部件。采暖回路是指采暖房间中热媒的循环回路,自动控制一般使用两个温度传感器和一个差动控制器，其中一个是温度传感器置于蓄热水箱采暖回路出口附近,室内设置温度敏感元件测量室温,当室内温度降低时,此时蓄热水箱温度很高并达到一定的数值,辅助加热器关闭,由蓄热水箱提供热量;另一个温度传感器安装在采暖回路的回水管道中,如果室内温度继续下降,且第一个传感器读出的温度低于第二个时,即蓄热水箱的热量不能满足负荷要求,电动阀切断蓄热水箱与系统的联系,使其脱离循环,这时由辅助加热器供暖。生活用热水回路,主要包括热水热交换器、预热水箱、辅助加热水箱、泵等部件。自来水经热水热交换器后进入预热水箱,经预热后的水从预热水箱顶部循环到辅助加热水箱中,在辅助加热水箱内水温上升到所希望的温度,供房间各处使用。任何家用热水系统都必须使用调温阀或其它方法,以确保输送的热水温度不会过高,输送水温度一般在50～60℃范围内。
系统热负荷计算
系统热负荷为供暖热负荷、通风换气热负荷和生活用水热负荷三部分之和。
太阳能采暖是为了节省常规能源,消除污染,同时要求系统投资在一定年限内收回。如果系统设计成为全年的日子里都有效,则非常不经济,实验证明,假若给定的集热器面积可以提供一年中320天所需的热量,但为了满足余下30天所需的热量,则集热器的面积要增加一倍,而为了提供余下15天所需的热量,则需再增加一倍,所以太阳能采暖系统的采雀汉芍荒苡商裟芴峁┮徊糠帧Ｑ≡窠闲〉某叽?用其它燃料作为辅助热源,这种作法较为经济。所利用的太阳能与采暖热负荷的比率称为太阳能保证率，用f表示:
如果太阳能系统的集热器面积为Ac ,系统中集热器的安装造价为D元/m2，系统中与集热器面积有关的设备(如蓄热水箱的大小) 费用为E元/m2，系统中与集热器面积无关的设备费用(如泵、管道等附加设备的固定造价) 是G元/m2，燃料的价格是CF 元/m2,假定收回系统初投资的合理年限为K年,每年的折旧率为1/ K,则每年节省的钱数W为:
由(4) 式可计算出系统的热负荷L ,在L 一定的情况下,集热面积AC 值不同则系统太阳能保证率也随之不同,需要计算出一系列不同集热器面积下的太阳能保证率f ,以得出不同的系统每年节省的钱数W,由此确定出最经济的集热面积和最经济的太阳能保证率f。
建筑节能是近年来世界建筑发展的一个基本趋向,也是当代建筑科学技术的一个新的生长点,太阳能是建筑上很具有利用潜力的新能源,于是太阳房这种节能环保住宅应运而生。主动式太阳房的采暖与供热水系统可以根据需要进行自动调节,可以提供舒适的室内环境,因此在我国主动式太阳房的推广与应用具有广阔的前景。 |
