欢迎来到清洁供热分会交流平台!
扫码关注我们
您所在的位置:
科普:主动式太阳能加热
时间:2020-08-12 来源:imsia
分享到
拥有多种太阳能技术的家庭,包括采光,被动太阳能,主动太阳能和两种PV。
北卡罗来纳州的这栋房屋大部分采用被动式太阳能设计来供暖,但是太阳能热系统既提供生活热水,又提供辅助辐射地板供暖系统。图片由NREL的Jim Schmid Photography提供

主动式太阳能加热系统利用太阳能加热液体或空气之类的流体,然后将太阳能直接传递到内部空间或存储系统中,以备后用。如果太阳能系统无法提供足够的空间供暖,则辅助或备用系统会提供额外的热量。包括存储在内的液体系统更常用,非常适合于辐射加热系统,带热水散热器的锅炉,甚至是  吸收式热和冷却器。液体和空气系统均可补充强制空气系统。

液基主动太阳能加热

太阳能集热器最适合集中供热。它们与家用太阳能热水系统中使用的相同。平板收集器是最常见的,但也可以使用真空管收集器和浓缩收集器。在集热器中,诸如水,防冻剂(通常是无毒的丙二醇)或其他类型的液体之类的传热或“工作”流体吸收太阳能。在适当的时间,控制器操作循环泵以使流体流经收集器。

液体流动迅速,因此,当液体流过收集器时,其温度只会增加10°至20°F(5.6°至11°C)。将较小体积的液体加热到较高温度会增加收集器的热量损失,并降低系统效率。液体流到储罐或热交换器以立即使用。其他系统组件包括管道,泵,阀,膨胀罐,热交换器,储罐和控制装置。

流速取决于传热流体。要了解有关液体太阳能集热器的类型,尺寸,维护和其他问题的更多信息,请参阅太阳能热水

在液体系统中储存热量

液体系统将太阳热存储在水箱或辐射平板系统的砖石结构中。在罐式存储系统中,来自工作流体的热量在罐外部或罐内部的热交换器中传递到分配流体。

储罐是加压还是不加压,取决于整体系统设计。在选择储罐之前,请考虑成本,尺寸,耐用性,将其放置在地下室或外部的位置以及安装方式。如果所需尺寸的储罐无法通过现有门口,则可能需要在现场建造储罐。储罐还具有温度和压力限制,并且必须符合当地的建筑,水暖和机械规范。您还应注意为防止过多的热量散失,需要多少隔热层,以及为避免腐蚀或泄漏需要哪种防护涂层或密封。

在存储需求非常大的系统中,可能需要专用或定制的储罐。它们通常是不锈钢,玻璃纤维或高温塑料。也可以选择混凝土和木质(热水浴缸)水箱。每种类型的储罐都有其优点和缺点,并且由于其尺寸和重量,所有类型的储罐都需要仔细放置。使用几个较小的水箱而不是一个大水箱可能更实际。最简单的存储系统选项是使用标准家用热水器。它们符合压力容器要求的建筑规范,内衬可防止腐蚀,并且易于安装。

液体系统的热量分配

您可以使用辐射地板,热水踢脚线或散热器或中央强制通风系统来分配太阳能。在辐射地板系统中,太阳能加热的液体通过嵌入薄混凝土板地板中的管道循环,然后将热量辐射到房间。辐射地板采暖是液体太阳能系统的理想选择,因为它在相对较低的温度下表现良好。经过精心设计的系统可能不需要单独的储热罐,尽管大多数系统都包括用于温度控制的储罐。常规锅炉甚至标准家用热水器都可以提供备用热量。平板通常用瓷砖完成。与其他类型的热分配系统相比,辐射式平板系统从“冷启动”加热房屋所需的时间更长。但是,一旦运行,它们就会提供恒定的热量。地毯和地毯会降低系统的效率。看到辐射加热获取更多信息。

热水踢脚线和散热器需要160°至180°F(71°至82°C)的水才能有效地加热房间。通常,平板式液体收集器将传输和分配流体加热到90°至120°F(32°至49°C)之间。因此,将底板或散热器与太阳能加热系统一起使用时,要求底板或散热器的表面积更大,通过备用系统或中温太阳能集热器(例如真空系统)来提高太阳能加热液体的温度管收集器)代替平板收集器。

将液体系统合并到强制空气加热系统中有多种选择。基本设计是在到达炉膛之前,在主室内空气回流管道中放置一个液-气热交换器或加热盘管。从居住空间返回的空气经过热交换器中太阳加热的液体时会被加热。炉子根据需要提供额外的热量。盘管必须足够大,以在收集器的最低工作温度下将足够的热量传递给空气。

通风预热

太阳能空气加热系统使用空气作为吸收和传输太阳能的工作流体。太阳能集热器可以直接加热各个房间,也可以潜在地预热进入热回收通风机或通过空气源热泵的空气盘管的空气。

空气收集器比液体系统在一天中的早晚产生热量,因此与同等大小的液体系统相比,它们在加热季节产生的可用能量更多。而且,与液体系统不同,空气系统不会冻结,并且收集器或分配管道中的微小泄漏不会造成严重问题,尽管它们会降低性能。但是,空气是比液体效率低的传热介质,因此太阳能集热器的工作效率比太阳能集热器低。

尽管一些早期的系统通过太阳能加热的空气通过岩石床作为能量存储,但由于效率低下,岩床中凝结和发霉的潜在问题以及水分和霉菌对环境的影响,因此不建议使用此方法。室内空气质量。

太阳能空气收集器通常集成在墙壁或屋顶中以隐藏其外观。例如,瓦屋顶可能内置有空气流动路径,以利用瓦吸收的热量。

大多数太阳能空气加热系统是室内空气加热器,但是相对较新的称为蒸发空气收集器的设备在家庭中的应用受到限制。

室内空气加热器

空气收集器可以安装在屋顶或外墙(朝南)上,以加热一个或多个房间。尽管可以使用工厂制造的集尘器进行现场安装,但动手做的人可以选择构建和安装自己的集尘器。一个简单的窗口式空气加热器收集器的价格为几百美元。

集热器有一个不透气的绝缘金属框架和一个黑色金属板,用于吸收热量并在其前面装有玻璃。太阳辐射加热板,进而加热集热器中的空气。电风扇或鼓风机通过收集器将房间内的空气抽出,然后吹回房间。安装在屋顶的收集器需要管道在房间和收集器之间输送空气。壁挂式集热器直接放置在朝南的墙上,并且在壁上切有孔,用于集热器的空气入口和出口。

简单的“窗口收集器”适合现有的窗口。它们可以是主动的(使用风扇)或被动的。在被动类型中,空气进入集热器的底部,在加热时上升,然后进入房间。当没有阳光时,挡板或风门可防止室内空气流回面板(逆向热虹吸)。这些系统仅提供少量的热量,因为收集器的面积相对较小。

蒸发空气收集器

蒸发式空气收集器使用一种简单的技术将太阳的热量收集到温暖的建筑物中。收集器由安装在建筑物朝南墙上的深色穿孔金属板组成。在旧墙和新立面之间创建了一个空气空间。黑暗的外立面吸收太阳能,并在阳光明媚的日子迅速升温-即使在外面的空气很冷的时候。

风扇或鼓风机通过集热器中的小孔将通风空气吸入建筑物,并通过集热器和南墙之间的空气空间向上吸入。收集器吸收的太阳能使流过收集器的空气温度升高了40°F。与其他空间供暖技术不同,蒸发式集热器不需要昂贵的玻璃。

蒸发式空气收集器最适合通风负荷高的大型建筑物,这使得它们通常不适合今天的密封房屋。但是,小型蒸发器可以用来预热进入热回收通风机的空气,也可以加热空气源热泵上的空气盘管,从而提高了冷天的效率和舒适度。但是,目前尚无以这种方式使用蒸发式空气收集器的成本效益的信息。

主动式太阳能供暖系统的经济效益和其他优势

主动式太阳能供暖系统在替代气候条件较差,气候良好且具有良好太阳能资源的情况下,可以取代电,丙烷和石油等较昂贵的供暖燃料。一些州提供太阳能系统的销售税免税,所得税抵免或减免,以及财产税免税或减免。

主动式太阳能加热系统的成本会有所不同。商业上可用的收藏家具有10年或更长时间的保修,并且应该很容易持续数十年。如果它也能加热生活用水,那么主动空间供暖系统的经济性就会提高,因为原本闲置的集热器可以在夏天加热水。

使用主动式太阳能系统为您的房屋供暖可大大减少您在冬天的燃料费用。太阳能加热系统还将减少因使用化石燃料加热或发电而导致的空气污染和温室气体排放。

选择太阳能供热系统并确定其尺寸

选择合适的太阳能系统取决于房屋的地点,设计和供暖需求等因素。当地的约定可能会限制您的选择;例如,房主协会可能不允许您在房屋的某些部分安装太阳能集热器(尽管许多房主已经成功地挑战了此类盟约)。

当地的气候,集热器的类型和效率以及集热器的面积决定了太阳能采暖系统可以提供多少热量。通常,设计一种主动系统以提供40%至80%的家庭供暖需求是最经济的。除使用少于一或两个房间供热且不需要储热的太阳能空气加热器集热器外,提供少于40%房屋热量的系统很少具有成本效益。一个设计良好且绝缘的房屋,结合了被动式太阳能采暖技术,将需要一个更小且成本更低的任何类型的采暖系统,并且除太阳能外可能只需要很少的补充热量。

除了设计一种主动系统以在100%的时间内提供足够的热量的事实通常不切实际或不具有成本效益之外,大多数建筑法规和抵押贷方都需要备用供暖系统。当太阳能系统无法满足供暖要求时,辅助或备用系统会提供热量。备用范围可以从柴火炉到常规的中央供暖系统。

太阳能加热系统的控件

太阳能加热系统的控制通常比常规加热系统的控制更为复杂,因为它们必须分析更多的信号并控制更多的设备(包括常规的备用加热系统)。太阳能控制器使用传感器,开关和/或电动机来操作系统。该系统使用其他控件来防止收集器冻结或温度过高。

控制系统的核心是差压恒温器,该恒温器可测量收集器和存储单元之间的温度差。当集热器的温度比存储单元高10°至20°F(5.6°至11°C)时,恒温器会打开泵或风扇,使水或空气循环通过集热器,以加热存储介质或房屋。

这些控件的操作,性能和成本各不相同。一些控制系统监视系统不同部分的温度,以帮助确定其运行方式。最先进的系统使用微处理器来控制和优化热量的传递,并传递到房屋的存储区和区域。

可以使用太阳能电池板为低压,直流(DC)鼓风机(用于空气收集器)或泵(用于液体收集器)供电。太阳能电池板的输出使可用的太阳能热量与太阳能收集器相匹配。通过仔细选择尺寸,可以优化鼓风机或泵的速度,以有效吸收工作流体的日照。在低太阳条件下,鼓风机或泵的速度很慢,而在高太阳增益下,它的运行速度更快。

当与室内空气收集器一起使用时,可能不需要单独的控件。这也可以确保系统在市电中断的情况下运行。带有电池存储的太阳能系统也可以提供功率来运行中央供暖系统,尽管这对于大型系统而言很昂贵。

太阳能采暖系统的建筑法规,公约和规定

在安装太阳能系统之前,您应该调查当地的建筑法规,分区条例和细分公约以及与该场所有关的任何特殊法规。您可能需要建筑许可证才能在现有建筑物上安装太阳能系统。

并非每个社区或市政当局最初都欢迎住宅可再生能源装置。尽管这通常是由于无知或可再生能源系统的相对新颖性造成的,但您必须遵守现有建筑物并允许执行安装系统的程序。

太阳能系统安装的建筑规范和分区合规性问题通常是本地问题。即使实施了全州范围的建筑法规,您的城市,县或教区也通常会执行该法规。房主在使用建筑法规时遇到的常见问题包括:

  • 屋顶载荷超标
  • 不可接受的热交换器
  • 接线错误
  • 非法篡改饮用水。

潜在的分区问题包括:

  • 阻碍侧院
  • 在屋顶上架设非法突起
  • 将系统选址的位置过于靠近街道或边界。

特殊的地区法规(例如,当地社区,细分或房主协会的盟约)也需要遵守。这些盟约,历史悠久的地区法规和洪泛区规定很容易被忽略。要找出实现本地合规性所需的条件,请与您当地司法管辖区的分区和建筑执法部门以及任何适当的房主,分区,社区和/或社区协会联系。

安装和维护您的太阳能供暖系统

有源太阳能系统的性能取决于有效的选址,系统设计和安装以及组件的质量和耐用性。当今的采集器和控件质量很高,但是要找到经验丰富的承包商来正确设计和安装系统仍然是一个挑战。

系统到位后,必须对其进行适当维护以优化其性能并避免故障。不同的系统需要不同类型的维护,因此您应该设置日历,列出组件制造商和安装程序建议安装的维护任务。

您的房主的保险单自动涵盖了大多数太阳能热水器。但是,冻结通常不会造成损坏。请与您的保险提供商联系,以了解其政策。即使您的提供商将涵盖您的系统,也最好以书面形式告知他们您拥有新系统。

来源:https://www.energy.gov/energysaver/home-heating-systems/active-solar-heating
【稿件声明】:
凡来源为IMSIA国际金属太阳能产业联盟的稿件,版权均归IMSIA国际金属太阳能产业联盟所有,转载请注明来源。

  • 相关文章:
    • 家用供暖系统:尽管可以使用几种不同类型的燃料来加热我们的房屋,但我们中近一半使用天然气。|资料来源:《 2011年建筑物能源数据手册》与家庭中的任何其他系统相比,给家庭取暖要消耗更多的能源,并且要花费更多的钱-通常占公用事业账单的42%。...
      上传时间:2020-08-12
    • 介绍太阳能通风空气预热或太阳能通风预热技术是利用太阳辐射的能量来预热通风空气。自1990年代以来,这项技术就采用了由通常涂有深色颜料的...
      上传时间:2020-08-12
    • 项目名称:山东凤祥实业有限公司太阳能热水工程,主要用于食品加工。系统共配置1190组JPH-50QHW18 58-00 02型集热器,总集热面积8663 2...
      上传时间:2018-03-12
    CopyRight 2020 清洁供热分会交流平台 版权所有 京ICP备19042900号