清洁采暖及太阳能热水系统工程在寒冷地区的应用研究

清洁采暖及太阳能热水系统工程在寒冷地区的应用研究

陆田龙

太阳雨集团有限公司

摘要：中国北方太阳能资源属于丰富地区，年日照2600~3000h，年累计辐射热500~6700MJ/m2。丰富的太阳能资源覆盖了我国大部分冬季需要供暖的地区，具有很高的利用价值。然而，清洁供暖和太阳能热水系统项目受气候条件的影响很大，因此在大规模利用之前需要进行应用研究。本文主要分析了清洁供暖和太阳能热水系统工程在寒冷地区的应用。

关键词：清洁采暖；太阳能；可再生能源；热水系统

引言

在当今能源环境的大背景下，热通信行业与建筑供暖和制冷等需要能源消耗的能源应用密切相关。近年来，热通信行业对大多数可再生能源(水电、风能、生物质能、海洋能、地热能、太阳能等)进行了理论研究、模拟、测试和实验。在这些能源中，研究太阳能的使用成为了新时代的领航者，因为太阳能作为一种可再生能源是清洁、廉价和丰富的，其相关研究和应用范围更广，能见度更高。

1、气候资源

中国的气候区划可以按照目前的标准划分为五个气候区，甘肃省兰州市是一个寒冷地区。多年平均气温为9.3c，最冷月份平均气温为6.7c，绝对温度为-23.1c；7月份最热的平均气温为22.6℃，绝对温度为39.8℃。兰州的地理纬度为36 03，海拔1517.2米，每日总水位辐射5232 783 mj/(m2 a)，每年总局部纬度坡度平面辐射5526 917 建议的太阳保证率为40 %至50 %，合格寿命为10a，太阳资源相对丰富。 甘肃省是一个有利于太阳能利用的地区，为促进农村太阳能建筑和被动式太阳能机房的利用作出了巨大努力。因此，以甘肃兰州市玉红县两个典型项目为分析对象，研究了在该地区应用清洁供暖和太阳能热水系统的可行性。

2、清洁采暖类型

清洁加热是指使用清洁能源，如天然气、电力、地热、生物量能源、太阳能、工业热、清洁煤炭燃烧(低排放)和核能。天然气被用作燃料，水通过集中燃气锅炉或分散式烟囱等设施加热。天然气燃烧效率高，几乎没有烟尘和二氧化硫排放，但建筑成本高，供气区有限。电加热是指使用中央锅炉或分散式电缆、热膜、蓄热散热器等设施来加热水。电加热的布置和操作灵活，维修简单，没有污染物排放，但使用集中电锅炉也需要热网系统，施工成本高。地热能加热是利用地热能资源利用热交换系统从地热能资源中提取热量的一种方法。地热加热没有受到污染，但地热资源分布不均，建筑成本高。生物质加热是指利用各种生物物质原料以及经过转化和转化而产生的固体、气体和液体燃料进行清洁燃烧和燃烧 但是建筑成本更高。太阳能加热是利用太阳能集热装置加热的一种方式。 太阳能加热没有污染，可持续利用，建筑成本低，但受到天气等因素的影响。工业供暖是利用工业供暖的一种方式。供热的工业用途有限，不能大规模推广。燃煤供热是一种安全处理燃煤的方法，在锅炉极低的热量变化后通过热网加热用户。中国目前农村建设和能源供应方面，利用地热、生物量、工业热能、核能和天然气取暖基本上是不可能的，单纯用市电直接取暖电费成本太高，采用太阳能光伏发电取暖不论从技术还是成本方面都具有可行性。

3、清洁采暖的推广对策

3.1政策扶持，因地制宜

国家层面出台了《打赢蓝天保卫战三年行动计划》《北方地区冬季清洁取暖规划（２０１７～２０２１）》等政策，但地方政府层面的缺乏配套政策。根据国家政策，地方当局必须在资金、技术、设备等方面制定支助政策。，大力推广清洁供热技术。西北农村地区的供暖不是简单的改革，必须根据村庄的地理位置、气候条件、住房条件、经济收入等来选择。以及成本最低、效率最高的解决方案。与此同时，西北地区照明良好，地方当局可以引进发电企业，利用农村地区未使用的土地扩大分布式光伏发电，并利用发电利润补贴取暖费用。利用光伏发电可以降低用户电加热成本，确保供热需求，同时还可以减少光的浪费现象，确保光伏产业的健康发展。通过使用光伏能源优化农村家庭的供热，对于提高煤炭发电的经济性和可再生能源在最终能源消费中的份额，以及对于减轻政府补贴带来的经济压力都很重要。

3.2加强房屋保温节能改造，提升取暖效率

作为实施农村清洁供暖改革的一部分，需要提高农村房屋的保温性能，才能达到预期的供暖目标。根据实际情况，现有的有装修条件的农村房屋可以添加保温材料、门窗裂缝新建筑的设计和建造符合有关建筑物的节能设计标准，并以若干补贴和技术指导为基础。

3.3多种模式经营，减少用户的初期投资

为了进一步改善西北部农村地区清洁供暖方式的商业化，建议地方当局支持和鼓励社会资本参与供暖设施的建设和运营，并在风险管理的前提下，积极探索建设和运营下列项目的可能性 根据投资、领导、受益和承担风险的原则，促进企业成为供热设施建设的主要投资者。 针对PPP项目落地困难和融资困难等问题，建议鼓励地方当局实行更多的优惠政策，以促进各类金融机构的参与，并改进相应的定价和收费政策。

4、太阳能热水系统的搭建

太阳能热水系统主要由太阳能集热器、液压泵、储水罐和控制系统组成。在已安装的太阳能热泵综合系统中，太阳能收集系统仅在供暖季节使用，在非供暖期间不运行，从而降低了该系统的总体经济性能，延长了投资回收期。该文件提出了最大限度地利用太阳能清洁能源和减少化石燃料使用的解决办法，并从节能、节能和家用热水的角度提高了复合系统的经济和环境效率。在建造太阳能热水系统的初期，需要确定与热水密切相关的几个参数，即初始冷水温度、热水温度、设计日使用的水量以及设计时使用的水量。根据《建筑给水排水设计规范》，设计冷水温度应该以当地最冷月平均水温资料确定，此处冷水温度取4℃。

操作方式:采用相变除霜装置的直接膨胀太阳能热水系统的主要操作方式包括:(1)太阳能充足，热水负荷低，采用太阳能直接加热方式。当太阳能蒸发器1的入口和出口温度≥调节温度(例如8-10 C)且储热罐7的供水温度≥调节温度(例如40-60 C)时，压缩机2打开，电磁阀打开(2)太阳辐射低，热水负荷大，使太阳能的储热方式工作。当太阳能蒸发器1的输出温度低于或等于调节温度(例如8-10 C)且储热罐7的供水温度大于或等于调节温度(例如40-60 C)时，第四个电磁阀17为(3)在室内天气连续下雪或室外温度极低的情况下，采用低河谷电热储存加热方式。在低功率期间打开蓄热水箱的电加热；第四个电磁炉17在热水供应期间亮，为用户提供热量。(4)当室外温度低、空气湿度高时，偏转模式工作。当太阳能蒸发器1的输出温度低于或等于调节温度(例如8-10 C)且外部温度低于或等于调节温度(例如-15 C)，电磁阀14和15关闭，压缩机2和蓄热除霜装置启动，除霜模式工作。

结束语

该国幅员辽阔，人口众多，冬季供暖相对简陋，效率低下。随着国家和公众对环境保护的重视，促进清洁供暖技术的使用势在必行。寒冷地区天然气丰富，照明和风能条件良好，有助于促进清洁供暖技术的使用。然而，由于西北地区面积大，村庄分散，使用分布式光伏发电取暖更为合适。

参考文献：

1. 康艳兵.建筑节能的挑战与机遇[J].环境经济，2018（11）：14-18.

2. 景阳.浅析兰州市气候资源与自然资源的特点和利用[J].资源与环境，2019（16）：38-40.

3. 郑瑞澄.民用建筑太阳能热水系统工程技术手册[M].北京：化学工业出版社，2019.

4. 罗运俊，何梓年，王长贵.21世纪可持续能源丛书-太阳能利用技术[M].北京：化学工业出版社，2019.

[5]冯国会，刘家森，李旭林，等.可再生能源供热系统在农村建筑的应用研究[J].节能，2019（11）：72-75.