太阳能供热技术

说起太阳能，大家并不陌生，太阳能就是太阳光产生的一种辐射能源。随着我国经济的快速发展，对能源的需求量急剧加大，而常规能源日渐枯竭，用新的可再生能源替代势在必行。太阳能作为一种清洁的可再生能源，在当今社会中扮演着越来越重要的角色。就拿我国广大农村来说吧，长期以来，在我国北方农村，能源问题一直是困扰冬季供热技术的瓶颈，寻求廉价、环保的能源以及使用设备寿命长，维护简单，一直是人们探求的目标。如今科研人员通过对太阳能采暖及热水供应技术的研究，将太阳能理念与新型的建造技术相结合，把太阳能与部分常规能源作为组合热源，用简单、环保的方式解决了农村居民的生活供热需求，提高了农村生活质量。



目前，太阳能供热技术已经在北京郊区，特别是平谷区广泛应用。下面，我们就为您详细讲解太阳能供热技术的相关知识。



首先我们来了解一下太阳能供热技术的概念及原理。



一、工作原理



太阳能供热技术是以太阳能为系统采集热源，同时辅以常规能源系统，采用低温地板辐射方式向建筑物提供冬季供暖，并同时提供建筑物全年生活用热水的一种新型节能供热方式。



所谓向建筑物提供冬季供暖是指在晴好天气下,循环水泵将自来水输送到屋顶太阳能集热器的吸热管中，太阳能集热器通过采集热量，将水加热，热水顺着管路被输送到储水箱的外层，因储水箱设有内外两层，内层为生活用热水，外层为供暖用循环水，储水箱外层的热水再根据需要输送到各房间地暖管线进行散热供暖。这样太阳能集热器吸热管中的水、储水箱外层水以及地暖管线水就形成了一个全封闭的循环系统，水可以重复循环使用。



对于生活用热水,自来水直接进入到储水箱内层，通过热传导原理被储水箱外层热水加热，加热后的内层水被输送到厨房、卫生间等各生活用水点供应热水。内层水和各用水点之间是一个开放式的系统。



在阴雨天气或太阳能量不足的情况下,利用辅助能源作为补充,加热储水箱的外层水,使外层水温度达到供热要求。



太阳能供热技术具有全天候供热、舒适性高、节能效果显著、便于调节控制等优点。如此舒适方便的供热系统包括哪些组成部分呢? 接下来我们就为您逐一介绍。



二、设备组成



太阳能供热系统主要是由太阳能集热系统、辅助能源保障系统、低温地板辐射系统及生活热水供应系统四部分组成。其中关键部分是太阳能集热系统。



太阳能集热系统

                                                                                

太阳能集热系统由集热器、循环水泵及储热水箱等组成，其作用是通过太阳能集热器最大限度地收集太阳能量，并通过储水箱进行热量的储备及缓冲。太阳能集热器一般安装在建筑物的屋顶，这样可以保证其有良好的采光条件。



太阳能集热器



太阳能集热器是太阳能集热系统最核心组成部分，目前一般采用平板太阳能集热器。



平板太阳能集热器由吸热板芯、透明盖板、保温材料、外壳等几部分组成。



太阳能集热器通过吸热板芯不断吸收太阳光的辐射能量，并迅速将热量传递到紫铜吸热管，水从吸热管中流过，并吸收热量，达到加热水温的目的。



下面我们就来看一下太阳能集热器的各个组成部分。



吸热板芯



吸热板芯是太阳能集热器中吸收太阳辐射能并向水传递热量的部件，是集热器的心脏。



吸热板芯由条带和吸热管组成，条带和吸热管的材料一般采用紫铜，紫铜易受热，可焊性好，有一定的承压能力。



您现在看到的紫铜条带是黑色的，是因为在条带表面镀了一层黑铬，用以增加吸热板芯的热性能。



通过超声波自动焊接机，将紫铜吸热管焊接在条带上，这样就形成了单个的吸热板芯，然后再根据建筑设计要求，将多条板芯进行组合焊接即可。



盖板



吸热板芯表面需要有盖板，要求对太阳光有较高的透过率，这就使得进去的能量大于散失的能量，从而提高吸热板芯的温度，通常称盖板的这种作用为温室效应。



平板太阳能集热器盖板要求有高的透光率，高的耐冲击强度及良好的耐候性、绝热性能。目前一般采用钢化玻璃作为集热器盖板。



保温层



保温层的作用是减少集热器向四周环境的散热，以提高集热器的热效率。一般采用的材料是岩棉或聚氨酯发泡等。



外壳



保温层外壳的作用是将吸热板、盖板、保温材料组成一个有机的整体，因此要求有一定的刚度和强度，其材料目前国内一般采用着色铝型材。



太阳能储水箱



太阳能供热装置中的储水箱起到调度和储存热水的作用，一般容积为200升左右，为双层套筒结构，分为内外两层，两层容积大致相当。



外层为供暖用循环水，储水箱外层水温按国家标准设计为40—50℃，水质要求不高，普通的自来水即可。



内层为生活用热水，内层水水质要求达到国家生活用水标准，所以须和外层地暖用水隔开使用，一般情况下水温比外层水低3—5℃。



为保证供水质量及产品的使用寿命，储水箱一般均采用不锈钢材料。为了提高供热效果，还要在箱体周围增加聚氨酯发泡等保温材料。



该水箱可同时满足冬季的供暖及四季的生活热水供应。



循环水泵



循环水泵是太阳能集热系统中的循环动力设备，通过水泵起到水的输送和循环作用。



辅助能源保障系统



辅助能源系统是太阳能供热系统的补充与备用。在阴雨天气或太阳能量不足的条件下，当采暖水箱温度达不到设定温度时，可启动辅助系统对储热水箱的水循环加热，达到设定温度以满足供热需求。一般可选择生物质炉作为辅助能源。



低温热水地板辐射采暖系统



太阳能集热器属中低温热源设备，为达到系统供暖的整体高效性，一般太阳能供暖系统均采用低温地板辐射采暖系统，起到辐射散热目的，其设计热水温度为40℃～50℃的低温热水。



低温热水地板辐射采暖系统具有热稳定性好，使用寿命长；全自动运行，并可手动等特点。



生活热水供应系统



生活热水的供应系统主要是利用自来水的压力，通过储水箱加热后，将满足温度的热水通过管路连接送到各用水点。



了解了太阳能供热系统的各个组成部分及工作原理，最主要的还得掌握它的安装和建造，下面我们就要对其进行施工安装了。



   三、安装工艺流程



为了充分利用太阳能，确保供暖效果良好，太阳能供热系统在施工时，最好和建筑物一体设计，为减少室内热量散失，有条件的情况下可以在房屋设计上增加保温处理，这样房屋可以达到65%的节能效果，满足供暖要求。



安装主要包括太阳能集热器的安装、采暖管线的安装、设备间设备的安装等。



屋顶太阳能集热器的安装



在太阳能供热系统中，最核心的部件就是太阳能集热器，因此太阳能集热器的安装可以说是最主要的环节了。屋顶太阳能集热器的安装可分为四个部分，分别是屋顶埋件的安装；太阳能集热器的安装；管路的安装；排水板的安装。

• 屋顶预埋件的安装
  
  
  
  屋顶预埋件是太阳能集热器的定位和固定装置，在建筑物屋顶浇注混凝土5日后，就可以安装太阳能集热器预埋件了。首先，根据太阳能集热器的长度在屋顶进行预埋件的定位。预埋件一般采用8mm厚钢板折弯成L形，采用8*90mm膨胀螺栓将其按定位尺寸与屋顶混凝土固定。预埋件固定后，将40*63mm的角钢与L形埋件焊接。预埋件为上、下各一排。预埋件做完后，就要对太阳能集热器进行安装了。
  
  
  
  太阳能集热器的安装
  
  
  
  太阳能集热器安装前，需要对建筑屋面做防水层，然后严格按设计图纸进行安装。一般单个集热器的规模从2-3平方米不等，安装时应根据设计要求，不同规模太阳能集热器进行不同数量的组合。
  
  
  
  首先，进行太阳能集热器下压板的定位，按设计间距用自攻钉将所有集热器下压板进行定位固定。
  
  
  
  集热器安装从一侧开始依次进行。第二块集热器的弯边扣压在上一块集热器的直边上，同时扣压处采用专用橡胶条密封，以保证集热器连接处防水的可靠性。
  
  
  
  依此类推，将所有集热器安装固定好，并将集热器的最外侧所有边用橡胶条进行密封，保证集热器整体的防水可靠性。
  
  
  
  太阳能集热器的管路安装
  
  
  
  将所有的太阳能集热器固定好以后，下一步就要进行管路的连接了。集热器的进出水口设置在太阳能集热器的上下端，通过铜锁母及镀锌管材将太阳能集热器连接成为一套完整的太阳能集热系统。
  
  
  
  成排管线安装应保持相互平行，并做好管线的支架。
  
  
  
  管路安装完毕引至设备间后，进行水压试验，试验压力0.4MPa，保压20分钟，压降值应小于0.01MPa，且不渗漏为合格。
  
  
  
  为降低管线的热损失，水压试验后，需要对管线进行保温措施，一般采用20mm厚的橡塑管进行保温，外缠白色胶带。
  
  
  
  排水板的安装
  
  
  
  管线保温完成，就可以进行屋面瓦与集热器排水板的安装了。排水板起到集热器与屋面瓦的连接处防水的作用。排水板采用0.45mm的彩钢制作，彩钢下用钢板作支架，用铆钉将排水板支架固定在集热器外边框上，再利用铆钉将排水板固定在排水板支架上。
  
  
  所有排水板之间的搭接处需采用玻璃胶进行密封处理，同时采用铆钉固定。保证太阳能集热器与屋面瓦的连接处达到可靠的结构防水功能。
  
  
  
  排水板与屋面瓦结合处理完成后，整个屋面部分的集热器安装就完成了。
  
  
  
  接着就是低温地板辐射采暖管线的安装了。
  
  
  
  低温地板辐射采暖管线的安装
  
                                                                                  
  
  低温地板辐射采暖管线的安装工艺主要有隔热层铺设、分集水器安装、地暖管线的铺设、地暖管与分集水器的连接安装、压力试验、面层施工等。
  
  
  
  隔热层的铺设
  
  
  
  隔热层在地暖系统中用以阻挡热量传递，减少热量向土壤的流失，达到节能的目的。
  
  
  
  铺设隔热层首先要将地面平整干净，没有杂物，墙面根部宜平直，没有积灰。若直接与土壤接触或与潮湿地面接触，应先做防潮层，防潮层可采用塑料布或防潮膜。
  
  
  
  隔热材料一般采用30mm厚聚苯板，隔热层铺设要平整，相互间合缝严密，紧密联接。
  
  
  
  然后再铺设防辐射膜，防辐射膜的材质是铝泊纸，可以起到隔层、隔热的作用，以利于热量向上辐射。
  
  
  
  地暖管路的铺设
  
  
  
  隔热层铺设完毕后，还要在地面上铺设100×100×2.0mm钢丝网片，两个相邻的钢丝网片要用塑料扎带连接好，随后进行地暖管线的铺设。
  
  
  
  地暖管线一般均采用直径20×2.0mm的聚乙稀PEX管材，管材耐高温、耐高压、耐老化、耐腐蚀，并且柔性好，易于施工。按设计图纸的布管间距、布管形式确定每个回路的管长。将PEX管材用塑料扎带直接绑扎在钢丝网上。固定间距直管段500-700mm，弯曲管段200-300mm。
  
  
  
  在此处需要注意的是：地暖管线在铺设过程中不准有接头；在与内外墙、过门、柱等垂直构件交接处应留不间断的伸缩缝，穿过伸缩缝的热管路应加设柔性套管。
  
  
  
  分集水器的安装
  
  
  
  分集水器在供暖系统中起到按需要进行流量分配，保证各区域分支环路的流量满足供暖热负荷要求，同时便于实现对建筑物各区域按需供热的调节与控制。
  
  
  
  分集水器适宜安装固定在厨房或卫生间内，所在位置隐蔽，简化室内管路，便于维护调节，利于室内装修为原则。分集水器一般为水平安装，分水器安装在上部，集水器安装在下部，中心距离为200mm，集水器中心距地面不应小于300mm。
  
  
  
  地暖管线与分集水器的连接安装
  
  
  
  地暖管与分集水器连接时，将地暖管送到位，确保接头与分集水器的各个供回路阀门接点严密，卡环及铜件满扣。出地面的地暖管线与分集水器连接部分始末端应加设柔性保护套管。
  
  
  
  压力试验
  
  
  
  地暖管线安装完毕后，需要对管路及其连接的分集水器等进行水压试验，以检测地暖系统的密闭性能。试验压力0.6MPa，稳压1小时，其压力降值小于0.02Mpa，以无渗漏为合格。
  
  
  
  面层施工
  
  
  
  地暖管线安装完工验收后，进行混凝土回填层的工作。
  
  
  
  为保证地板采暖散热均匀和采暖效果最佳，一般填充层采用混凝土填充，混凝土用水泥、沙子和石子以1：2：4的比例混合。回填时，地暖系统内应保持0.4MPa的水压，填充层做完，接下来就要对设备间的设备进行安装了。
  
  
  
  设备间的设备安装
  
  
  
  设备间的安装主要包括：辅助用生物质锅炉的安装、储热水箱的安装、循环水泵的安装、管路的连接、控制器的安装等。
  
  
  
  辅助生物质锅炉的安装
  
  
  
  辅助用生物质锅炉安装时，首先根据设计图纸将生物质锅炉定位，锅炉本体定位完成后，进行烟囱的安装及固定。烟囱需通至室外，按设计的高度进行安装，在烟囱的顶部需要加装防雨帽。
  
  
  
  储水箱的安装
  
  
  
  储水箱根据设计图纸要求，可安装在辅助生物质锅炉的一侧。
  
  
  
  循环水泵及管路的安装
  
  
  
  将锅炉及水箱定位安装完成后，就要进行循环水泵及管线的安装工作了。由于该装置中水泵较小，多为小型家用管道泵，一般可直接在管路上进行安装。
  
  
  
  管路分为五个部分：太阳能循环管路；辅助能源循环管路；供暖系统循环管线部分；自来水及生活热水供应管路；排污管路的连接等。
  
  
  
  控制器安装
  
  
  
  控制器安装时可将控制箱固定在墙面上，将各温度传感器及水泵线连接到控制器就可以了，另外所有管线均加装PVC套管，沿墙面铺设或埋设均可。
  
  
  
  讲到这里，太阳能供热系统就全部安装好了，接下来我们再来看看大家非常关心的使用效果。
  
  
  
  四、使用及效果
  
  
  
  太阳能供热系统是一种典型的集中能源供应系统，它可以满足供暖期的采暖及全年的生活热水供应。
  
  
  
  安装完这一装置后，在非采暖季节，可向用户提供充足的生活热水。
  
  
  
  在采暖季节，在不采用辅助生物质锅炉的情况下，冬季最冷的1月份，可将建筑物全天室内平均温度提高至12度左右；在采暖的初期及末期，基本可以完全满足供暖需求。这样，通过生物质锅炉的少量补充，即可达到比较满意的供暖需求，节约了大量的供暖用能及制备成本。
  
  
  
  另外，在采暖过程中，应对房屋进行功能分区，通过分集水器控制循环流量，对于冬季不常用的房间停止供暖，这样可以保证有限的热量得到充分利用。
  
  
  
  五、日常注意事项及维护
  
  
  
  为了更有效的发挥太阳能供热技术的作用，在日常使用过程中，有一些注意事项还需要向您交待。
  
  
  
  当储水箱溢流管溢水时，需将自来水关闭，及时向设备厂商进行报修处理；
  
  
  
  应保证集热器的日常清洁，避免集热器玻璃上积尘及污垢过多，影响太阳能集热器吸收热效率；
  
  
  
  检查供暖循环水泵出口压力是否为正常工况，当水泵运行而压力表没有数值显示时，首先要检查压力表是否连通，再者需要在分集水器上进行放气处理；
  
  
  
  当水泵发生漏水现象时，一般为密封圈损坏，需要更换密封圈。
  
  
  
  太阳能供热技术作为建筑物供热的新型能源方式，使农村的能源供应得到了改善，通过对太阳能的利用，改变了农民的生活习惯以及传统的用能结构，提高了农村的整体卫生水平，减少了大气污染物的排放，降低了环境的污染，为国家的节能减排作出了贡献。作为一项新兴的供热方式，太阳能供热技术必将越来越完善，同时也会在我国的广大农村逐步推广开来。