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寒旱地区电辅热太阳能集热系统在养殖厂的应用技术

时间:2016-07-04来源: 作者: 点击: 186次

摘要:在养殖场推广利用太阳能,太阳鞥集热、供暖、供热一体化,对于优化我国能源结构意义深远。介绍了太阳能采暖在国内的发展现状与趋势,阐述了养殖场太阳能集热、采暖、供热系统设计方案,并利用电能作为辅助热源,在恶劣条件下满足供暖需求。

关键词:太阳能;集热;供暖系统;供热系统;电辅热

 

1.引言;

太阳能作为一种免费、清洁的能源,在住宅建筑中的利用可谓是意义深远。面对21世纪的“能源危机”,世界各国都把开发利用作为可持续发展战略的重要内容。电辅热太阳能集热供暖供热系统有太阳能集热系统,换热供暖系统,换热供热系统和电辅热系统四个子系统组合而成,以电作为辅热的太阳能集热采暖供热系统在农村养殖厂的推广应用,不但解决了西北寒旱地区冬天养殖大棚的供暖问题,而且解决了养殖大棚及配套住宅小区的热水供应和供暖问题。促进农村经济发展具有深远意义。

2.电辅热太阳能集热系统在中国发展现状及趋势

在中国建筑的能源消耗中,采暖所占能耗占了很大一部分比例。目前我国单位面积的集热供暖的能源消耗约比欧洲高两倍。太阳能集热供暖在欧洲的发达国家已经被大规模推广,太阳能集热已经成为太阳能热利用新的发展方向,而我国太阳能即热供暖的研究开发还走在起步阶段。目前虽然已经建成一些太阳能集热供暖系统的示范工程,但是与太阳能组合集热供热、供暖的组合系统的推广应用尚有一定距离。

3.电辅热太阳能集热的特点及技术关键

3.1集热、供热、供暖工作介质差异

电辅热太阳能集热系统不同于太阳能热水系统,一是换热供热系统和换热供暖系统作为太阳能集热系统的两个功能性系统,作用不同,工作介质虽然都是水,但是对水质的要求不同,供热系统对水质要求不严,只是作为民用水,只需自来水就可以满足要求,但是供暖系统,在墙里和地上铺设管道进行供暖,这时需对水进行净化,并加药进行精处理,水质要求较高。集热系统的工作介质可以为成本较低的水,也可以是成本较高的导热油,但是作为养殖场为节约成本,选水为工作介质,集热系统的水需要防止长期使用集热管中水垢的产生,需对水也进行净化等处理。 

3,2集热、供暖、供热的热负荷随温差很大,

在西北寒旱地区,气候条件较恶劣,以酒泉为例,酒泉市属半沙漠干旱性气候,其特点为气候干旱降水少,蒸发强烈日照长,冬冷夏热温差大,秋凉春旱多风沙。养殖场需供暖时间集中在十一月中旬到清明前后,尤其在冬至前后一个月,夜晚温度基本在零下,处于待产期牲畜和幼崽尤为需要供暖。但是每逢这个时间段,酒泉也属于光照最短的时间段,且气温较低。这时供暖消耗的相应增加。此段时间养殖场用户的热水需求也相对于夏季较多。由于以上原因,太阳能集热系统、太阳能供暖系统和太阳能供热系统在设计时必须考虑以下几个方面:辅助能源;‚太阳能保证率;ƒ系统的防冻问题;④系统的过热问题;⑤换热水箱的设计。在系统设计中,特别需要注意系统的过热问题及换热水箱的设计。

3.3集热器面积较大,在非供暖季节易过热

在设计中太阳能集热系统采用的是平板型太阳能集热器,集热器面积较大,在无需供暖的季节会出现太阳能的热量大于供应热水所需的热量,供过于求而引起过热问题。若设计不当,则会引起系统温度高于系统部件允许工作温度,导致部分系统部件的寿命缩短和连接件泄漏,甚至引发安全问题。解决系统过热的办法一是设计散热系统、二是加遮热板,削弱太阳能辐射换热,三是排空部分集热器,使其退出循环。

3.4集热、供热、供暖系统工作温度要求不同

太阳能集热系统、供暖系统、供热系统对工作温度要求不同。太阳能供热系统所需量来自于与太阳能集热系统两桶的换热器的换热,供应热水的温度在50℃左右。供暖系统的热量也来自于太阳能集系统换热水箱换热,采暖适合采用低温地板辐射采暖系统,供水温度约在40-50℃,而太阳能集热器作为核心热源,工作介质温度要求达到80℃以上。

4.电辅热太阳能集热供暖供热系统设计方案

4.1太阳能集热系统

本设计中太阳能集热系统采用的集热器为平板型太阳能集热器,并结合电辅热以满足养殖厂供暖和供热需求,

4.1.1平板型太阳能集热器

  平板型集热器的主要热损失是吸热板和外部透明盖板之间空气的对流换热损失, 在冬季 ,环境温度较低, 平板集热器的热损失更大,还有可能发生集热管的破裂、冻结等问题 。所以在西北寒旱地区 ,平板型集热器必须做好相关措施以保证安全、经济、可靠性运行。

平板型太阳能集热器和其他太阳能集热器相比具有如下优点:①适合与建筑相结合;②适合承压系统;③单`位集热面积大,得热量高,全年同等单位面积产水量要高于其他类型太阳能集热器;④后期维修维护费用少.

受技术成熟度、价格等因素的影响 ,在国内市场的占有率在20%左右, 平板性集热器在国外市场的占有率已达85%左右 。随着太阳能与建筑一体化的实施, 由于平板集热器兼具屋面和集热双重功能 ,解决了普通真空管热水器由于必须放置在屋顶而带来的屋顶面积达不到配比量的问题, 为平板集热器的推广应用提供了有利的条件 .


4.1.2水箱设计

水箱作为太阳能集热供暖系统的重要储水装置,上面必须装设有温度变送器,对温度进行实时的检测及传输,做好超温保护和低温加热防冻措施。水位计检测水位,以便做好及时补水河水位过高时排水措施。水箱作为承压部件,必须使用压力计检测储水罐压力在允许范围内,水箱设计为双层水箱,以减少散热量。

4.2换热供暖系统

供暖热水通过热交换器与太阳能集热水箱中的介质进行热量交换,同时在室内利用铺设的地暖对室内散热。在此过程中管道与外界之间的散热损失比较大,在技术方面必须做好保温措施,改善换热情况,尽可能提高换热热流密度。

4.3换热供热系统

自来水通过热交换器与太阳能即热水箱中的水进行热量交换,待升温后作为民用热水买足养殖场和用户的热水需求。

4.4电辅热系统

本设计采用的辅助热源为电。电辅热控制简单方便,且实现热源的自动切换,成本也不高,如果结合目前正在向定西市安定区部分农村推广的民用太阳能建筑一体化发电,选择辅热方式作为养殖场辅热方式是一个极不错的。

5.结语

本文结合西北地区地区发展现状及发展动态,提出了面向西北寒旱地区养殖场推广的太阳能集热供热系统的设计。系统的结构简单,经济性好,可能成为太阳能热利用的一个新的发展方向。

参考文献:

1】朱亚杰,孙兴文.能源世界之窗【M】,北京;清华大学出版社,2001

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