儲熱式太陽能取暖技術分析研究

郭靈靈

摘要能源日益緊張的今天，建筑能耗約占社會能耗的三分之一，而建筑能耗的絕大部分消耗是冬季取暖消耗。太陽能作為一項清潔能源逐步推廣到建筑取暖，節省了大量能源，同時對環境保護有很大的幫助。但是，太陽能取暖受氣候影響很大，陰雨天氣無法保障取暖質量，大量非取暖季太陽能熱量被浪費，如何能把非取暖季熱量保存用于取暖季顯得尤為重要，本文通過研究濱州市地區太陽能分布、太陽能儲存技術、太陽能取暖措施三方面進行分析，為解決跨季度蓄熱式太陽能取暖技術推廣盡綿薄之力。

關鍵詞：濱州市? 太陽能? ?太陽能儲存? 太陽能取暖

隨著國家新舊能轉換戰略的提出，新能源開發研究日益深入。據統計，建筑能耗占我國總能好的三分之一左右，且有持續增長勢頭。而建筑能耗中，建筑取暖能耗占絕大部分。原始取暖方式排放量搞，嚴重污染環境，給人民的生活造成嚴重的影響。組織和推動北方采暖地區既有居住建筑綜合節能改造，成為從中央到地方各級政府的一項重要工作任務。

濱州市太陽能分布情況

濱州地區在國家太陽能資源分區評估中屬于第Ⅲ類地區，是太陽能資源中等類型地區，氣候為溫帶季風氣候，氣候溫和、雨量集中、四季分明，濱州年平均氣溫在12.7℃左右;平均日照時數在2632h左右，春季日照時間最長，夏季次之;春秋兩季日照率最高，濱州地區一般年平均日照率為57 ，雖然近幾年有所下降，但依然有良好的資源。

通過對濱州市太陽總輻射強度綜合分析可知，本地區單位輻射強度從0～1000W/m2進行分布： 分布頻率在300—750 W/m2區間占全年的40 %以上，其他區間時間過短，忽略不計。 總的來說，濱州市的太陽能資源較為充足，可利用空間較大，所以從太陽能資源分布層面分析，跨季節蓄熱太陽能采暖系統在濱州市推廣研究可行，市場較大。

儲熱太陽能采暖系統技術分析

儲熱太陽能采暖系統是在某區域采用先進的儲熱技術將非采暖季多余的熱量儲存，到采暖季再把儲存熱量用于取暖，同時提高太陽能取暖系統對太陽能的利用率，綜合利用全年的太陽能資源， 以非采暖季豐富的資源彌補采暖季資源匱乏，保障采暖質量，提高太陽能資源的利用率。

儲熱式太陽能供暖系統是由太陽能集熱系統、儲熱系統、供暖系統、熱力交換站等組成。 該采暖系統基本工作原理為： 在非采暖季，以冷水為媒介與太陽能進行交換，實現能量的儲存，一部分用于日常生活，一部分通貨專門的儲熱介質把能量儲存。 在采暖季，太陽能資源相對較少，晚上與陰雨天太陽能資源不能滿足供暖需求，此時通過熱力交換站把儲存的熱能傳遞給供暖系統，實現可靠供暖。

儲熱式太陽能取暖系統的關鍵點是如何將非采暖季富裕的能量儲存，儲熱裝置就成了該系統的核心裝置，儲熱裝置最重要的是儲熱材料的選擇。儲熱材料按儲熱方式主要可分為： 顯熱儲熱材料，潛熱儲熱（ 相變） 材料和化學反應熱儲熱材料。

顯熱儲熱材料有固態和液態兩種。 液態材料最常用的為水，熱容量大，易儲存，無污染; 固態材料最常用的為土壤及碎石等。 但儲存非取暖季太陽能量大時間長，需要大量的水或土壤碎石等，占地面積大，不科學。除此之外，熔融鹽、液態金屬和有機物等也可以作為顯熱儲熱材料。 由于熔融鹽具有儲熱量大，粘度低，易儲存等優勢，較為科學，可以用作儲熱式太陽能采暖系統儲熱介質。

此類材料雖然經濟性較高，簡單易得，但單純依靠此類介質儲熱，儲熱量不大，恒溫性差，占地面積大，經濟性不強，無法保障取暖系統的正常運行， 不適合儲熱式太陽能取暖系統。

另一種儲熱方式為潛熱儲熱。 潛熱儲熱的原理是：兩相處于平衡共存狀態，當一相變成另一相時，會吸收或釋放熱量，從而達到熱量儲存和釋放的目的.其中相變過程中，單位質量材料吸收或釋放的熱量稱為潛熱，潛熱主要包括汽化熱、升華熱以及溶解熱等幾類。 因此，潛熱儲熱又稱相變儲熱. 相變材料則是利用這一原理實現熱能的儲存和釋放的功能材料。相變材料具有較高的儲能密度，另外利用相變儲熱，其所用的裝置簡單、體積較小、使用方便.同時由于儲存和釋放熱量的溫度是由相變溫度所決定的，溫度范圍比較確定，在相變儲能過程中，材料近似恒溫。 因此相變儲熱是當前最為適合儲熱式太陽能取暖系統的儲熱方式。 化學反應熱儲熱材料對材料要求較高，且有一定的環境污染，故不考慮。

從儲熱技術方面看儲熱技術較為成熟，儲熱式太陽能取暖系統推廣可行。

儲熱式太陽能采暖系統與傳統取暖系統對環境的影響分析對比

傳統的采暖系統對環境有嚴重的污染，主要體現在 CO2、 SO2、 NO2等污染物質的排放，每逢采暖季北方霧霾天氣顯著增多，治理難度大，時間長。

儲熱式太陽能取暖系統采用清潔能源太陽能發熱，對環境影響較小，根據《中國可再生能源行業報告》數據：

1） 每平米太陽能集熱器可節約標準煤150～180kg;

2） 每平米太陽能集熱器可減排CO2300kg以上、SO2 2kg、NO2 2kg、粉塵3kg;

3） 每平米太陽能集熱器年環境效益約為75元。

所以，儲熱式太陽能取暖系統每年可節約標準煤約數十噸，減排CO2 上百噸。 以此為依據，儲熱式太陽能采暖系統即保護了環境，又節約了資源，產生不錯的經濟效益。 在環境保護方面是可行的。

從資源/技術/環境三個方面儲熱式太陽能取暖系統子在濱州具有較強的可行性，市場前景廣闊，值得應用推廣。

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