太陽(yáng)能系統(tǒng)清潔爐具的設(shè)計(jì)與運(yùn)行分析

李強(qiáng) 高虹 白玉松 牛青團(tuán) 謝升一

摘 要：太陽(yáng)能系統(tǒng)的相關(guān)技術(shù)有著十分廣闊的發(fā)展前景，對(duì)我國(guó)目前太陽(yáng)能系統(tǒng)的有關(guān)技術(shù)發(fā)展與應(yīng)用狀況予以深入的總結(jié)，探索出和全球領(lǐng)先水平之間所存在的差距，將更加便于我國(guó)持續(xù)推動(dòng)太陽(yáng)能系統(tǒng)供熱技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，在較大程度上，縮短和發(fā)達(dá)國(guó)家之間客觀存在的差距。為了做到切實(shí)可行地緩解農(nóng)村地區(qū)的冬季供暖能耗問(wèn)題，行之有效地實(shí)現(xiàn)建筑物的節(jié)能效果，文章根據(jù)農(nóng)村地區(qū)的實(shí)際狀況，設(shè)計(jì)出了一套囊括了相變蓄熱池在內(nèi)的太陽(yáng)能系統(tǒng)清潔爐具。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，該太陽(yáng)能系統(tǒng)清潔爐具在實(shí)際的運(yùn)行過(guò)程當(dāng)中，可以做到有效利用太陽(yáng)能，就算是在十分惡劣的自然環(huán)境條件基礎(chǔ)上，也能夠與人們供暖需求保持一致。

關(guān)鍵詞：太陽(yáng)能;清潔爐具;設(shè)計(jì);運(yùn)行

Abstract：The related technologies of solar energy systems have very broad development prospects. An in-depth summary of the current technological development and application status of my countrys solar energy systems will make it easier for my country to continue to promote solar energy systems by exploring the gap with the worlds leading level. The development and application of heating technology has， to a large extent， shortened the objective gap with developed countries. In order to effectively alleviate the problem of heating energy consumption in winter and effectively realize the energy-saving effect of the building， the article designed a set of cleaning stoves with a solar energy system including a phase-change thermal storage tank. Considering the specific research process of the whole experiment， the indoor temperature can be kept above 20℃. Experimental results show that the solar system cleaning stove can effectively use solar energy， even in extremely harsh environmental conditions， it can also be consistent with people's heating needs.

Keywords：Solar energy; Cleaning stove; Design; Operation

1.引言

2020年，從我國(guó)建筑供暖能耗方面來(lái)看，已經(jīng)超出了4.0億噸標(biāo)煤/年這樣的數(shù)值。假如在今后的一定時(shí)間之內(nèi)，仍然采取傳統(tǒng)類型的能源供應(yīng)模式，那么從實(shí)際角度來(lái)看，將會(huì)再度增加我國(guó)能源供需二者之間所客觀存在的矛盾，人居環(huán)境受到較大的負(fù)面影響，使其可持續(xù)發(fā)展面臨極大的阻礙。結(jié)合我國(guó)北方眾多的農(nóng)村區(qū)域相對(duì)豐富的太陽(yáng)能資源來(lái)考慮，實(shí)施建筑清潔供暖技術(shù)，將會(huì)成功為我國(guó)節(jié)能減排外加低碳化模式的發(fā)展，拓展出前所未有的新型渠道。本文立足于對(duì)新時(shí)期廣大農(nóng)村地區(qū)的建筑能耗狀況，針對(duì)太陽(yáng)能系統(tǒng)清潔爐具的應(yīng)用狀況做了一系列的預(yù)測(cè)。現(xiàn)階段，國(guó)家需要加大力度組織攻克成本低廉、效率較高的太陽(yáng)能系統(tǒng)清潔爐具等有關(guān)技術(shù)的攻關(guān)，并且從農(nóng)村與小城鎮(zhèn)入手，開(kāi)展較大范圍的試點(diǎn)工程，及時(shí)總結(jié)其中存在的具體問(wèn)題，制定行之有效的補(bǔ)貼機(jī)制以及推廣體系，為接下來(lái)技術(shù)的普及和推廣打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

2.太陽(yáng)能系統(tǒng)清潔爐具的設(shè)計(jì)

2.1集熱方式

太陽(yáng)能系統(tǒng)清潔爐具當(dāng)中，集熱器屬于此類爐具的核心部件之一。不同的太陽(yáng)能系統(tǒng)集熱器工作溫度范圍以及應(yīng)用見(jiàn)圖1所示。從圖1當(dāng)中能夠看到，在當(dāng)前所運(yùn)用的太陽(yáng)能系統(tǒng)清潔爐具當(dāng)中，所設(shè)計(jì)出的集熱器則是先后經(jīng)過(guò)了一系列改進(jìn)之后，所開(kāi)發(fā)出的平板類型集熱器、真空管集熱器以及復(fù)合拋物面（CPC）集熱器等不同的三類。綜合多方面因素，考慮到集熱器保溫性能以及安全可靠性等諸多方面的因素，集熱器和供暖末端組合形式有著比較顯著的差異。在本太陽(yáng)能系統(tǒng)清潔爐具當(dāng)中，設(shè)計(jì)出槽式太陽(yáng)能集熱器，使其能夠順利完成整個(gè)冬季的供暖工作，并且進(jìn)行了具體運(yùn)行方面的研究工作。

現(xiàn)階段，針對(duì)太陽(yáng)能系統(tǒng)清潔爐具的集熱器研究工作，主要集中在以下幾方面：首先是集熱器和建筑一體化方面的設(shè)計(jì)，進(jìn)而有效實(shí)現(xiàn)建筑供暖的過(guò)程當(dāng)中，確保建筑彰顯美觀的特點(diǎn)。其次是集熱器的優(yōu)化，進(jìn)而從根本上提高效率與集熱溫度。再則是太陽(yáng)能系統(tǒng)集熱器面積優(yōu)化工作。

2.2輔助熱源

由于太陽(yáng)輻射兼具著間歇性以及不穩(wěn)定性等兩方面的特點(diǎn)，從一定時(shí)期來(lái)看，供暖需求往往帶有著連續(xù)性和穩(wěn)定性等兩個(gè)不同方面的典型特征。為了有效確保太陽(yáng)能系統(tǒng)清潔爐具有著相對(duì)來(lái)講充足的穩(wěn)定性和可靠性，和供暖舒適性要求二者保持相符的狀況，務(wù)必設(shè)計(jì)出相互配套的輔助熱源。現(xiàn)階段，太陽(yáng)能系統(tǒng)清潔爐具的輔助熱源形式往往涵蓋以下不同的類型：即電加熱器、燃油鍋爐、城市熱網(wǎng)、工業(yè)余熱以及熱泵等等。近些年來(lái)，太陽(yáng)能系統(tǒng)清潔爐具輔助熱源廣泛應(yīng)用的是地源熱泵，從而相關(guān)學(xué)者針對(duì)太陽(yáng)能系統(tǒng)清潔爐具的有關(guān)地源熱泵聯(lián)合供暖系統(tǒng)研究成果的數(shù)量頗多。輔助熱源在太陽(yáng)能系統(tǒng)清潔爐具的整個(gè)設(shè)置過(guò)程當(dāng)中，需要關(guān)注于所在地區(qū)的太陽(yáng)能資源狀況、常規(guī)能源供應(yīng)條件外加相應(yīng)的供暖負(fù)荷等等。在經(jīng)濟(jì)性、系統(tǒng)性能以及節(jié)能性等各項(xiàng)分析工作的前提之下，努力完成輔助熱源的各項(xiàng)優(yōu)先選擇與設(shè)計(jì)工作是極為重要的。