太阳能采暖系统
太阳能采暖系统是一种在我国较为广泛使用的新能源建筑技术。它充分利用了太阳能，将其转换为电能和热能供我们使用，太阳能的发展空间仍然很大。由于我们当前有限的技术 太阳能采暖系统，使应用不是很全面，利用率也不是很充分。我们必须主动研究，比如安装在我们学校的芬兰小木屋中的太阳能采暖系统，第一层是太阳能地热系统，第二层是人工取暖系统。比较这两个系统并得出结论，可为我们将来的改进和建设工作提供强大的数据依据。
（一)太阳能利用方式
1.光热利用：它收集太阳辐射能，并通过与物质的相互作用将其转换成热能。目前，最常用的太阳能收集器主要包括平板型集热器、真空管集热器和聚焦集热器等3种。
太阳能发电：未来将大规模利用太阳能来发电
主要有两种利用太阳能的方式：
①光-热-电转换，利用太阳辐射产生的热能发电，通常，太阳能集热器将吸收的热能转换成工作流体蒸汽，然后蒸汽驱动汽轮机带动发电机发电，前一个过程是光-热转换，后一过程为热-电转换
②光-电转换，基本原理是利用光伏效应直接转换太阳辐射能为电能，其基本设备是太阳能电池。
2.光化学利用：这是一种利用太阳辐射的光化学转化方法，可以直接分解水产生氢。
3.光生物利用：通过植物的光合作用将太阳能转化为生物质的过程。目前，主要有速生植物（如薪炭林）、油料作物和巨型海藻。
以下主要涉及太阳能的光热利用（太阳能采暖系统），使用太阳能采暖。
太阳能采暖系统由太阳能集热器（平板太阳能集热器，真空管太阳能集热器，U型管太阳能集热器，热管太阳能集热器），水箱，连接管道，控制系统和其他辅助材料组成。将分散的太阳能通过集热器，将太阳能转换为热水，热水储存在水箱中，然后将热水输送到发热末端，以提供建筑物的供热需求。例如，我们生活中的地板辐射采暖，散热器采暖等。
我们可以将太阳能收集器放置在相应面积的建筑物屋顶上或建筑物旁边。使用太阳能时，应满足一些必要条件以充分利用太阳能采暖，具有太阳能采暖系统的建筑物的主要朝向应该是南方。建筑物的形状和空间组合应防止建筑物本身、周围的设施和绿化树木遮挡集热器安装的地方，并应满足集热器每天不少于4H日照射数的要求。
建筑物的主要结构或结构构件，应能够承受太阳能热水系统的负荷。建筑物的外墙必须保温，建筑物的玻璃是节能玻璃。
如果满足上述条件，则更适合安装太阳能采暖系统。
（二)太阳能热水器的分类
1.根据集热类型分为
1）玻璃真空管太阳能热水器
可细分为全玻璃真空管型、热管真空管型和U型管真空管型。最常用的是全玻璃真空管型，具有安全、节能、环保、经济的优点。特别是，具有辅助电加热功能的太阳能热水器，以太阳能为主要能源，辅以电能，使太阳能热水器全年24小时正常运转，在周围环境温度低时效率仍然较高。缺点是体积比较大，玻璃管易碎，水垢容易在玻璃管中堆积，并且不能承压运行。但是，清华阳光研发的一种热管式真空集热玻璃管，采用导热介质作为导热媒来传递热能，充分解决了玻璃管的易碎性，管中容易集结水垢，管中结冰等诸多问题。而且集热效果比其他集热管高出近十个百分点。
2）平板型太阳能热水器
平板型太阳能热水器可分为管板式，翼管式，蛇管式，扁盒式、圆管式和热管式。其优点：整体性好，寿命长，故障少，安全隐患小，能承压运行，安全可靠，吸热体面积大，易于与建筑物相结合，耐无水空晒强等，热性能也非常稳定。
缺点是盖板内部没有真空，保温性能差，因此当环境温度低时集热性能差，在使用辅助加热时耗电相对较多。当环境温度低或要求出水温度高时，热效率低。如果遇到冻坏的情况，则需要更换整个集热板，适用于冬天没有结冰的南方地区使用。
3）陶瓷中空平板型太阳能热水器
陶瓷太阳能板是中空薄壁扁盒式太阳能集热体，以普通陶瓷为基体，立体网状钒钛黑瓷为表面层。陶瓷太阳能板整体由不透水、不渗水、强度高、刚性好、不腐蚀，不老化、不褪色、无毒、无害、无放射性，阳光吸收率不会衰减的瓷质材料制成，并具有长期较高的光热转换效率。
经国家太阳能热水器质量监督检验中心检测，陶瓷太阳能板的阳光吸收比为0.95，混凝土结构陶瓷太阳能屋顶的日得热为8.6MJ，远高于国家标准。陶瓷太阳能板制造和使用成本低，日光吸收率不衰减，并且具有与建筑物相同的使用寿命。它们可用于与原房顶共用结构层、保温层和防水层。结构简单，保温隔热效果优于原房顶。与建筑物结合的混凝土结构陶瓷太阳能屋顶，向阳墙和阳台护栏面可为建筑物提供热水、取暖和空调；为工农业和养殖业提供热能；它可用于沙漠大规模的太阳能热水发电、风能发电、海水淡化、微咸水淡化以及将沙漠变成农田。
2、按结构分类：
1）紧凑型太阳能热水器：将真空玻璃管直接插入水箱中，通过加热水的循环来提高水箱中的水温，这是市场上最常规的太阳能热水器。
2）分体式热水器：分体式热水器将集热器与水箱分开，可以大大增加太阳能热水器的容量，不使用落水式工作方式，从而扩大了使用范围。
3、根据水箱的受压分类：
1）承压式太阳能热水器：太阳能热水器的出水是有压力的。通常为顶水式工作，不一定要使用承压式水箱。
2）非承压式太阳能热水器：普通太阳能热水器均为非承压式热水器，它的水箱有一根与大气连通的管子。使用水时，它利用屋顶和房屋之间的高度差来产生压力。其安全性、成本和使用寿命远比承压式的好得多
（三）太阳能集热器的选型
太阳能集热器系统的选择主要考虑以下因素：a.太阳能集热器的类型； b.太阳能集热器系统的工作方式，自然循环或强制循环，闭式系统或开式系统； c.换热方式，直接系统或间接系统； d备用热源，电加热器，燃气锅炉，燃煤锅炉，生物质锅炉，热泵等; e.管材和水箱的材质。
（四）太阳能储能采暖简介
太阳能蓄能采暖分为当天蓄能采暖、周蓄能采暖和跨季节蓄能采暖
a.当天蓄能采暖
当天蓄能采暖是指使用太阳能集热器收集一天中的热能并将其存储在水箱中，以满足建筑物末端的供热需求。
b.周蓄能采暖
周蓄能采暖是指利用太阳集热器将一周的热能收集到水箱中，并将其存储起来以满足建筑物末端的供热需求。集热器的面积确定根据一周中的太阳辐射照量计算，水箱的容量略大于当天蓄能采暖系统的水箱，适用于不经常居住的度假别墅。
c.跨季蓄能采暖
跨季蓄能采暖是指使用太阳能集热器收集春、夏、秋三个季节的热能，并将其收集到水箱中进行存储，以满足建筑物末端的供暖需求。集热器的面积根据三个季节的太阳能辐射照量确定。水箱容量约为当天蓄能采暖系统水箱容量的10倍。适用于没有足够面积供太阳能集热器摆放的别墅。
（五）辅助能源的选择
辅助能源的介绍：燃油锅炉，燃气炉，生物质锅炉，燃煤锅炉，电加热太阳能采暖系统（水箱内置电加热或外部电加热器），热泵。
燃煤锅炉的启停时间较长，难以调节输出功率，较难实现自动控制或无人值守，并且存在环境污染问题；
燃油、燃气锅炉易于控制，易于调节，并且易于实现自动控制运行，但设备之间需要满足消防要求；
热泵使用费用低，易于控制，但设备的初始投资高，此外，空气源热泵在北方地区冬季使用的能效比很低；
电加热设备易于安装，且方便控制，是太阳能热水系统最常用的辅助热源，但运行费用较高，有时因为需要做电力增容而增大了投资成本。
所以在选择辅助热源时，要综合考虑各项因素。
（五）太阳能采暖系统的辅材选择
1.管路
太阳能采暖系统所用的管材和管件应符合现行产品要求，管道的工作压力和工作温度不得大于，产品标准标定的工作压力和工作温度。
太阳能集热系统的管道可以使用钢管、薄壁不锈钢、塑钢热水管、塑料和金属复合管等。镀锌钢管不能用于以乙二醇为主要成分的防冻液系统。
热水管应选择耐腐蚀，符合卫生要求的管道，一般可使用薄壁铜管、薄壁不锈钢管、塑料热水管、塑料与金属复合管
在设计过程中，应在系统管道的必要位置安装排气装置、排水装置、温度计、压力表、安全阀、膨胀水箱和其他辅助设备。闭式系统应配备膨胀罐或泄压阀。
2.管道保温
太阳能热水系统的集热系统，将管道、水箱和供水管连接在一起，都应保温。常用的保温材料包括岩棉、玻璃棉、聚氨酯发泡、橡塑泡棉等材料。
管道保温材料的选择具有以下要求：
1）保温材料产品的允许使用温度应高于太阳能系统工作介质的最高温度。
2）保温材料不应使用有机物，以免生虫、腐烂、生菌、引鼠。
3）应使用吸湿性低、存水性弱且对管壁无腐蚀的材料；室外管道保温层应加保护层以防水。
4）保温材料应为非燃和难燃材料。应当符合GB50016《建筑设计防火规范》的要求；电加热器的保温必须由非燃材料制成。
3.太阳能系统的效率与集热器的类型、以及工作介质的工作温度密切相关，太阳能采暖供热系统的散热组件应根据以下原则选择：
1）太阳能供热采暖系统应优先选择低温辐射供暖系统。
2）水-空气处理设备和散热器系统应使用工作温度为60-80℃的更高效率的太阳能集热器，例如高效平板太阳能集热器或热管真空管太阳能集热器。该系统适用于夏热冬冷或温和的地区。
3）热风采暖系统适用于低层建筑或某些需要局部供暖的场合。
4.低温辐射供暖系统设计要点
1）太阳能采暖系统更适合于低温辐射供热。供水温度不应超过60℃，供水和回水之间的温差应约为10℃。太阳能采暖系统的供水温度应为35-50℃；供热系统的工作压力不应超过0.8Mpa。
2）地面构造
地面构造由楼板或与土壤相邻的地面、绝热层、加热管、填充层、找平层和面层组成。与土壤相邻的地面必须设有绝缘热层，并且必须在绝缘热层下方设置防潮层。与室外空气直接相邻的楼板必须设绝缘层。对于卫生间、洗衣间、浴室和游泳馆等潮湿的房间，应在填充层的顶部设置隔离层。当工程允许根据双向散热设计地面时，在个别楼层间的楼板上部可不设绝缘层。
面层应使用热阻小于0.05㎡.℃/ W的材料制成。花岗岩、大理石、陶瓷等的热阻为0.02㎡.℃/ W，木地板的热阻为0.10㎡.℃/ W，毛毯的热阻为0.]15㎡. ℃/ W。
绝热层采用聚苯乙烯泡沫塑料板，容重不小于20kg / m，压缩强度不小于100kPa，导热率不大于0.41w（m.℃）。绝热层的厚度应满足以下要求：楼层之间楼板上的绝热层不小于20mm，且靠近土壤或室外空气相邻的地板上的绝热层不小于40mm。
不间断的伸缩缝应敷设在与垂直部件（例如内外墙，立柱和大门）的交接处，伸缩缝的宽度不应小于20mm。伸缩缝应使用聚苯乙烯或高发泡聚乙烯泡沫塑料；地面面积超过30平方米或当边长超过6m时，应设置伸缩缝，伸缩缝的宽度不应小于8mm。伸缩缝应使用高发泡聚乙烯泡沫塑料或内部满填的弹性膨胀膏。
填充层的材料应为C15豆石混凝土，豆石粒的直径不应大于12mm。填充层的厚度不应小于50mm。如果地面荷载大于20Kn /㎡，则应与结构设计人员共同采取加固措施。
文章来源：《太阳能采暖供热系统》
