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太阳能热水采暖地区适宜性研究

发布时间:2021-04-02 点击量:8
  【摘要】根据新疆地区不同的太阳能资源区划,建立新疆太阳能热水采暖系统地区适宜性分区,提出新疆发展太阳能热水采暖系统的适宜类型,结合工程实例进行太阳能热水采暖系统节能费用评估。
  新疆位于亚欧大陆腹地,年降水量稀少,日照时间长,光热资源丰富,发展太阳能热水采暖潜力巨大,但目前尚处于起步阶段,仅在局部地区有试点,大部分地区还未推广。
  本文根据新疆不同的太阳能资源区划,建立新疆地区太阳能热水采暖系统地区适宜性分区,提出新疆发展太阳能热水采暖系统的适宜类型,为今后大规模发展太阳能热水采暖系统提供理论依据。
  1新疆地区太阳能资源分布
  新疆远离海洋,气候干燥,降水量少,晴天多,太阳能资源丰富。全年日照时数为2550~3500h,日照百分率为60%~80%。新疆水平表面太阳辐照度年总量为(5~6.5)×10^5J/(cm^2·a),年平均值为5.8×10^5J/(cm^2·a),年总辐射量比同纬度地区高10%~15%,仅次于青藏高原,居全国第二位。太阳辐射峰值出现在东疆和南疆东部一带,最低值出现在博州、阿尔泰和天山北麓部分地区,年总辐射照度的区域分布大致是由东南向西北不均匀递减[1]。新疆太阳能资源区划及指标见表1。
  (1)东疆地区:太阳年总辐照度是全疆最大的地方,接近6.6×10^5J/(cm^2·a),由于自西向东移动的气流到达哈密地区后,受祁连山所阻分为两股,一股进河西走廊,另一股倒灌塔里木盆地。因此,东疆地区低层气流减弱,高层气流下沉,空气中水分少,晴天多,总辐射量增大。
  里木盆地西南角,由于进入塔里木盆地的气流受地势阻塞,迫使气流上升运动,而地面覆盖少,气候干燥,植被减少,上升的气流把地面大量沙尘卷扬在空中,使这一带尘土风沙多,太阳辐射弱,散射分量增大。
  (3)北疆地区:云雨量比南疆多,纬度偏高,太阳能年总辐射在(5.4~6)×10^5J/(cm^2·a),其中博乐谷地、塔城盆地一带,总辐射较弱,在5.4×10^5J/(cm^2·a)左右。准噶尔盆地以西的精河、克拉玛依受地形影响,云量和风沙较多,太阳总辐射均在5.2×10^5J/(cm^2·a)[1]。
  2新疆太阳能热水采暖系统地区适宜性分区
  根据新疆太阳能资源区划情况,参考新疆的地理气候条件,制定了新疆太阳能热水采暖系统地区适宜性分区。
  (1)最适发展区。该区太阳能光照资源丰富,日照时间长,太阳能年总辐射在6.2×10^9J/(m^2·a)以上,位于资源丰富带,典型地区为哈密、吐鲁番等周边地区。该地区地形中间高南北低,地势差异大,降水量不多,这些都决定着该区为太阳能热水采暖系统的最适发展区。
  (2)鼓励发展区。该地区太阳能年总辐射量大,降水稀少,气候干燥,典型地区为喀什、和田周边的沙漠绿洲。因为该区处于沙漠边缘,沙尘天气阻碍了太阳辐射,因此在该地区鼓励发展太阳能热水采暖系统。
  (3)适宜区。该地区太阳能年总辐射量适中,典型地区为石河子、乌鲁木齐、奎屯等地。该区太阳能年总辐射量在(5.4~5.8)×10^9J/(m^2·a)之间,大气透明度高,冬季长而严寒,夏季短而炎热,在该地区发展太阳能热水采暖节能效果明显。
  (4)不适发展区。该地区太阳能年总辐射量较小,降水多,气候湿润,典型地区为博乐谷地、塔城盆地等地区。该区云量和风沙较多,太阳总辐射为5.2×10^5J/(cm^2·a),在该地区发展太阳能热水采暖系统节能效果不明显,该地区不建议发展太阳能热水采暖系统。
  3太阳能热水采暖系统的适宜类型
  依据新疆太阳能总辐射量和日照时长,结合新疆太阳能热水采暖系统地区适宜性分区,新疆太阳能热水采暖系统适宜类型见表2。
  4辅助能源及末端系统的适宜类型
  目前制约新疆发展太阳能热水采暖系统的主要因素有系统防冻问题、辅助能源的选用和末端系统以及初期投资成本高等问题。防冻问题可以通过附加保温材料等措施解决,其中辅助能源的选择和末端设备又决定着工程运行状况和经济成本。
  (1)太阳能热水采暖系统的辅助能源。常用的辅助能源有户用燃煤锅炉、燃油锅炉、户用燃气壁挂炉、生物质锅炉、电加热、热泵等。结合新疆地域特点和气候特点,笔者认为燃气炉、燃煤锅炉、电加热和地源热泵是新疆发展太阳能热水采暖系统的辅助能源适宜类型。新疆煤炭、天然气资源丰富,采用燃气炉、燃煤锅炉作为辅助能源,经济合理,适合小户住宅。地源热泵作为冬季辅助热源多用于大规模太阳能热水采暖系统。
  (2)太阳能热水采暖系统的末端系统。常用的末端采暖系统有:低温热水地板辐射采暖、水-空气处理设备采暖、散热器采暖、热风采暖。低温热水地板辐射采暖、散热器采暖是新疆发展太阳能热水采暖系统的末端适宜类型。
  5新疆太阳能热水采暖系统工程应用
  (1)工程应用概况。哈密欧景苑小区住宅太阳能热水采暖工程由4栋6层砖混结构楼房组成,工程在采暖期主要利用太阳能热水采暖系统完成冬季采暖,结余热水提供居民生活热水;在非采暖期,该系统主要为居民提供生活热水。末端系统采用地板辐射采暖,辅助能源采用电加热[8]。
  该工程于2005年完工,欧景苑住宅工程位于新疆太阳能热水采暖系统地区适宜性分区的最适发展区,经过几个采暖期的运行,太阳能热水采暖工程运行状况良好,节能效果明显,验证了本文地区适宜性分区的正确性。
  (2)太阳能热水采暖节能费用评估。按照哈密地区(2005年)收费标准,供暖期(10月15日~4月15日)180d的为19.12元/m^2,折合每天0.1062元/m^2;供暖期(1月11日~3月15日)135d的为16.5元/m^2,折合每天0.122元/m^2。采用新技术后,按16.5元/m2的收费标准供暖期达180d,每天采暖单价就减少0.0158元/m^2,降幅为14.9%。该系统太阳能提供了5.6×10^5kWh的热量,余量6.5×10^5kWh,由低谷电补偿[7]。
  可见通过太阳能热水采暖系统工程,具有可观的经济效益,可以节省大量可再生能源,新疆地区适用。
  来源:中国能源网
  作者:石河子大学生命科学学院   张庆  鲁勇  杨彬
  石河子大学水利建筑工程学院  姜曙光  陈立福

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