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    太陽能熱水采暖地區適宜性研究

    發布時間:2021-04-02 點擊量:592
      【摘要】根據新疆地區不同的太陽能資源區劃,建立新疆太陽能熱水采暖系統地區適宜性分區,提出新疆發展太陽能熱水采暖系統的適宜類型,結合工程實例進行太陽能熱水采暖系統節能費用評估。
      新疆位于亞歐大陸腹地,年降水量稀少,日照時間長,光熱資源豐富,發展太陽能熱水采暖潛力巨大,但目前尚處于起步階段,僅在局部地區有試點,大部分地區還未推廣。
      本文根據新疆不同的太陽能資源區劃,建立新疆地區太陽能熱水采暖系統地區適宜性分區,提出新疆發展太陽能熱水采暖系統的適宜類型,為今后大規模發展太陽能熱水采暖系統提供理論依據。
      1新疆地區太陽能資源分布
      新疆遠離海洋,氣候干燥,降水量少,晴天多,太陽能資源豐富。全年日照時數為2550~3500h,日照百分率為60%~80%。新疆水平表面太陽輻照度年總量為(5~6.5)×10^5J/(cm^2·a),年平均值為5.8×10^5J/(cm^2·a),年總輻射量比同緯度地區高10%~15%,僅次于青藏高原,居全國第二位。太陽輻射峰值出現在東疆和南疆東部一帶,最低值出現在博州、阿爾泰和天山北麓部分地區,年總輻射照度的區域分布大致是由東南向西北不均勻遞減[1]。新疆太陽能資源區劃及指標見表1。
      (1)東疆地區:太陽年總輻照度是全疆最大的地方,接近6.6×10^5J/(cm^2·a),由于自西向東移動的氣流到達哈密地區后,受祁連山所阻分為兩股,一股進河西走廊,另一股倒灌塔里木盆地。因此,東疆地區低層氣流減弱,高層氣流下沉,空氣中水分少,晴天多,總輻射量增大。
      里木盆地西南角,由于進入塔里木盆地的氣流受地勢阻塞,迫使氣流上升運動,而地面覆蓋少,氣候干燥,植被減少,上升的氣流把地面大量沙塵卷揚在空中,使這一帶塵土風沙多,太陽輻射弱,散射分量增大。
      (3)北疆地區:云雨量比南疆多,緯度偏高,太陽能年總輻射在(5.4~6)×10^5J/(cm^2·a),其中博樂谷地、塔城盆地一帶,總輻射較弱,在5.4×10^5J/(cm^2·a)左右。準噶爾盆地以西的精河、克拉瑪依受地形影響,云量和風沙較多,太陽總輻射均在5.2×10^5J/(cm^2·a)[1]。
      2新疆太陽能熱水采暖系統地區適宜性分區
      根據新疆太陽能資源區劃情況,參考新疆的地理氣候條件,制定了新疆太陽能熱水采暖系統地區適宜性分區。
      (1)最適發展區。該區太陽能光照資源豐富,日照時間長,太陽能年總輻射在6.2×10^9J/(m^2·a)以上,位于資源豐富帶,典型地區為哈密、吐魯番等周邊地區。該地區地形中間高南北低,地勢差異大,降水量不多,這些都決定著該區為太陽能熱水采暖系統的最適發展區。
      (2)鼓勵發展區。該地區太陽能年總輻射量大,降水稀少,氣候干燥,典型地區為喀什、和田周邊的沙漠綠洲。因為該區處于沙漠邊緣,沙塵天氣阻礙了太陽輻射,因此在該地區鼓勵發展太陽能熱水采暖系統。
      (3)適宜區。該地區太陽能年總輻射量適中,典型地區為石河子、烏魯木齊、奎屯等地。該區太陽能年總輻射量在(5.4~5.8)×10^9J/(m^2·a)之間,大氣透明度高,冬季長而嚴寒,夏季短而炎熱,在該地區發展太陽能熱水采暖節能效果明顯。
      (4)不適發展區。該地區太陽能年總輻射量較小,降水多,氣候濕潤,典型地區為博樂谷地、塔城盆地等地區。該區云量和風沙較多,太陽總輻射為5.2×10^5J/(cm^2·a),在該地區發展太陽能熱水采暖系統節能效果不明顯,該地區不建議發展太陽能熱水采暖系統。
      3太陽能熱水采暖系統的適宜類型
      依據新疆太陽能總輻射量和日照時長,結合新疆太陽能熱水采暖系統地區適宜性分區,新疆太陽能熱水采暖系統適宜類型見表2。
      4輔助能源及末端系統的適宜類型
      目前制約新疆發展太陽能熱水采暖系統的主要因素有系統防凍問題、輔助能源的選用和末端系統以及初期投資成本高等問題。防凍問題可以通過附加保溫材料等措施解決,其中輔助能源的選擇和末端設備又決定著工程運行狀況和經濟成本。
      (1)太陽能熱水采暖系統的輔助能源。常用的輔助能源有戶用燃煤鍋爐、燃油鍋爐、戶用燃氣壁掛爐、生物質鍋爐、電加熱、熱泵等。結合新疆地域特點和氣候特點,筆者認為燃氣爐、燃煤鍋爐、電加熱和地源熱泵是新疆發展太陽能熱水采暖系統的輔助能源適宜類型。新疆煤炭、天然氣資源豐富,采用燃氣爐、燃煤鍋爐作為輔助能源,經濟合理,適合小戶住宅。地源熱泵作為冬季輔助熱源多用于大規模太陽能熱水采暖系統。
      (2)太陽能熱水采暖系統的末端系統。常用的末端采暖系統有:低溫熱水地板輻射采暖、水-空氣處理設備采暖、散熱器采暖、熱風采暖。低溫熱水地板輻射采暖、散熱器采暖是新疆發展太陽能熱水采暖系統的末端適宜類型。
      5新疆太陽能熱水采暖系統工程應用
      (1)工程應用概況。哈密歐景苑小區住宅太陽能熱水采暖工程由4棟6層磚混結構樓房組成,工程在采暖期主要利用太陽能熱水采暖系統完成冬季采暖,結余熱水提供居民生活熱水;在非采暖期,該系統主要為居民提供生活熱水。末端系統采用地板輻射采暖,輔助能源采用電加熱[8]。
      該工程于2005年完工,歐景苑住宅工程位于新疆太陽能熱水采暖系統地區適宜性分區的最適發展區,經過幾個采暖期的運行,太陽能熱水采暖工程運行狀況良好,節能效果明顯,驗證了本文地區適宜性分區的正確性。
      (2)太陽能熱水采暖節能費用評估。按照哈密地區(2005年)收費標準,供暖期(10月15日~4月15日)180d的為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的為16.5元/m^2,折合每天0.122元/m^2。采用新技術后,按16.5元/m2的收費標準供暖期達180d,每天采暖單價就減少0.0158元/m^2,降幅為14.9%。該系統太陽能提供了5.6×10^5kWh的熱量,余量6.5×10^5kWh,由低谷電補償[7]。
      可見通過太陽能熱水采暖系統工程,具有可觀的經濟效益,可以節省大量可再生能源,新疆地區適用。
      來源:中國能源網
      作者:石河子大學生命科學學院   張慶  魯勇  楊彬
      石河子大學水利建筑工程學院  姜曙光  陳立福

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