太陽能熱水采暖地區(qū)適宜性研究
發(fā)布時間：2023-09-12 點擊量：295
【摘要】根據(jù)新疆地區(qū)不同的太陽能資源區(qū)劃，建立新疆太陽能熱水采暖系統(tǒng)地區(qū)適宜性分區(qū)，提出新疆發(fā)展太陽能熱水采暖系統(tǒng)的適宜類型，結合工程實例進行太陽能熱水采暖系統(tǒng)節(jié)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(fā)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(qū)有試點，大部分地區(qū)還未推廣。
本文根據(jù)新疆不同的太陽能資源區(qū)劃，建立新疆地區(qū)太陽能熱水采暖系統(tǒng)地區(qū)適宜性分區(qū)，提出新疆發(fā)展太陽能熱水采暖系統(tǒng)的適宜類型，為今后大規(guī)模發(fā)展太陽能熱水采暖系統(tǒng)提供理論依據(jù)。
1新疆地區(qū)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(shù)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(qū)高10%～15%，僅次于青藏高原，居全國第二位。太陽輻射峰值出現(xiàn)在東疆和南疆東部一帶，最低值出現(xiàn)在博州、阿爾泰和天山北麓部分地區(qū)，年總輻射照度的區(qū)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(qū)劃及指標見表1。
(1)東疆地區(qū)：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(qū)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(qū)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(qū)：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(tǒng)地區(qū)適宜性分區(qū)
根據(jù)新疆太陽能資源區(qū)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(tǒng)地區(qū)適宜性分區(qū)。
(1)最適發(fā)展區(qū)。該區(qū)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(qū)為哈密、吐魯番等周邊地區(qū)。該地區(qū)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(qū)為太陽能熱水采暖系統(tǒng)的最適發(fā)展區(qū)。
(2)鼓勵發(fā)展區(qū)。該地區(qū)太陽能年總輻射量大，降水稀少，氣候干燥，典型地區(qū)為喀什、和田周邊的沙漠綠洲。因為該區(qū)處于沙漠邊緣，沙塵天氣阻礙了太陽輻射，因此在該地區(qū)鼓勵發(fā)展太陽能熱水采暖系統(tǒng)。
(3)適宜區(qū)。該地區(qū)太陽能年總輻射量適中，典型地區(qū)為石河子、烏魯木齊、奎屯等地。該區(qū)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(qū)發(fā)展太陽能熱水采暖節(jié)能效果明顯。
(4)不適發(fā)展區(qū)。該地區(qū)太陽能年總輻射量較小，降水多，氣候濕潤，典型地區(qū)為博樂谷地、塔城盆地等地區(qū)。該區(qū)云量和風沙較多，太陽總輻射為5.2×10^5J/(cm^2·a)，在該地區(qū)發(fā)展太陽能熱水采暖系統(tǒng)節(jié)能效果不明顯，該地區(qū)不建議發(fā)展太陽能熱水采暖系統(tǒng)。
3太陽能熱水采暖系統(tǒng)的適宜類型
依據(jù)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(tǒng)地區(qū)適宜性分區(qū)，新疆太陽能熱水采暖系統(tǒng)適宜類型見表2。
4輔助能源及末端系統(tǒng)的適宜類型
目前制約新疆發(fā)展太陽能熱水采暖系統(tǒng)的主要因素有系統(tǒng)防凍問題、輔助能源的選用和末端系統(tǒng)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(jīng)濟成本。
(1)太陽能熱水采暖系統(tǒng)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(fā)展太陽能熱水采暖系統(tǒng)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(jīng)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(guī)模太陽能熱水采暖系統(tǒng)。
(2)太陽能熱水采暖系統(tǒng)的末端系統(tǒng)。常用的末端采暖系統(tǒng)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(fā)展太陽能熱水采暖系統(tǒng)的末端適宜類型。
5新疆太陽能熱水采暖系統(tǒng)工程應用
(1)工程應用概況。哈密歐景苑小區(qū)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(tǒng)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(tǒng)主要為居民提供生活熱水。末端系統(tǒng)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(tǒng)地區(qū)適宜性分區(qū)的最適發(fā)展區(qū)，經(jīng)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(jié)能效果明顯，驗證了本文地區(qū)適宜性分區(qū)的正確性。
(2)太陽能熱水采暖節(jié)能費用評估。按照哈密地區(qū)(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(tǒng)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(tǒng)工程，具有可觀的經(jīng)濟效益，可以節(jié)省大量可再生能源，新疆地區(qū)適用。
來源：中國能源網(wǎng)
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
