導語：太陽能室內供暖設備設計與應用一文來源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

摘要：目前，我國鄉(xiāng)村地區(qū)多利用煤炭供暖，這會產生大量污染氣體，給環(huán)境造成負擔；另外，由于南方部分地區(qū)的地區(qū)特性和建筑特點，房屋中沒有布置集中供暖的設備，因而，進入冬季后室內會非常濕冷。本設計主要由生活殘余物易拉罐制成，通過太陽光對易拉罐與空氣管道之間的導熱油加熱，進而加熱空氣通道中的空氣，在日間和夜間對室內采用不同方式供暖，以達到充分運用清潔能源太陽能的目的。

關鍵詞：易拉罐；太陽能；農村冬季供暖；節(jié)能減排

農村傳統(tǒng)供暖需要消耗大量的化石能源，花費大量的費用。并且化石能源的使用還會對環(huán)境造成污染，對人類身體造成傷害。我們迫切需要改變傳統(tǒng)的能源消費模式和結構來解決當前難題。而新能源的開發(fā)和利用是當今世界的發(fā)展趨勢,我們有著隨處可見的太陽能資源，它不僅高效、潔凈，而且取之不盡、用之不竭。因此，我們就從太陽可散發(fā)出巨大熱能出發(fā)，采用生活廢棄物質制造的設備，利用太陽能對房屋進行供暖；這樣起到節(jié)約能源、節(jié)省生產投資作用的同時，也解決了空氣污染和廢料堆積造成的環(huán)境問題。

1我國供暖現(xiàn)狀存在的主要問題

1.1嚴重依賴煤炭資源，新能源利用不足。據(jù)統(tǒng)計，截至2016年，我國北方地區(qū)城鄉(xiāng)建筑取暖總面積約為206億平方米，其中農村面積約65億平方米，燃煤取暖面積占總面積的83%，天然氣、電、地熱能、太陽能等僅約17%。我國大約有9萬多鄉(xiāng)鎮(zhèn)，每年約有1.4億噸的煤炭、秸稈被燃燒，在燃燒過程中會釋放大量煙塵及pm10、pm2.5等有害物質，嚴重危害人體健康。新型能源和清潔能源利用少的原因在于技術和經(jīng)濟方面，新能源的利用技術還不成熟，清潔能源的使用成本普遍較高。拿我國目前首推的天然氣來說，盡管很多鄉(xiāng)村地區(qū)鋪設了天然氣管道，但是天然氣的供應量和使用成本是一個很大的問題。應用新能源供暖設備,合理開發(fā)利用新能源,以此來解決環(huán)境污染問題和農民的經(jīng)濟問題,實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，勢在必行。1.2南方冬季供暖問題。我國長江中下游地區(qū)由于地區(qū)特性和建筑特點，房屋在建設時沒有布置集中供暖的設備，并且南方的房屋多采用兩層磚的結構，不利于保溫，即便采用集中供暖也會帶來更大的能耗。網(wǎng)上也存在很多說法，比如若在南方實現(xiàn)集中供暖，工程量不亞于西氣東輸、南水北調等大型工程，成本極高。但是像杭州、長沙、合肥等地的冬季月平均氣溫在8℃以下再加上南方空氣濕度比北方大得多，同樣的溫度下，濕度每提高10％體感溫度就會下降1℃，越濕越冷，越冷越濕，這就使南方的冬天比北方更難忍受。受季風氣候影響的長江中下游地區(qū)，每年日照時間1000到1400小時，并且冬季降水較少，日照量充足，利用太陽能供暖更為實際。

2太陽能供熱設備設計說明

本產品采用人們生活殘余物易拉罐制成密封的空氣加熱管道，因為易拉罐由金屬鋁制造，具有強有力的吸熱作用，再將其表面覆蓋深色的非選擇性吸收涂層，這就更加增強了易拉罐的吸熱傳熱效果，為管道中的空氣充分加熱。通過管道將房間與加熱設備連通，利用內外空氣溫度差及引風設備，實現(xiàn)室內外空氣對流交換。另外，在加熱管道中布置油管，地下布置儲油箱，日間通過熱空氣加熱導熱油，將熱量儲存；夜間通過油泵將熱油泵入室內供暖設備，實現(xiàn)供暖目的。2.1供暖設備設計及布置。本供暖設備系統(tǒng)，由日間熱風供暖系統(tǒng)、夜間熱油供暖系統(tǒng)及其他輔助設備組成。實際應用以7×5×3m的農村普通房屋為例，屋頂設置太陽能吸熱箱尺寸約為6×4×0.4m。整體吸熱箱分為三組，每組平面尺寸2×4m。四周及底部采用巖棉、聚苯乙烯樹脂保溫板，頂部采用雙層真空隔溫玻璃蓋板制成。箱體外殼采用鋁合金板一次模壓成型技術，使其具有一定的強度和剛度、較好的密封性及耐腐蝕性。設備輸氣管道采用聚氨酯保溫管道，輸油管道采用普通橡膠軟管，管道均采用雙層管道設計，管道之間填充發(fā)泡層起到更好的保溫效果。據(jù)計算，每組太陽能吸熱箱內約需800個采用密封膠連接的廢易拉罐，布置為30排、20列。每列之間靠保溫通風管連接，每組開設一個冷風口和一個熱風口，依靠管道分別連接室內的前墻底部與后墻頂部。這樣，使每組的空氣加熱管道成蛇行，空氣將在其中加熱更長的時間并給熱油管加熱。在出風口管道處布置自制小型低功率引風機，使空氣加速流動，從而實現(xiàn)與室內交換空氣熱量的目的。在熱油儲熱裝置的設計上，實驗結果表明,正常使用情況下,導熱油幾乎不會使銅、鋁和不銹鋼銹蝕；導熱油最高悶曬溫度可達289.5℃,導熱油的外觀也無顯著變化;此外,分別從防漏、防火、防爆、防氧化等方面出發(fā)，我們總結出了導熱油在CPC中溫太陽能系統(tǒng)的應用中擁有相對穩(wěn)定的性質。從設備結構安全性以及經(jīng)濟性等多方面考慮，我們應用直徑2cm的鋁制蛇形管布置于兩排加熱管道之間，每組約80m長，管內可裝導熱油約38L。熱油管內布滿導熱油并連接地下油桶，日間吸收太陽能熱量，存儲于地下油桶；約80L的保溫儲油桶布置于地下以達到更好的保溫效果，中間分隔為常溫油箱（40L）和熱油箱(40L)，并分別裝有熱油泵用于清晨向吸熱箱、夜間向室內暖氣泵油。導熱油比熱容較低，放熱慢；夜間循環(huán)于室內熱油暖氣中，以達到夜間輔助供暖的目的。2.2日間熱風供暖系統(tǒng)。系統(tǒng)工作原理：根據(jù)溫度差導致熱空氣向上流動、冷空氣下沉的原理，通過房間前墻下方布置的冷風口將冷空氣從下方抽出至空氣加熱管道加熱，而后將熱空氣由后墻上方通入室內，最后達到冷空氣被抽出、熱空氣被通入的循環(huán)。因空氣自然對流循環(huán)緩慢，將在冷風口外部布置小型引風機，以提高空氣循環(huán)速度。以北方農村為例，冬季日光充足時間大概為上午9點至下午4點（南方較長一些）。上午由電控系統(tǒng)自動開啟室內冷、熱風口及啟動引風機，開始工作；傍晚，再由電控系統(tǒng)主動關閉循環(huán)系統(tǒng)。此外，在室內多處布置熱電偶溫度傳感器，檢測室內溫度并向電控系統(tǒng)傳輸信息，通過電控系統(tǒng)控制循環(huán)風速，以調控室溫。2.3夜間熱油供熱系統(tǒng)。系統(tǒng)工作原理：清晨由電控系統(tǒng)控制常溫油箱熱油泵開啟、熱油箱閥門關閉，將常溫油箱內熱油送入太陽能箱蛇形管內進行吸熱；傍晚控制熱油箱閥門開啟，熱油依靠重力作用回流至熱油箱，打開熱油箱油泵，向室內暖氣泵入高溫熱油。通過熱電偶感溫傳感器，檢查暖氣內熱油溫度與室溫溫差，由電控系統(tǒng)控制熱油箱油泵開啟時刻及常溫油箱閥門開啟，使熱油回流常溫油箱并泵入高溫熱油。

3實驗效果及應用分析

經(jīng)過多次試驗，將設備布置傾斜角選定在當?shù)鼐暥?（10°），可使易拉罐內的空氣溫度達到39℃左右，而熱油管中的熱油溫度在日照充足的情況下可以高達146℃。另外，我國各地太陽輻射量中值5852MJ/m2，西北華北地區(qū)輻射量較大，進入冬季后受季風氣候影響，南方日照量升高，該設備在冬季使用，自然條件充分。但是，設備長期暴露于室外，在冬季容易積灰、積雪，不利于接受太陽輻射，因此需要及時清理，保證其受熱面積。在使用條件與效果上，都已達到了我們的預期設想。

太陽能室內供熱設備將生活廢棄物易拉罐充分利用制成簡易加熱設備，整個設備妥善處理了廢棄物，充分利用了新能源，在一定程度上減少了污染氣體的排放，而且減少了人們對供暖設備及所用能源的資金投入。對于南方來說，該設備可以緩解室內比室外還要冷的局面；對于北方來說，可在一定程度上減少煤的消耗量，減少因燃煤和秸稈焚燒等造成的環(huán)境污染。整個系統(tǒng)構造簡單，初期投資不高，可廣泛用于家庭供暖。

參考文獻：

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[3]王璐.太陽能技術在低層住宅中的應用[D].華中科技大學,2005.

作者:趙聰聰 劉少鵬 陶磊 郭嘉鵬 周稚翔 單位:河北農業(yè)大學