太阳能系统清洁炉具的设计与运行分析

李强 高虹 白玉松 牛青团 谢升一

摘 要：太阳能系统的相关技术有着十分广阔的发展前景，对我国目前太阳能系统的有关技术发展与应用状况予以深入的总结，探索出和全球领先水平之间所存在的差距，将更加便于我国持续推动太阳能系统供热技术的发展和应用，在较大程度上，缩短和发达国家之间客观存在的差距。为了做到切实可行地缓解农村地区的冬季供暖能耗问题，行之有效地实现建筑物的节能效果，文章根据农村地区的实际状况，设计出了一套囊括了相变蓄热池在内的太阳能系统清洁炉具。实验结果显示，该太阳能系统清洁炉具在实际的运行过程当中，可以做到有效利用太阳能，就算是在十分恶劣的自然环境条件基础上，也能够与人们供暖需求保持一致。

关键词：太阳能;清洁炉具;设计;运行

Abstract：The related technologies of solar energy systems have very broad development prospects. An in-depth summary of the current technological development and application status of my countrys solar energy systems will make it easier for my country to continue to promote solar energy systems by exploring the gap with the worlds leading level. The development and application of heating technology has， to a large extent， shortened the objective gap with developed countries. In order to effectively alleviate the problem of heating energy consumption in winter and effectively realize the energy-saving effect of the building， the article designed a set of cleaning stoves with a solar energy system including a phase-change thermal storage tank. Considering the specific research process of the whole experiment， the indoor temperature can be kept above 20℃. Experimental results show that the solar system cleaning stove can effectively use solar energy， even in extremely harsh environmental conditions， it can also be consistent with people's heating needs.

Keywords：Solar energy; Cleaning stove; Design; Operation

1.引言

2020年，從我国建筑供暖能耗方面来看，已经超出了4.0亿吨标煤/年这样的数值。假如在今后的一定时间之内，仍然采取传统类型的能源供应模式，那么从实际角度来看，将会再度增加我国能源供需二者之间所客观存在的矛盾，人居环境受到较大的负面影响，使其可持续发展面临极大的阻碍。结合我国北方众多的农村区域相对丰富的太阳能资源来考虑，实施建筑清洁供暖技术，将会成功为我国节能减排外加低碳化模式的发展，拓展出前所未有的新型渠道。本文立足于对新时期广大农村地区的建筑能耗状况，针对太阳能系统清洁炉具的应用状况做了一系列的预测。现阶段，国家需要加大力度组织攻克成本低廉、效率较高的太阳能系统清洁炉具等有关技术的攻关，并且从农村与小城镇入手，开展较大范围的试点工程，及时总结其中存在的具体问题，制定行之有效的补贴机制以及推广体系，为接下来技术的普及和推广打下坚实的基础。

2.太阳能系统清洁炉具的设计

2.1集热方式

太阳能系统清洁炉具当中，集热器属于此类炉具的核心部件之一。不同的太阳能系统集热器工作温度范围以及应用见图1所示。从图1当中能够看到，在当前所运用的太阳能系统清洁炉具当中，所设计出的集热器则是先后经过了一系列改进之后，所开发出的平板类型集热器、真空管集热器以及复合抛物面（CPC）集热器等不同的三类。综合多方面因素，考虑到集热器保温性能以及安全可靠性等诸多方面的因素，集热器和供暖末端组合形式有着比较显著的差异。在本太阳能系统清洁炉具当中，设计出槽式太阳能集热器，使其能够顺利完成整个冬季的供暖工作，并且进行了具体运行方面的研究工作。

现阶段，针对太阳能系统清洁炉具的集热器研究工作，主要集中在以下几方面：首先是集热器和建筑一体化方面的设计，进而有效实现建筑供暖的过程当中，确保建筑彰显美观的特点。其次是集热器的优化，进而从根本上提高效率与集热温度。再则是太阳能系统集热器面积优化工作。

2.2辅助热源

由于太阳辐射兼具着间歇性以及不稳定性等两方面的特点，从一定时期来看，供暖需求往往带有着连续性和稳定性等两个不同方面的典型特征。为了有效确保太阳能系统清洁炉具有着相对来讲充足的稳定性和可靠性，和供暖舒适性要求二者保持相符的状况，务必设计出相互配套的辅助热源。现阶段，太阳能系统清洁炉具的辅助热源形式往往涵盖以下不同的类型：即电加热器、燃油锅炉、城市热网、工业余热以及热泵等等。近些年来，太阳能系统清洁炉具辅助热源广泛应用的是地源热泵，从而相关学者针对太阳能系统清洁炉具的有关地源热泵联合供暖系统研究成果的数量颇多。辅助热源在太阳能系统清洁炉具的整个设置过程当中，需要关注于所在地区的太阳能资源状况、常规能源供应条件外加相应的供暖负荷等等。在经济性、系统性能以及节能性等各项分析工作的前提之下，努力完成辅助热源的各项优先选择与设计工作是极为重要的。