相变蓄热式太阳能地板辐射采暖应用探讨

相变蓄热式太阳能地板辐射采暖应用探讨
雷栋; 蒋小芬
【期刊名称】《《建筑热能通风空调》》
【年(卷),期】2016(035)010
【总页数】3页(P77-79)
【关键词】太阳能; 相变储能; 地板采暖
【作者】雷栋; 蒋小芬
【作者单位】江苏筑森建筑设计有限; 常州盛来太阳能科技有限公司
【正文语种】中文
低温地板辐射采暖是一种理想的采暖形式，不仅节能，而且头凉脚热，舒适性好，室内温度梯度分布符合人体生理学，越来越受到人们的欢迎。

太阳能是清洁能源，取之不尽用之不竭，近年有一些学者对太阳能为热源的地板采暖已做了许多有益研究。

太阳能具有不稳定性特点，容易受到天气及昼夜交替的影响，但在我国的西部，日照丰富的地区，太阳能蓄热与地板低温相变辐射采暖相结合具有实际应用价值。

本项目位于青海省都兰县域西部巴隆乡，为牧民安置样板房；测试实验的目的是为以后的工程取得第一手数据。

当地海拔3041 m，干旱少雨，日照充足，昼夜温差大。

年均气温5.1℃，全年最
高气温31.9℃，最低气温-29.8℃，年均日照数3020 h，是太阳能利用的非常适
宜地区。

样板房由3个卧室及客厅、餐厅、走道厨房、卫生间组成，房间平面图如图1。

本文选择在客厅、次卧室、主卧室铺设了地板采暖。

负荷按采暖室外计算温度温度-16℃，采暖室内设计温度16℃计算[1]，具体计算结果见表1。

当考虑0.7的负荷系数时，24 h的供热量为1.60× 108J。

2.1 系统构成
由于地处偏远，常规能源电能只能作为辅助能源，要尽可能利用太阳能，所以方案思路为：采用太阳能与地板采暖（结合相变蓄热材料），白天利用阳光房的集热给相邻房间升温，常规能源电作为辅助加热系统；系统由太阳能集热板、水箱、集分水器、盘管、相变蓄热材料及阳光房组成，具体流程见图2。

2.2 太阳能集热板的选择
按格尔木上年10月～下年4月（采暖期七个月）内的平均日总辐照量为21.6 MJ/m（2倾斜面）[2]，本工程由于条件限制，采用12 m2太阳集热板，配用水箱容积600 L设置在屋面上。

理论上（集热器效率为50%时）12 m2集热面积既能使600 kg的水温上升51℃左右，水箱蓄热1.296×108J。

2.3 相变材料
要求其具备优良、稳定的热工性能之外，并要求无毒害、不挥发、不燃烧、不对其他建筑材料产生腐蚀等等。

同时应当便于运输、安装，以及必要的维护和更新。

本工程选用“的美”一号，相变特性：相变潜热不小于180～200 kJ/kg，相变点32～34℃，固体密度1500 kg/ m3，本工程铺设约40 m2，厚20 mm的蓄热材料，理论蓄热可达2.2×108J。

2.4 辐射供暖地板构成
辐射供暖地板的构成见图3。

3.1 测试点及方法
在客厅、次卧室、主卧室及阳光房中间1.4 m处布置了温度探头，并对回水、室外、水箱温度也进行了温度监测，每小时记录温度变化。

3.2 测试结果及分析
测试从1月10日开始，到1月25日结束，连续两个星期；室外温度：除1月
18日达到零上5℃以外，其余时间大部分在0℃以下，最低在零下16℃以下；水
箱温度：除19～21日三天白天云层较多，最高45℃左右，其余天水温均达到55～70℃。

图4～图7为4个典型日的各个测点24 h温度变化的曲线图，其中16日与22日短暂有云层遮住太阳光。

由于与北京相差4 h时差，当地太阳在9:00多钟开始升起，室外温度开始回升，
阳光房及水箱水温升高；从阳光房温度变化可看出，当太阳升起时，阳光房温度很快升高，在11:00～17:00左右温度可达到22℃～25℃，如果有云遮住阳光，温
度下降较快，在17:00左右，由于西侧遮挡，阳光房温度迅速下降。

系统循环水泵开启时间是下午18:00至次日凌晨8:00。

由于循环水泵没有开启，
房间温度最低出现在日出前8:00～9:00，约10℃左右，温度最高点出现在下午19:00～20:00，一般可达到16℃～19℃；从房间温度变化及水箱温度升高变化过程来看系统有以下几个特点：
1）太阳升起，10:00左右水箱温度升高，虽然此时室外温度最一般在0℃左右，
但阳光房温度升高快，通过房间的窗户对流传热，室内温度缓慢上升，可达到12～13℃。

2）在下午18:00左右，循环水泵开启，回水温度开始陡然上升，大约在45～50℃左右，房间相变蓄热及供热开始，约1 h后在20:00左右，房间温度达到最高点。

3）在循环水泵开启后，由相变蓄热与供热同时作用，水箱水温平均每小时下降4℃左右，水管回水温度同时平均每小时下降4℃左右，当在达到32℃左右时，由于
此时蓄热材料开始放热，回水温度下降开始变缓，大约每小时2℃左右。

4）当循环水泵开启升温后，室内温度曲线变化比较平缓，在室温达到最高点后能
维持2～3 h，温度变化不大，之后每小时大约下降0.8℃左右。

1）系统在测试中能够平稳运行，在没辅助电加热的情况下，利用本系统室内温度维持在13～19℃之间17～18 h，而白天当阳光充足时阳光房集热效果明显，通过房间窗户，能够显著提高房间的温度；太阳能与相变储能地板采暖系统相结合能够为室内提供稳定持续的热量，因此在干旱少雨、日照充足的偏远西部地区，在设计合理可靠的情况下，此系统值得推广。

2）从系统的运行性分析来看，以下问题值得注意：系统设计时要考虑盘管的间距以及与相变材料的紧密结合，否则相变材料无法充分相变蓄热；由于条件限制，没要按照计算负荷来配备相应的太阳能集热板及水箱，在实际工程中要配备辅助电加热，并且考虑到热稳定性，水箱尽量考虑适当放大。

【相关文献】
[1]民用建筑供暖通风与空气调节设计规范[S].北京:中国建筑工业出版社,2012
[2]中国建筑标准设计研究院.太阳能集中热水系统选用与安装[M].北京:中国建筑工业出版社,2012。