太陽能采暖系統(tǒng)介紹

摘要  　　太陽能采暖系統(tǒng)是以太陽能作為熱源，供給建筑物冬季采暖和全年其他用熱的系統(tǒng)。本文介紹了太陽能采暖系統(tǒng)國內(nèi)應(yīng)用外現(xiàn)狀和主要設(shè)備的應(yīng)用情況，指出了系統(tǒng)設(shè)計中存在的一些問題，提出了發(fā)展太陽能采暖系統(tǒng)的4大措施。 　　 0 前言 　　我國屬太陽能資源豐富的國家之一，年輻射總量大約在3300-8300MJ/(m2·a)，全國2/3以上面積地區(qū)年日照小時數(shù)大于2000h，每年陸地接收的太陽輻射能相當于2.4萬億噸標準煤。在建筑能耗中，生活熱水、供暖能耗占了相當一部分比例，利用太陽能滿足生活熱水、供暖這些低品位能耗的要求具有巨大的節(jié)能效益，因此，太陽能采暖技術(shù)越來越受到人們的重視。 　　1太陽能采暖系統(tǒng)概況 　　1.1太陽能采暖系統(tǒng)原理 　　太陽能采暖可分為主動式和被動式兩種。被動式太陽能采暖通過建筑的朝向和周圍環(huán)境的合理布置，內(nèi)部空間和外部形體的巧妙處理，以及建筑材料和結(jié)構(gòu)構(gòu)造的恰當選擇，使建筑物在冬季能充分收集、存儲和分配太陽輻射熱。主動式太陽能采暖系統(tǒng)主要由太陽能集熱系統(tǒng)、蓄熱系統(tǒng)、末端供熱采暖系統(tǒng)、自動控制系統(tǒng)和其他能源輔助加熱、換熱設(shè)備集合構(gòu)成，相比于被動式太陽能采暖，其供熱工況更加穩(wěn)定，但同時，投資費用也增大，系統(tǒng)更加復(fù)雜。隨著經(jīng)濟和社會的發(fā)展，主動式太陽能采暖開始大規(guī)模應(yīng)用。 　　1.2 國外太陽能采暖系統(tǒng)應(yīng)用現(xiàn)狀 　　歐洲、北美對太陽能供熱（熱水、采暖）系統(tǒng)的應(yīng)用已有幾十年歷史，過去主要用于單體建筑內(nèi)的小型系統(tǒng)，近十余年來，包括區(qū)域供熱在內(nèi)的大型太陽能供熱采暖系統(tǒng)的應(yīng)用取得較快發(fā)展。德國是應(yīng)用太陽能供熱技術(shù)較早的國家，太陽能采暖技術(shù)已經(jīng)在德國居住區(qū)供熱設(shè)置改造和配套建設(shè)中得到廣泛推廣和應(yīng)用；歐洲大多數(shù)國家都積極鼓勵支持利用太陽能，對安裝太陽能裝置的家庭實行補貼政策，一般補貼為系統(tǒng)造價的20%～50％；以色列80％住宅裝有太陽能熱水器，政府以立法形式規(guī)定高度27米以下新建住宅必須安裝太陽能熱水器。丹麥marstal太陽能供熱采暖工程是世界上最大的太陽能供熱采暖系統(tǒng)。 　　 1.3 國內(nèi)太陽能采暖系統(tǒng)應(yīng)用現(xiàn)狀 　　我國太陽能熱利用產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅猛，2012年太陽能熱利用產(chǎn)業(yè)的總產(chǎn)量大約為6390萬平方米，保有量達25770萬平方米，我國已成為太陽能熱利用生產(chǎn)和使用大國。雖然我國太陽能熱水器應(yīng)用已經(jīng)相當廣泛，但太陽能采暖工程應(yīng)用還處于起步階段。 　　2太陽能采暖系統(tǒng)設(shè)備 　　2.1太陽能集熱器 　　常見的太陽能集熱器有平板型和真空管型兩種，其中，真空管型又可分為全玻璃真空管型、u型管真空管和熱管真空管集熱器。由于太陽能采暖系統(tǒng)與建筑結(jié)合緊密，因而對集熱產(chǎn)品與建筑的結(jié)合、故障率、使用壽命等性能要求較高，平板集熱器結(jié)構(gòu)簡單，抗壓，抗外力沖擊，適合承壓運行，從整體外觀、結(jié)構(gòu)強度、安裝運行等方面都非常適合與建筑相結(jié)合。 　　2.2 輔助熱源 　　為住宅提供采暖用熱水的太陽能采暖系統(tǒng)，與為住宅提供生活熱水的太陽能熱水系統(tǒng)在供水特點上是不同的，生活熱水不需要連續(xù)供應(yīng)而采暖用熱水必須連續(xù)供應(yīng)，而且要穩(wěn)定可靠。太陽輻射受晝夜、季節(jié)、緯度和海拔高度等自然條件的限制和陰雨天氣等隨機因素的影響，存在較大的間歇性和不穩(wěn)定性，因此在太陽能采暖系統(tǒng)中，必須設(shè)置輔助熱源。輔助熱源要根據(jù)當?shù)靥柲苜Y源條件，常規(guī)能源的供應(yīng)狀況，建筑物熱負荷和周圍環(huán)境條件等因素，做綜合經(jīng)濟性分析，以確定適宜的輔助熱源及合理的太陽能供暖比例。 　　2.3采暖末端 　　太陽能由于熱密度較低，集熱溫度很難達到較高水平。普通散熱器熱媒溫度要求較高（70℃以上），而太陽能采暖系統(tǒng)不易達到該出水溫度要求。因此，在太陽能采暖系統(tǒng)中，通常采用地板輻射采暖的末端供熱方式。地板采暖所需要的低溫?zé)崴?5～55℃，正好是太陽能集熱器所能提供的溫度。地板采暖系統(tǒng)以整個地面作為散熱面，熱量主要以輻射方式傳播，與以對流散熱為主的散熱器系統(tǒng)相比，舒適性更好，腳暖頭涼的熱感覺更符合人體的生理學(xué)調(diào)節(jié)特點，且可以在比末端采用散熱器的系統(tǒng)低2～3℃的情況下獲得同樣的舒適感，節(jié)省供熱能耗。夜間采暖負荷一般大于白天，但夜間卻無太陽輻射，因此具有蓄熱功能的地板采暖方式是非常適合的。 　　3發(fā)展太陽能采暖系統(tǒng)的措施 　　3.1加強建筑節(jié)能 　　建筑節(jié)能是實現(xiàn)太陽能采暖的先決條件，由于太陽能在單位面積上的能量密度較低，如果不通過加強圍護結(jié)構(gòu)保溫等措施來有效降低建筑物的采暖負荷的話，太陽能采暖系統(tǒng)的集熱面積將會很大，增加系統(tǒng)的初投資，使太陽能采暖系統(tǒng)不能發(fā)揮應(yīng)有的節(jié)能效益。我國已陸續(xù)頒布實施了針對不同建筑氣候區(qū)的建筑節(jié)能設(shè)計國家標準，這些標準的強制實施將大大降低建筑物的耗熱量指標，減輕太陽能采暖系統(tǒng)所承擔的負荷，形成太陽能供熱采暖工程應(yīng)用的有利條件。 　　3.2提高太陽能集熱系統(tǒng)的效率 　　目前建設(shè)的太陽能采暖工程中，集熱器、水箱等關(guān)鍵產(chǎn)品還有較大的改進空間，企業(yè)應(yīng)加強研發(fā)力量，提高產(chǎn)品質(zhì)量和工藝水平，開發(fā)安全、可靠、高效、穩(wěn)定的新產(chǎn)品以不斷提高太陽能集熱系統(tǒng)的效率。房屋設(shè)計之初就同步進行太陽能采暖系統(tǒng)的設(shè)計，使設(shè)計更適合于太陽能設(shè)備或部件的應(yīng)用。在不影響建筑物功能及美觀度的條件下，達到太陽能集熱性能的最佳。 　　3.3 提高太陽能利用率 　　太陽能采暖系統(tǒng)一定要提高太陽能利用率以縮短投資回收期。冬夏熱量不平衡的問題可由太陽能制冷技術(shù)、跨季節(jié)蓄熱技術(shù)和全年的綜合利用來解決。 　　3.4政府制定鼓勵支持政策 　　太陽能采暖系統(tǒng)具有較高社會效益，但存在投資相對較高，投資回收期較長的缺點，對房地產(chǎn)開發(fā)商而言，如果開發(fā)成本的增加不能帶動房屋銷售的話，則開發(fā)商的積極性不高。因此，政府應(yīng)積極建設(shè)試點工程，針對生產(chǎn)廠商、房地產(chǎn)開發(fā)商、終端用戶制定更完善、合理的鼓勵和支持政策，積極推廣試點工程經(jīng)驗，提高系統(tǒng)整體技術(shù)水平，促進太陽能采暖行業(yè)及市場的良性發(fā)展。 　　4 結(jié)語 　　近幾年隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展和對環(huán)境保護的重視，在建設(shè)節(jié)約型社會方針提出后，國家層面及人們的環(huán)保意識日益增強，太陽能采暖作為一種較為簡單、經(jīng)濟、環(huán)保、可靠的改善建筑環(huán)境的方法，是一種很適合我國目前經(jīng)濟和環(huán)境狀況的采暖及供熱方式，在我國將得到大力的推廣和廣泛的使用。