太陽能供暖技術發展簡析

　　[摘要]以節約能源、保護環境和可持續發展為理念的新能源革命正在全球興起,太陽能是非常豐富的可再生能源，利用太陽能供暖對于節能、環境保護有重要的意義，我國太陽能資源豐富，太陽能供暖技術有很好的發展前景。

　　[關鍵詞]太陽能 供暖 節能

　　中圖分類號：TK5 文獻標識碼：A文章編號：1671－7597 (2008) 0110006－01

　　一、引言

　　隨著生活水平的不斷提高，人們對所居住、生活的環境要求也越來越高。但要創造舒適的環境，就要消耗能源。社會在發展的同時，造成了不可再生資源的枯竭和生態環境的污染，資源短缺、環境污染是當今人類社會所面臨的重要問題，使世界面臨著發展與環境之間越來越尖銳的矛盾。在這種背景下，以節約能源、保護環境和可持續發展為理念的新能源革命正在全球興起。

　　二、太陽能利用的研究

　　太陽能是非常豐富的可再生能源，尋求人類社會持續發展的進程中，利用太陽能采暖日益受到世界各國的重視。

　　近幾年，國內的一些專家和學者對太陽能采暖進行了大量的研究，比較有代表性的有，廣州大學建筑學院的裴清清對西北邊疆某哨所樓進行了建筑熱工分析和計算，計算出圍護結構的得熱量和耗熱量，對平板型空氣集熱器，卵石床蓄熱器及其它系統設備進行了設計與計算，簡述了太陽能供暖系統集熱、蓄熱、供暖的運行控制方法。中房集團新技術中心有限公司的齊政新和建筑標準設計研究所的李巖研究了輔助太陽能的地板采暖的系統形式，對不同的系統形式作了分析，探討了設計中需注意的問題。他們在論文中描述了間歇運行系統和強制循環的連續運行系統兩種系統，并分析了太陽能用于采暖的條件和限制。上海理工大學的于國清等人，以一個100平米的房間為研究對象，采用10－15年內逐日氣象數據對太陽能采暖系統進行模擬，根據模擬的結果，分析其初投資，壽命周期內的總能耗、總運行費用，綜合熱價等指標。然后將其與燃氣鍋爐、燃煤鍋爐，電鍋爐采暖進行比較，對比其初投資、運行費用，總能耗等指標。然后分析了不同的氣象條件、每日太陽能負責的采暖小時數、集熱器價格等因索對系統經濟性的影響。

　　三、太陽能供暖系統分類

　　利用太陽能供暖的方式可以分為直接利用和間接利用兩種。直接利用又分為主動式太陽能供暖(active solar heating)和被動式太陽能供暖(passive solar heating)，而間接利用是通過熱泵(heat pump)將低位熱能進行有效的利用。

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　　1．主動式太陽能采暖系統

　　主動式太陽能供暖系統如圖2- 1所示。系統由太陽能集熱器、供暖管道、散熱設備、貯熱設備和輔助熱源等組成。

　　通過太陽能集熱器1收集太陽輻射能，使其中的熱媒被加熱，熱水沿供熱管道送往熱用戶的散熱設備4，散熱設備將熱量散給房間。太陽能集熱器相當于常規采暖的熱源，當集熱器的集熱量不足時，則由輔助熱源3進行補充;當集熱器的集熱量超過用戶的需熱量時，則將多余的熱量儲存在貯熱器2中。

　　由圖3-1可知，主動式太陽能供暖系統中實際上包括了兩套熱源系統，一套是太陽能集熱系統，另一套是輔助熱源系統。因此，根據實踐及經濟評價表明，如果利用龐大的太陽能集熱器只進行太陽能供暖，由于采暖期較短(一般為3－5個月)，所以每年設備的利用率低，因而投資的回收年限較長。按目前我國燃料價格便宜、設各價格昂貴的情況，主動式太陽能供暖尚難以和常規的供暖方式相競爭。但是，如能進行綜合利用，采取一定的措施，是會取得良好的效果的。

　　2．被動式太陽能供暖

　　被動式太陽能供暖的特點是不需要專門的太陽能集熱器、熱交換器、水泵(風機)等主動式太陽能供暖系統所必需的部件，而是通過建筑的朝向和周圍環境的合理布置、內部空間和外部形體的巧妙處理，以及建筑材料和結構構造的恰當選擇，使建筑物在冬季能充分地收集、存儲和分配太陽輻射能，因而建筑物室內可以維持一定的溫度，達到取暖的效果。將這種與建筑物相結合、利用太陽輻射能供暖的建筑稱為被動式太陽能采暖房(passive solar house，簡稱太陽房)。由于它可以較一般節能建筑獲得更多的太陽輻射熱，所以，它能夠進一步節約建筑對常規能源的消耗。

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　　將太陽能作為蒸發器熱源的熱泵系統稱為太陽能熱泵系統，其工作原理如圖3－2所示：

　　在蒸發器吸熱后其工質的高溫低壓過熱氣體在壓縮機中經過絕熱壓縮變為高溫高壓的氣體，經冷凝器定壓冷凝為低溫高壓的液體，放出工質的氣化熱，與冷凝水進行熱交換，使冷凝水被加熱為熱水，供用戶使用，同時液態工質再經過降壓閥絕熱節流后變為低溫低壓液體，并回到蒸發器定壓吸收熱源熱量， 蒸發變為過熱蒸汽，完成一個循環過程。

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　　拉薩火車站太陽能供暖系統實例：由建筑設計研究院承擔主體設計，總建筑面積 19504m2,2006年7月正式使用。室內以地板輻射采暖為主的方式，熱源采用太陽能，集熱器布置在建筑的屋面上，大部分集熱器按照18度角度布置。按照典型設計日全天熱平衡的思路,在白天，利用太陽能直接供熱，同時將白天多余的集熱量以熱水形式蓄存，用于不同時刻（如夜間）的供暖需要。本工程采用部分負荷水蓄熱方案。經計算：典型設計日白天供熱量：14763kWh，蓄熱量為：4560kWh，在考慮蓄熱水溫差為5℃和15%的蓄熱損失的條件下，計算要求的蓄熱水箱體積約為：1000m3。集熱系統的水溫要求是：供水溫度：40℃，出水溫度50℃。

　　四、結束語

　　 就太陽能熱利用設備和技術本身而言，已經趨于成熟并在不斷提高和改進。由于太陽能熱利用設備和技術應用存在無日照甚至是陰冷天氣時無法使用等弊端，不能滿足建筑連續供熱的需求，往往需要配備儲熱裝置和輔助熱源，增加了成本和系統的復雜程度，而且與建筑配合起來有一定的困難。

　　現在有人提出太陽能與風力發電聯合供熱系統，在冬季，我國嚴寒地區、寒冷地區以及沿海地區的風力資源相當豐富。如果在這些地區的建筑屋頂和外墻以及附近設置一定數量的風力發電設備，就近直接連接電熱設備，或與太陽能集熱設備有機結合組成聯合供熱系統，滿足建筑物供暖及熱水供應的需求，不僅有利于建筑節能，而且有利于環境保護。