太阳能供暖技术发展简析

　　[摘要]以节约能源、保护环境和可持续发展为理念的新能源革命正在全球兴起,太阳能是非常丰富的可再生能源，利用太阳能供暖对于节能、环境保护有重要的意义，我国太阳能资源丰富，太阳能供暖技术有很好的发展前景。

　　[关键词]太阳能 供暖 节能

　　中图分类号：TK5 文献标识码：A文章编号：1671－7597 (2008) 0110006－01

　　一、引言

　　随着生活水平的不断提高，人们对所居住、生活的环境要求也越来越高。但要创造舒适的环境，就要消耗能源。社会在发展的同时，造成了不可再生资源的枯竭和生态环境的污染，资源短缺、环境污染是当今人类社会所面临的重要问题，使世界面临着发展与环境之间越来越尖锐的矛盾。在这种背景下，以节约能源、保护环境和可持续发展为理念的新能源革命正在全球兴起。

　　二、太阳能利用的研究

　　太阳能是非常丰富的可再生能源，寻求人类社会持续发展的进程中，利用太阳能采暖日益受到世界各国的重视。

　　近几年，国内的一些专家和学者对太阳能采暖进行了大量的研究，比较有代表性的有，广州大学建筑学院的裴清清对西北边疆某哨所楼进行了建筑热工分析和计算，计算出围护结构的得热量和耗热量，对平板型空气集热器，卵石床蓄热器及其它系统设备进行了设计与计算，简述了太阳能供暖系统集热、蓄热、供暖的运行控制方法。中房集团新技术中心有限公司的齐政新和建筑标准设计研究所的李岩研究了辅助太阳能的地板采暖的系统形式，对不同的系统形式作了分析，探讨了设计中需注意的问题。他们在论文中描述了间歇运行系统和强制循环的连续运行系统两种系统，并分析了太阳能用于采暖的条件和限制。上海理工大学的于国清等人，以一个100平米的房间为研究对象，采用10－15年内逐日气象数据对太阳能采暖系统进行模拟，根据模拟的结果，分析其初投资，寿命周期内的总能耗、总运行费用，综合热价等指标。然后将其与燃气锅炉、燃煤锅炉，电锅炉采暖进行比较，对比其初投资、运行费用，总能耗等指标。然后分析了不同的气象条件、每日太阳能负责的采暖小时数、集热器价格等因索对系统经济性的影响。

　　三、太阳能供暖系统分类

　　利用太阳能供暖的方式可以分为直接利用和间接利用两种。直接利用又分为主动式太阳能供暖(active solar heating)和被动式太阳能供暖(passive solar heating)，而间接利用是通过热泵(heat pump)将低位热能进行有效的利用。

　　（一）主动式太阳能供暖

　　1．主动式太阳能采暖系统

　　主动式太阳能供暖系统如图2- 1所示。系统由太阳能集热器、供暖管道、散热设备、贮热设备和辅助热源等组成。

　　通过太阳能集热器1收集太阳辐射能，使其中的热媒被加热，热水沿供热管道送往热用户的散热设备4，散热设备将热量散给房间。太阳能集热器相当于常规采暖的热源，当集热器的集热量不足时，则由辅助热源3进行补充;当集热器的集热量超过用户的需热量时，则将多余的热量储存在贮热器2中。

　　由图3-1可知，主动式太阳能供暖系统中实际上包括了两套热源系统，一套是太阳能集热系统，另一套是辅助热源系统。因此，根据实践及经济评价表明，如果利用庞大的太阳能集热器只进行太阳能供暖，由于采暖期较短(一般为3－5个月)，所以每年设备的利用率低，因而投资的回收年限较长。按目前我国燃料价格便宜、设各价格昂贵的情况，主动式太阳能供暖尚难以和常规的供暖方式相竞争。但是，如能进行综合利用，采取一定的措施，是会取得良好的效果的。

　　2．被动式太阳能供暖

　　被动式太阳能供暖的特点是不需要专门的太阳能集热器、热交换器、水泵(风机)等主动式太阳能供暖系统所必需的部件，而是通过建筑的朝向和周围环境的合理布置、内部空间和外部形体的巧妙处理，以及建筑材料和结构构造的恰当选择，使建筑物在冬季能充分地收集、存储和分配太阳辐射能，因而建筑物室内可以维持一定的温度，达到取暖的效果。将这种与建筑物相结合、利用太阳辐射能供暖的建筑称为被动式太阳能采暖房(passive solar house，简称太阳房)。由于它可以较一般节能建筑获得更多的太阳辐射热，所以，它能够进一步节约建筑对常规能源的消耗。

　　（二）太阳能热泵

　　将太阳能作为蒸发器热源的热泵系统称为太阳能热泵系统，其工作原理如图3－2所示：

　　在蒸发器吸热后其工质的高温低压过热气体在压缩机中经过绝热压缩变为高温高压的气体，经冷凝器定压冷凝为低温高压的液体，放出工质的气化热，与冷凝水进行热交换，使冷凝水被加热为热水，供用户使用，同时液态工质再经过降压阀绝热节流后变为低温低压液体，并回到蒸发器定压吸收热源热量， 蒸发变为过热蒸汽，完成一个循环过程。

　　（三）太阳能供暖应用实例

　　拉萨火车站太阳能供暖系统实例：由建筑设计研究院承担主体设计，总建筑面积 19504m2,2006年7月正式使用。室内以地板辐射采暖为主的方式，热源采用太阳能，集热器布置在建筑的屋面上，大部分集热器按照18度角度布置。按照典型设计日全天热平衡的思路,在白天，利用太阳能直接供热，同时将白天多余的集热量以热水形式蓄存，用于不同时刻（如夜间）的供暖需要。本工程采用部分负荷水蓄热方案。经计算：典型设计日白天供热量：14763kWh，蓄热量为：4560kWh，在考虑蓄热水温差为5℃和15%的蓄热损失的条件下，计算要求的蓄热水箱体积约为：1000m3。集热系统的水温要求是：供水温度：40℃，出水温度50℃。

　　四、结束语

　　 就太阳能热利用设备和技术本身而言，已经趋于成熟并在不断提高和改进。由于太阳能热利用设备和技术应用存在无日照甚至是阴冷天气时无法使用等弊端，不能满足建筑连续供热的需求，往往需要配备储热装置和辅助热源，增加了成本和系统的复杂程度，而且与建筑配合起来有一定的困难。

　　现在有人提出太阳能与风力发电联合供热系统，在冬季，我国严寒地区、寒冷地区以及沿海地区的风力资源相当丰富。如果在这些地区的建筑屋顶和外墙以及附近设置一定数量的风力发电设备，就近直接连接电热设备，或与太阳能集热设备有机结合组成联合供热系统，满足建筑物供暖及热水供应的需求，不仅有利于建筑节能，而且有利于环境保护。