典型采暖地区农村住宅太阳能采暖的可行性分析

３．１采用 低 温热水 地板 辐射 采 暖 系统 低温 热水 地板 辐射采 暖 是在 地面 层 内埋管 形成 的辐射 采 暖系 统 ，使 用 不 高 于 ６０￣Ｃ的热 水流 经埋 人 地板 的盘管 ，所 释 放 的热量 使土 壤加 热 。从地 表面辐 射 热均匀 地将 热量 传 到室 内 ，温 度 均匀 ，梯度合 理 ， 给人 以脚 暖头 凉 的 良好 感觉 ，符 合生 理要 求 。在保 持 同样 舒适 感 的前提 下 ，地板 辐射 时室 内设 计 温度可 比传统 采暖方 式 降低 ２￣Ｃ一３℃ ，房 间 热 负荷 相 对减 少 ，节 省供 热 能 耗 。太 阳能 采 暖 系统 提 供 的 温度 恰 好能满 足地板 辐射 采 暖 的温 度 要求 ，当属最佳 选择 。
关 键 词 ：太 阳 能 采 暖 系 统 ；农 村 住 宅 ；潜 在 优 势
中图 分 类 号 ：ＴＵ２４１
文 献 标 识 码 ：Ａ
文 章 编 号 ：１００８—７１０９（２００８）０４—００３４—０４
能源 与环境 是 当今社 会 面临 的两 个重 要课题 。我 国 既有建 筑 中约 有 ９５％属 于 高 能耗 建 筑 ，建 筑能 耗 占全社 会总 能耗 的 ３０％ ，其 中采 暖 和空 调 占了相 当 大 的 比重 ，建 筑领 域 节 能 减 排任 务 非 常艰 巨。改 革 开放 以来 ，北 方地 区农 村居 民对 居住 环境 的要 求也相 对提 高 ，特别 是对 改善 室 内小气 候 的愿望更 为迫 切 ，传统 的采 暖手段 严重 影 响空气 质量 ，同时也 加剧 了我 国能源 的 紧张程 度 … 。
１北 方 地 区农 村 住 宅 采 暖 现 状
近年 来 ，我 国北 方地 区农 村住 宅建 设得 到 了迅速 发展 ，居 住 条件 也 有 了很 大 的 改善 ，但 农村 的冬 季 采 暖问题 是一个 普遍 的尚未 解决 的 问题 … 。我 国有近 ９亿 农 民 ，广 大 农 村 地 区能 源 消耗 对 于我 国能 源 供求 总量 和能源 结构 有着 重要 影 响 。 目前 ，典型 采暖农 村地 区仍 以传 统采 暖 方式 为主 。
太阳能供暖是 以太 阳辐 射 为热 源 ，补 偿 建 筑物 的耗 热损 失 ，以维 持室 温 达 到一 定 标 准 的新 型供 暖方 式 ，是最低廉 、最 洁净 、最安 全 、环保 效益 最好 的途 径 ，符 合新 农村 建设 的客观要 求 。北 方农 村住 宅建 筑形 式大多为三层 以下 的建 筑 ，建筑 面积热指 标按 ５０ Ｗ／ｍ 粗算 ，以 目前流行 的真空管 太 阳能集 热器每 日集热 ８小 时推算 ，每单位建筑 面积所 需集热 器面积在 ０．２１—０．３３ｍ 之 间 ，这个 面积 比例是完 全可 以实现 的。
图 １农 家 火 炕 采 暖 图
图 ２传 统 的 土 燃 煤 炉 图 ３我 国 太 阳 能 资 源分 布
１．１火 炕 采 暖 北 方地 区原 有 的土炕 采 暖是 将灶 台放在 屋 内 ，与 卧室 仅 一墙 之 隔 ，卫 生 状 况糟 糕 ，且 炕 的热效 率 底 下 ，不符 合 节能要 求 。为 此 ，一 些农 家乐示 范 村 出现 了一 种 节能性 吊炕 ，将 传 统 的火炕 吊起 来 的办法 ，并 把采 暖格局 调整 为将 灶 台贴 建 于卧 室外 ，无 门窗 直接 相 通 ，保 证 了室 内 的 清 洁 ，如 图 １所 示 。这种 做 法 符合空 气动 力学 原理 ，使 柴禾 能更 充 分燃 烧 ，增 大 了散 热面 积 ，炕 下空 间还可 储藏 鞋 物等 ，增强 了室 内秩 序 感 。 １．２燃 煤 炉 采 暖 土 制燃煤 炉采 暖 方式 见 图 ２ ，在 炉子 上接 根 烟 囱伸 到室 外 ，利 用 烟管 对流 、辐 射换 热来 提高 室 内温 度 ，清 洁程度 差 ，易 发 生煤 气 中毒 ，热效 率 过低 。 １．３电 采 暖 这种 采 暖方式 初投 资 、运行 费用均 较 高 ，且 不节 能 ，目前 仅 在 极 少地 区使 用 。 尚有 相 当多 的农 村地 区无任何 采 暖设备 ，仅 靠燃 烧 薪柴 驱寒 ，过 度 的砍伐 造 成水 土 流失 ，加 剧 了生 态 环 境 的 恶化 。上 述传 统 供 暖方 式或 因价格 太 高 ，或 污染 大 ，或 能源 市场 不稳 定 ，在新 农 村 建设 中均 不 应 列 为 主要 采 暖方 式 。北 方 农村住 宅相 对分 散 ，密度 较低 ，也 不适 宜 采用投 资 大 、维 护水 平高 的集 中供 暖 方式 。
以昌平 区菩 萨 鹿村某 居 民住 宅 采 暖 系统 为例 ，该 住 宅 面 积 约 １５０ｍ ，采 用 太 阳能 地 板 辐 射 采 暖 系 统 ，供 回水 温度 ４５℃／３５℃ ，室 内外 管路 也相 同 ’ 。不 同之处 在于 热源 ，方 案 １：燃 煤 锅炉 ；方案 ２：燃 气 锅炉 ；方案 ３：燃油 锅炉 ；方案 ４：采 用低 温 电热膜 辐射 采 暖 ；方 案 ５：太 阳能 采 暖 。 由 图 ４可知 ，利用 太 阳 能采 暖可 节省较 多 采暖 费用 ，优 势 明显 。 由图 ５可 知 ，商 品能 源在 我 国农 村 能 源 消 费 中 占较 大 比例 。 太 阳能 采 暖可节 省 大量 化石 能源 ，减 少污 染物 ，还 可将农 村秸 秆 、树 枝 等 生物 质能 转化 为商 品资 源 ，降低 农 民用能支 出 ，改善 大气 环境 ，实 现农 业废 弃 物利 用 ，为可持 续发 展 提供 强有 力 的支持 。

方案１ 方案： 方案３ 方案Ｊ 方案
图 ４不 同热 源 方 案 费 用 比较
图 ５我 国 农 村 能源 消 费 情 况

３新农 村太 阳 能 采 暖 系统 特 点
北 京新农 村 建设 示范 点 昌平菩 萨鹿 村 、平谷 挂 甲屿 村和 玻璃 台村 等地 均采 用 了太 阳能采 暖系统 ，技 术合 理 ，操 作简单 ，得 到村 民好 评 。经测 试 ，地板 采暖供 水温 度 为 ４５℃／３５℃ 时 ，完全 可 以保 证 室 内温 度 ｌ８℃ ，阴雨 天气 时开启 辅助 热 源 ，亦 有 良好 的舒适 度 ，可 满足 居 民采 暖需求 。该 太 阳能 采暖 系统包括 ：太 阳能集热 器 、储 热器 、散 热器 、补充 热 源 、控 制系 统 等 ，详见 图 ６。 系统 中分 别 设 置集 热 循 环 系统 和 供 暖 循 环系统 ，减少 系统 的相 互影 响 。集 热循环 系统 以防冻液作 热媒 ，供 暖循 环 系统 以水 作热媒 。两系统 分 设 铜管换 热器 ，与贮 热介 质 进行 热量 交换 ，分设 水泵作 驱 动 。该 方案 具有 以下几 个特 点 … ：
党 的十六届 五 中全 会提 出 “生产 发 展 、生 活富 裕 、乡 风文 明、村 容 整洁 、管 理 民 主 ”社 会 主义 新农 村 的美 好前 景 。合理 开发利 用农 村 可再 生能 源 ，加 强农 村 能源 建设 ，不 仅 能 有 效缓 解 农 村 能源 短缺 。增加 农 民收入 ，提高 生活 质量 ，而 且有 利于 治理农 村 污染 ，优化农 村环 境 ，促 进农 村 经 济社 会可 持续 发展 。如 何 在社会 主义新 农 村建设 中 ，有效 地节 约 能源 ，解决农 村 冬 季取 暖 问题 ，提 高 农 村 居 所 的舒 适 度是 我们 关 注 的焦 点 。以社 会 主义 新 农村 建设 为契 机 ，本 文拟 结合 北方地 区农 村住 宅 采 暖现状 ，对 典型采 暖地 区 太 阳能技 术 的应 用进 行探 讨 。
分 析 了太 阳 能采 暖 系 统 的 可行 性 。 结合 北 京 新 农 村 建 设 实 际 工 程 ，详 述 了太 阳能 采 暖 系 统 的 设 计 方 案 、特 点 及 运 行 状
况 ，探 讨 了北 方 农村 地 区太 阳 能 采 暖 的潜 在 优 势 和 推 广 前 景 ，为 太 阳 能采 暖技 术 的 广 泛 应 用 提 供 了理 论依 据 。
图 ６ 太 阳 能 采 暖 系统 图
３．２将水 箱设 计成 垂 直分 层形 式 利用 水在 不 同温度 下 的密度 差 ，实 现 同一水 箱 不 同 的温度 分 区 ，水 箱 底 部 的水 温 低 ，上 部 水 温高 。 太 阳能集 热器 与水 箱下 部相 连 ；低 温 地 板 辐 射 采 暖 的供 水 温度 较 低 ，一 般 在 ３Ｏ一４０℃ ，与水 箱 中部 相 连 ；生活 热水 系统 同水箱 上 部连 通 ，供 水 温度 ５０～６０℃ ，可 以满足 日常 生活 需要 。 ３．３采 用双循 环太 阳 采暖 系统 考 虑到冬 季室 外气 温较 低 ，太 阳能集 热系统 有 冻结 的可能 ，采 用 了灌注 了 防冻 液 的双 回路强制 循环 系统 。利用换 热器 进行 热量 交换 ，控 制器 随 时检测水 箱 与集热 器 出 口温 度 差 ，达到 指定 指标 便启动循 环 泵 ，将热量 存 入水箱 ，低 于设 定 指标便 自动停泵 。 ３．４采用辅 助热 源弥 补不 稳定 由于太 阳能 自身 的特点 ，太 阳能 采 暖系统 应配 置辅助 加热 系统 ，电加热 或生 物 质ＩＩＩＩ热应 为新 农村 中较理想 的辅 助加 热方 式 。采用 自动控制 系统 ，控制 太 阳能 系统 和 辅 助 热 源之 间 的切换 和采 暖 房 间温 度 的稳 定 ，保 证 了在 阴雨天 气 和晚上 居 民的热 需求 ，最大 限度 实现 系统 节能 与优 化 。 ３．５太 阳能 系统 与建 筑 的一体 化 建筑结 构和太 阳能设备 要 做到 整体 和谐 ，构 造合 理 ，使 太 阳能采 暖 系统 和 建 筑 融合 为 一 体 ，要 在 围 护结构 上选 用合适 的 隔热 、保温 材料 ，从 而达 到不影 响建 筑美 观又 可节 省能 源 ，降低运 行 成本 ，同 时朝着
典 型 采 暖地 区农 村 住 宅 太 阳 能 采 暖 的可 行 性 分 析
蔡 伟 ，张 丽娜 ，巩 学梅 ，解 国珍

（１．宁 波 工 程 学 院 ，浙 江 宁 波 ３１５０１６；２．北 京 建 筑 工 程 学 院 ，北 京 １０００４４）