太阳能采暖技术现状分析

．技术现状分析

太阳能采暖技作为一项新技术，在国内的应用处于起步阶段。经过几年的工程示范应用，一批骨干太阳能企业进行了大量的技术研发，目前在集热器产品、系统设计等方面已有相对稳定的技术，针对于太阳能供热采暖工程的技术规范也已编写完成。

3.1 技术概况

从国内各厂家建设的太阳能采暖技术统计看，目前太阳能热水采暖技术以单体建筑太阳能采暖为主，绝大部分为短期蓄热的形式。太阳能区域供热采暖、跨季节蓄热供暖技术目前已列入“十一五”国家科技支撑计划项目中，中国建筑科学研究院科技园太阳能热水采暖和季节蓄热系统工程已基本完成示范项目建设。

3.2系统设计

运行原理：太阳能采暖系统中，集热器运行设计全部采用温差循环方式。其中绝大部分均采用直接循环、排空防冻的技术（典型的如“九阳”公司的太阳能采暖技术），也有与国外技术相类似的防冻液——水间接循环系统技术（如“新元”公司平谷区将军关村太阳能采暖项目）。

目前国内设计的太阳能系统中，储水箱的设计方案有两种：单水箱太阳能采暖系统及双水箱太阳能采暖系统；单水箱太阳能采暖系统是指在太阳能采暖热水系统中，采暖与热水功能水箱共用一台，采用夹套换热等形式实现功能的区分；双水箱太阳能采暖系统指采暖与热水水箱独立设置，通过系统的阀门切换实现供热功能的转换。

由于单水箱方案较之双水箱方案具有投资低、占用空间小、使用方便等特点，因此，北京地区工程应用中除早期实施工程（平谷区将军关村、玻璃台村）采用双水箱设计方案外，后期实施的工程全部采用了单水箱的太阳能系统设计方案。

3.3系统设备的技术现状

3.3.1集热器

作为太阳能热利用的一个组成部分，太阳能采暖系统采用的集热器类型主要三种：平板型太阳能集热器、全玻璃真空管太阳能集热器、热管真空管太阳能集热器。

平板集热器结构简单，抗压、抗外力冲击、抗冷热冲击能力强，故障率低，使用寿命长等优点，且易达到与建筑的结合。真空管及热管集热器则存在着故障率相对较高，使用寿命短，与建筑结合性能不佳等问题。由于太阳能采暖工程大部分为与建筑相结合的形式，因而对产品的与建筑结合、故障率、使用寿命等性能要求较高，相比于全玻璃真空管及热管真空管太阳能集热器，平板太阳能集热器在这一方面的性能更加优越。

在集热器的热性能方面，尽管平板集热器的保温性能劣于真空管集热器，但由于其有效采光面积要远大于真空管集器，因此，在产水温度与环境温度差值较小的情况下，其热效率要高于真空管集热器。实验数据表明，在北京地区环境温度0℃时，平板集热器的效率高出真空管集热器约15%。同时，针对太阳能采暖工程中“非季能源过剩”问题，真空管集热器易发生爆管、真空度降低等问题，而平板集热器则能较容易地解决这一问题。

因此，目前北京地区太阳能采暖工程中，除少部分工程中使用了真空管或热管太阳能集热器外，绝大部分均采用了平板型集热器。

3.3.2储水箱

目前，太阳能采暖系统中储水箱的结构形式不尽相同。

单水箱太阳能采暖系统中，水箱为夹套形式，将采暖与热水进行功能区分。典型的设计方式如“九阳”的双层套筒式水箱。此水箱为双层结构，外夹层水为采暖与太阳能集热循环热水，此部分为常压，以满足太阳能集热系统部分的排空等需求。内套热水水箱为承压式，以满足生活热水的简单供应。

双水箱太阳能采暖系统中，两个水箱为简单的常压开式水箱，结构较为简单。在防冻液——水间接循环的太阳能集热系统中，水箱设置盘管换热器。

在水箱的制造工艺上，为保证设备的正常使用寿命，目前一般均采用不锈钢或搪瓷的方案。

3.3.3辅助热源

太阳能采暖系统的辅助热源从技术上可采用任何一种常规热源，以弥补太阳能源不稳定的缺陷。从本次调研的结果看，目前普遍采用较多为生物质、电等清洁能源形式。

辅助能源的设置形式目前一般均按系统进行统一设置，即一套系统设置一套辅助设备，这种方案对于采用生物质等形式较为适合。对于采用电加热辅助的系统，由于其运行成本较高，部分专业技术人员提出每户按不同区域设置“单体空调”的辅助方案，此方案具有辅助加热启动速度较快的特点，因此对于用热需求间隙性大的用户更为适宜。

从建筑节能的角度考虑，辅助热源的设置除了保证技术上的合理性外，更重要的因素是满足建筑节能的要求。《公共建筑节能设计标准》中对采用电热锅炉做出了限制规定，太阳能热水采暖系统是以节能为目标，因此，更应严格控制采用电热锅炉作为辅助热源的型式。

3.3.4采暖末端

太阳能集热器属中低温热源设备，因而应针对其效率特性曲线进行供暖散热端的选择，以达到系统的整体高效性。目前工程普遍采用的为低温地板辐射散热系统，同时也开始建设了部分风机盘管采暖末端的系统。低温热水热媒的末端系统使太阳能集热系统始终工作在高效率区域。

4. 运行状况分析

4.1 运行效果

建筑物室内采暖温度在实际使用中，除与太阳能集热器配比面积有关外，还受建筑物建设地点、建筑材料、房屋结构、建筑朝向、居住人口、生活方式等多种主客观因素影响。即便是同一建筑物，在不同季节其运行效果也不尽相同。

本次调研的数据显示，目前太阳能采暖系统安装的比例范围（太阳能集热面积/建筑面积）基本在1：6-1：8，整个采暖季太阳能采暖的平均保证率在20-40%。根据用户反映，在安装太阳能采暖热水系统后，其耗能量较之以前有大幅降低。

以平谷区太平庄村为例，该村一期工程共计69户新民居示范工程，每户建筑面积111㎡，墙体材料采用金阳砌块，太阳能集热器与房屋建筑面积比为1：7.7，每户安装“九阳”平板太阳能集热器14.4㎡。

通过测试表明，北京地区在气温不是很低的采暖季初期和末期，在不使用辅助能源只启动太阳能集热系统的情况下，房间温度可达到16~18 ℃以上。

在冬季最冷的三个月里，不启动辅助设施的条件下，太阳能采暖房间的平均温度为10-12度，与非采暖房间的温差在10度左右。由辅助加热系统提供少量的能源对太阳能采暖系统进行补充，同样可以达到较佳的取暖效果。

4.2 太阳能供暖经济性分析

以北京地区典型的户型，住宅面积为150㎡，按北京地区建筑节能指标65%，建筑平均耗热指标22.5W/㎡，采暖季平均保证率取35％，按《太阳能供热采暖工程技术规范》（送审稿）计算，太阳能采暖集热器面积约18平米； [太阳能集热系统效率40%，储水箱及管道热损15%]

4.2.1、太阳能采暖系统的节能费用预评估

按上述配置进行设计，太阳能采暖系统在采暖季（120天）的节能量为11844MJ。节能费用：