太阳能热水系统在寒冷地区的应用参考word

太阳能热水系统在寒冷地区的应用

一、前言

随着国民经济的发展，能源需求量日益增加，能源利用情况紧张，而常规能源的大量使用必将对环境造成不利影响。太阳能作为可再生能源的一种，取之不尽，用之不竭，同时又不会增加环境负荷，将成为未来能源结构中的重要组成部分。我国属太阳能资源丰富的国家之一，年辐射总量大约在3300-8300MJ/（m2.a），全国2/3以上面积地区年日照小时数大于2000h，每年陆地接收的太阳辐射能相当于2.4万亿吨标准煤，具有太阳能利用的良好条件。在建筑能耗中，生活热水、供暖能耗占了相当的比例，利用太阳能来满足生活热水、供暖这些低品位能耗的要求具有巨大的节能效益，因此，太阳能采暖技术越来越受到人们的重视。

二、太阳能资源利用的国际市场

欧洲各国由于重视节能和利用可再生能源，加上城镇和郊区基础设施完善，多年来积累了对供热基础设施进行节能改造、兴建可再生能源供热（生活热水和采暖）设施的大量经验。

欧洲各国的城镇基础供热（basicheating）大多是由区域供热（districtheating）设施提供的。而中欧、北欧国家的供热设施最为完善，传统上多采用建设大型热力站的方式为住户供热，这就使得大型太阳能热力站（Large－scale Solar Heating Plant）技术在欧洲得到了大量的工程应用。

欧洲大规模太阳能热水技术的工程应用普遍具有以下特点：

统一规划设计

新建和供热系统节能改造并存，系统类型多样

太阳能热水系统作为辅助系统与区域供热系统结合

全天候运行

既提供生活热水，也提供采暖

整合供热先进技术和设备，系统效率高

多元化组合能源系统（燃气、燃油、燃木屑、生物质能、电等）。

平板式集热器为主，安装部位有屋面、墙面、地面，可替代屋面板（德国、

挪威）、与屋顶窗合（丹麦）等。

丹麦Marstal太阳能热力站为供热系统节能改造项目，利用太阳能和生物燃料替代废油为当地居民2700人提供区域供热。丹麦的另一座AEroskobing太阳能热力站，总集热面积4900m2，为550户居民供热，相当于每户平均安装太阳能集热面积9m2，年供热能力2．1GWh，相当于全年热负荷16～18％，夏季可提供相当于全部需求75％以上的热水，其余用热需求由燃秸秆锅炉完成。上述两座热力站均通过新建太阳能供热系统，与原有区域供热设施相连，并采用热泵技术进行蓄热，以提高太阳能供热的比例。

瑞典Kungalv太阳能热力站，是城镇供热系统的组成部分，总投资273万欧元（273欧元m2集热器），邻Munkgarde区域热力站而建。该区域热力站由设计能力为5MW的太阳能热力站与一个12MW的燃木屑锅炉、两个12MW的燃油锅炉相连，配备了1000m3的蓄热水箱，800个面积为12．5m2的平板集热器按阵列布置在一块废弃的农田上。2002年，太阳能供热系统的产能已接近4GWh，整个热力站的年供热能力接近90GWh。

芬兰赫尔辛基北部的维埃基新城，2002年建成“生态维埃基（Ekoviikki）”居住宅区大型太阳能热力站系统，系统由8个多层住宅系统复合而成，每个多层住宅系统有80～250m2的集热面积，总集热面积共1248m2。集热器安装在坡屋面上，每块集热器面积特制为10m2。太阳能热力站与居住宅区低温循环供暖系统联合使用，为368户、35625m2的住宅提供生活热水和供暖。目前，50％以上的采暖和生活热水可由太阳能提供。太阳能热力站建设费用80万欧元，而太阳能热水系统所增造价，仅使住宅销售价格提高了0.5％。

大型太阳能热力站的优势在于整合能源资源结构、整合优势供热技术和设备，提高区域供热效率。但是，由于一次性投资大、回报时间长等原因，造成大型太阳能热力站在欧洲市场上缺乏经济竞争力，但从技术的层面来讲，欧洲的工程技术经验值得我们研究和借鉴。另外，开发和利用太阳能，在我国小城镇建设住宅区级太阳能供热系统，不仅仅是解决对于某些国家和地区来说的能源绿不绿或用不用的问题，而是要解决能源有无的问题。

我国近10年来太阳热水器行业发展迅速，目前已拥有世界上独一无二的不靠政府补贴的巨大市场。但是，尽管我国太阳能热水市场的总量在世界上居于首位，但人均却只有中等水平。加强太阳能热水技术、特别是集中式太阳能供热技术的集约化、标准化、产业化工程应用，将成为推动和扩大太阳能产品市场发展的有效途径。可以预言，如果说分户式太阳能热水系统为中国成功地启动了太阳能热

水产品市场的话，那么根据气候特点和太阳能利用条件，统一规划和建设大规模集中式住宅区级太阳能供热系统，可以使太阳能热水产品市场得到进一步扩大，并为寒冷地区供热工程的进一步发展带来新的机遇。

不难看出，寒冷地区未来太阳能热水系统和产品市场的潜力更为巨大，如能通过技术开发和市场引导，可以有效地利用太阳能为寒冷住户改善生活居住条件，提高生活质量。一方面，通过规划设计合理的太阳能供热服务半径，不仅可以实现为寒冷地区提供生活热水、还可以实现为寒冷地区住宅解决基本采暖的目标。另一方面，对于现有寒冷地区的供热基础设施的节能改造来说，建设与原有供热设施相结合的大型太阳能热力站，通过合理的能源组合，实现增效和节能，可以有效地减少常规能源的使用，减少CO2排放，保护城市的生态环境。

三、太阳能供热系统实例

中国延安干部学院添建工程充分考虑到了这一点，其太阳能供热系统是由太阳能采热、换热两个独立系统组成。其中太阳能集热系统采用国外先进设备，集热板采用进口蓝膜平板集热器，提高系统集热效率，运用温差循环系统原理，是目前国内西北地区最大、最先进的系统模式，被陕西省住房和城乡建设厅列为太阳能光热示范项目的工程。该工程为国内寒冷地区今后大体量太阳能供热工程的实施提供了借鉴经验。

3.1工程概况

中国延安干部学院添建项目是为了进一步贯彻中央和中央领导

“继续大规模培训干部，充分发挥党校、行政学院、干部学院作用，大幅度提高干部素质”的指示精神，完善原学院工程在教学、生活等功能方面需要，经国家发改委立项批准于2010年3月开始建设。太阳能热水工程是体现添建工程节能、环保、绿色理念的措施之一，被陕西省住房和城乡建设厅列为太阳能光热示范项目的工程。添建工程由中国建筑西北设计研究院设计，生活热水供应范围仅限于添建范围建筑，总建筑面积约3.4万平方米，设计热水日供应量26t/d，热负荷5810000KJ。

中国延安干部学院添建项目热水供应系统的热媒采用太阳能主供热和锅炉辅助供热系统，以确保系统的安全可靠。太阳能热媒作为主供热热媒，当交换出的生活热水能够满足要求时，锅炉系统的辅助换热系统就关闭；当遇到冬季、阴雨等天气，太阳能主换热不能满足要求时，锅炉系统的辅助换热作为补充和保证。

3.2太阳能供热系统的选型及构成

3.2.1 地理位置及光照条件

延安市所处地理位置为北纬37度37分，太阳能资源分类为二类分布区，年平均光照2200~3000小时，年利用太阳能3001191MJ，太阳能保证率可达到50％以上。

为了最大限度缩短太阳能热水系统管道长度、减少热量损失、并充分考虑到系统与建筑群的协调统一，太阳能集热板矩阵布置在中国延安干部学院东侧锅炉房、动力中心、花房屋面上，一字排列，太阳能集热板矩阵全长155米。

3.2.2 太阳能集热系统防冻设计要点