我国偏远地区直接利用太阳能供暖存在的问题及解决策略研究

我国偏远地区直接利用太阳能供暖存在的问题及解决策略研究

摘要：由于交通不便，远离市政集中供暖设施等因素，偏远地区冬季的取暖问题一直是影响生活质量的关键因素。本文从太阳能直接热利用角度出发，论述偏远地区利用太阳能解决取暖问题的必要性。指出目前主被动利用太阳能取暖存在的问题，同时提出一些解决策略，并对发展前景做出展望。

关键词：偏远地区：太阳能；直接利用；取暖

Abstract: due to the traffic inconvenience, away from the municipal central heating facilities and other factors, remote area winter heating is always the key factors affects the quality of life. This paper, from the Angle of the solar energy directly thermal utilization, this paper discusses the remote districts to use solar energy to warm the necessity of solving problems. At present are pointed out and passive solar energy heating of existing problems, and puts forward some solving strategy for development of telenursing.

Keywords: remote areas: solar; Direct use; heating

0 引言

能源是社会发展的重要物质基础。十八世纪五十年代，伴随着产业革命与社会生产力的提高，天然气、石油、煤成了世界能源的支柱，此后被人们称为常规能源。但是全世界可开采的常规能源是有限的，持续开采终将面临枯竭。如何利用新能源解决世界能源危机，是全世界关注的问题。而太阳能作为一种无穷无尽的清洁能源，他的利用引起了世界各国的重视。作为耗能大户的建筑行业对于太阳能的利用更是势在必行。

1 偏远地区直接利用太阳能取暖的意义及必要性

本文所指的偏远地区为人口密度较低，经济不发达但又需要冬季取暖的区域。特别是交通运输及其不便利的偏远山区。由于人口密度低，热量需求比较分散，使得用于城市中的比较经济可行的集中供暖在这些地区很难实现。

目前这类地区常用的取暖方式有：燃煤地炉、火炕、土暖气等方式。这些取暖方式大都采用常规能源，就地取材的树枝、秸秆、杂草等燃烧释放的能量较低，同时需要大量的空间用于储存，燃烧时会伴随大量烟气影响室内空气质量使用起来极其不便。而用于取暖的煤则需要由开采地运输到达，由于交通运输不便，成本相对较高。常规能源燃烧还会释放出大量的CO2SO2等对环境造成污染的气体。而太阳能这种清洁的新能源除了不会对环境造成污染外还基本不受交通，城市基础设施等因素的制约。是一种可以就地取能、按需取能的理想能源。

我国幅员辽阔，太阳能资源丰富。按照年辐射量大致可以分为四类如图：第一类为日照丰富区：辐照量大于6700MJ/m2·a。第二类为日照较丰富区：辐照量在5400～6700MJ/m2·a。第三类为日照一般区：辐照量在4200～5400MJ/m2·年。第四类为频贫乏区：辐照量小于4200MJ/m2·a

我国太阳能资源在同一热工设计分区有所不同，但是三分之二以上的采暖地区都属于二类采暖以上的地区，其余的大部分采暖区域包括陕西的部分地区、东北、山东、江苏大部，内蒙古、河南、河北、山西、也都属三类地区。[ 引自胡志领我国太阳能供暖的研究与分析科技创新导报2011.01]

因此我国偏远地区利用太阳能取暖的必要性十分明显。利用太阳能取暖的方式大致分为直接与间接两种。直接利用指的是把太阳辐射的热量直接收集起来用于供暖，包括通过太阳能集热板进行收集。间接利用指的是把太阳能转化为其他形式的能量再转化为热量进行供暖，太阳能发电供热就是其中一种典型方式。由于目前采用蓄电技术需要的成本较高，以及能量之间相互转换损失较大，虽然它有着自己的优势，可以在阴雨天持续供暖。但是目前在本文所指的偏远地区很难普及。本文主要论述太阳能直接热利用存在的问题及解决策略。

2 偏远地区直接利用太阳能取暖存在的问题

目前直接利用太阳能取暖的方式大致分为主动式太阳能集热与被动式太阳能集热。主动式太阳能采暖系统是依靠水泵或风机把太阳能加热的水或空气送入室内通过末端散热设备进行采暖。这是一种可以人为控制的方式，通过设置的集热器、管道等太阳能采暖设备和动力系统来接收、转换和传输太阳能的闭路系统实现采暖的目的[ 引自被动式太阳能采暖卫生院P46]。被动式太阳房则与主动式相对，指的是依靠太阳辐射通过自然循环来达到供暖的目地。

通过建筑南向大面积的吸收太阳光辐射，并对建筑形体、布局、维护材料和

构造做节能设计。使得冬季可以很好的收集、储存以及分配太阳能，基本达到取暖的目的。由于不用复杂机械设备及管道通风系统被动式太阳房造价较低，采取就地取材,使建造太阳房的成本仅比同面积普通住宅增加15% ~20%[ 引自诸玉芳生态农村建设中太阳能的利用研究农技服务2008]，同时维护起来很方便。被动式太阳房目前大致可以分为以下几类：直接受益式、集热蓄热墙式、附加阳光间式、组合式。

2．1被动式采暖存在的问题

被动式取暖这种方式经过理论计算与实际测得的数据都证明可以起到很好的保暖作用，降低冬季取暖能耗。但是大部分情况下单纯的采用被动式并不能完全满足冬季采暖地区建筑的热量要求，同时建筑成本会有所提高。因此目前的被动式建造方式主要用于建筑的节能要求。并不能完全取代常规供暖方式。加之建筑成本会有所提高，回收需要一定年限，在偏远地区的广泛推广还没有实现。而被动式住宅的建造大多需要在设计初期就对建筑做好规划，改建工程则需要更多的造价成本。同时偏远地区建筑的建造往往存在自发性，很多建造后的房屋进行被动式改造要比安装常规取暖设备复杂的多，因此除了政府和科研单位推广的地区外被动式暖房在大部分偏远地区还未被人们广泛应用。

同时由于被动式的供暖能量来源主要是南向的太阳光，受到南向受光面有限以及热量收集装置效率等问题的影响，室内温度特别是在阴雨天经常会出现很大波动。被动式住宅的进深小，建筑室内换气次数减少等问题也有待解决。

2．2主动式采暖存在的问题

由于太阳能能量密度低，而建筑取暖对能量的需求高于日常生活对热水的需求量。因此一定使用面积的房间就需要相应面积的太阳能集热面积，但是一未的依靠加大集热器面积不仅受到建筑物表面积的制约，也影响了建筑取暖的经济性。来自夏季大量多余的热量无法合理被利用。

面对太阳能全年需求量不平均、以及阴雨天能量供应不足的问题，引入了蓄热技术。

1）短期蓄热以水和空气为媒介，通过石蜡、水等蓄热材料进行蓄热。蓄热装置主要放置在室内，如果蓄热量需求过大会导致蓄热体体积增大，以及保温材料的增加。大大降低取暖的经济性。太阳能集热与地暖的结合一定程度上降低了室内对能量供应稳定性的需求，减少了蓄热体的体积。但是单纯依靠主动式进行取暖还是难以避免阴天对能量供应的影响。

2）长期跨季蓄热常常采用冻土层以下埋水箱或沙石以及其他蓄热材料蓄热，并进行保温设计。通过空气和水为媒介，采用一定体积的水、岩石、土壤蓄热量较大成本低廉的材料进行蓄热，以解决热量分配不平均的问题。此模式主要用于跨季蓄热，用于短期蓄热经济性不高。而目前跨季蓄热本身只是改变了能量季节分布不平均的问题，但是收集到的热量由夏季到冬季的衰减还是十分明显的，新