清华阳光发力太阳能采暖技术

本刊记者 ■ 鹏飞

太阳能采暖技术被视为太阳能热利用产业升级的一个重要方向。太阳能被动采暖技术早已在太阳能建筑上得到广泛应用，但可从根本上提升室内采暖温度的主动式太阳能采暖技术却由于技术、政策、市场等方面滞后的原因，一直没有实现规模化推广应用。

时移世易、技术进步、环境变迁、产业升级等正在推动太阳能主动采暖技术逐步走进人们生活。

当前我国要应对日益严重的能源危机和越来越严重的雾霾天气，而雾霾的形成和煤炭的燃烧有直接关系，我国北方地区冬季采暖燃煤数量巨大，是形成雾霾的重要原因之一。我国政府正在出台多项政策大力支持采用清洁能源治理环境污染，其中太阳能光热应用作为其中一个解决之道成为重要选择。

清华阳光公司作为我国太阳能热利用行业的领军企业，不仅依靠技术引领产业发展，更凭借先知先觉的市场敏锐嗅觉，及时布局太阳能采暖市场开发，着力引导太阳能采暖市场消费。清华阳光在多年太阳能热利用研发和生产中沉淀的雄厚技术基础上，通过进一步的系统研发，推出了系列太阳能采暖解决方案，旨在取代燃煤解决冬季采暖问题。

清华阳光两项太阳能采暖新产品通过技术鉴定

受北京市经济和信息化委员会委托，北京市技术创新服务中心于3月7日在北京组织召开了北京清华阳光能源开发有限责任公司、北京华业阳光新能源有限公司研制的“全玻璃热管集热器排空式太阳能供热采暖系统”和“一种新型高效的采暖专用闭式承压太阳能集热系统”新产品鉴定会。

以中国农村能源行业协会太阳能热利用专委会主任罗振涛为组长的鉴定委员会听取了研制单位所作的工作总结报告、技术总结报告、工艺审查报告、质量检验报告、财务报告，并审查了检测报告、查新报告、用户使用报告及技术文件资料，观看了产品现场演示，经质疑和讨论，鉴定委员会认为：

全玻璃热管集热器排空式太阳能供热采暖系统采用双级全玻璃热管真空太阳集热管和双通道全排空集热器，实现了集热器的全排空，大大提高了系统的安全和防冻性能，系统具有集热效率高、能耗和运行费用低等优点；该产品的辅助热源独立回路、系统集成式泵站及大数据量处理智能控制设计实现了智能化、自动化运行，优先利用了太阳能，提高了系统的经济性和可靠性。

新型高效的采暖专用闭式承压太阳能集热系统的辅助热源独立回路、系统集成式泵站及大数据量处理智能控制设计实现了智能化、自动化运行，优先利用了太阳能，提高了系统的经济性和可靠性；该系统采用的独立辅助热源回路设计，U型管铝翼胀管技术，具有创新性和实用性。

以上两种产品节能减排效果显著，具有较高的经济和社会效益，市场前景广阔，技术均达到国际先进水平，同意通过新产品鉴定，并建议加快成果的推广应用。

清华阳光总裁文辉表示，公司非常重视太阳能供热采暖工程的研发，专门成立了以总工程师黄哲林为组长、副总裁李旭光为总指挥、清华大学教授殷志强为总顾问的工作组，而他自己则作为总指挥协调项目组的工作。他说，事实上，该研发项目早在北京大规模爆发雾霾之前就已经启动了，如今成果鉴定通过，可谓与当前国家治霾行动不谋而合，相信通过国家政策的推动，太阳能采暖一定会大有用武之地。罗振涛表示，应该在太阳能采暖标准化、设计手册方面做进一步的工作，以方便建筑设计人员参考。

全玻璃热管集热器排空式太阳能供热采暖系统

该系统背后是数10项清华阳光自主知识产权技术的支撑，其核心部件全玻璃热管真空式太阳能集热管正是清华阳光首席科学家殷志强教授率领团队取得的国内外首创创新成果。设计针对寒冷地区，太阳能保证率30%以上，单体房户式采暖用热需求，提供采暖季采暖及全年生活热水。节能建筑或现有建筑已做一定的节能改造，采暖设计热负荷指标符合GB/T 50668-2011《节能建筑评价标准》的要求。

采暖专用集热器采用双级全玻璃热管真空太阳能集热管，在普通集热管的基础上，增加了和内管外径相同的冷凝段，将由冷凝段和内管一起组成的空腔抽成真空，同时灌注适当量的工质。在性能不降低、成本不增加的前提下，防冻、防水垢，可靠性高。同时，通过研发人员的深入研究，在真空管内管中也增加了冷凝段，使工质快速充分汽化，进一步提高了玻璃热管的启动时间，从而提高产品热性能。玻璃热管排空采暖系统则实现了集热系统全排空不炸管，安全可靠性高，不再需要伴热带等防冻手段，节约能源，极大地减少了系统热损，提高系统可利用热量；系统集成泵站的设计，降低安装难度，提高安装效率；采暖储热水箱分层的优化设计，配合排空和采暖循环的需要，水箱内热利用充分，冬季防冻。专用采暖控制器可实现全天候自动智能控制，满足舒适性的同时降低热量消耗。

在清华阳光马池口生产基地的房顶上，笔者看到了这套实验系统。殷志强教授介绍说，为了冬季最大化地利用太阳能，这套集热器的安装倾角由最初的25°调整为55°，增加了单位集热面积上的有效得热量；双级玻璃热管有效加快了系统启动，平均启动时间提前约40 min；同时也有利于缓解太阳能集热器夏季系统过热问题。但是这个角度直接在农村房屋上安装可能有悖于建筑美观的要求，建筑师和用户接受需要一个过程。因此，后续推广时最好和建筑设计结合，将集热器和建筑实现一体化设计。

图2 安装在昌平区乃干屯村的全玻璃热管集热器排空式太阳能供热采暖示范系统

北京市昌平区乃干屯村村民家里安装了该太阳能采暖系统。采暖终端采用地盘管地板采暖，集热器总面积为33.1 m2，采暖面积129 m2，辅助6 kW电加热。经过2013年11月下旬至2014年1月、2月的运行，室内温度维持在16～20 ℃，不仅替代了燃煤，而且系统运行费用降低，运行稳定。

新型高效采暖专用闭式承压太阳能集热系统

系统特别针对环境温度较低的寒冷及部分严寒地区、太阳能保证率30%以上，采暖供水温度较高(采暖回水温度40 ℃)的情况下，新型U型管太阳能集热器具有较好的热性能和可靠性。

采暖型新型高效U型管太阳能集热器由涂有增透涂层的全玻璃真空太阳集热管、传热铝翼、U型铜管组成。传热铝翼采用独创的铝翼胀管技术，集热-传热等部件配合更紧密、可靠，有效提高系统得热量；系统集成泵站的设计，降低安装难度，提高安装效率；采暖储热水箱分层的优化设计，配合采暖循环的需要，水箱内热利用充分，冬季防冻。设计了专用采暖控制器，实现全天候自动智能控制，做到满足舒适性的同时，降低热量消耗。

北京市怀柔区吉寺村村民家里安装了该太阳能采暖系统。采暖终端采用暖气片，集热器面积为18.1 m2，采暖面积100 m2，辅助8 kW电加热。经过2013年11月至2014年1月、2月的运行，室内温度维持在16～22 ℃，不仅替代了燃煤，而且系统运行费用降低，运行稳定。

有些房屋结构不利于全玻璃热管集热系统排空的实现，安装上也存在不小的难度，对施工要求也较高，从而造成全玻璃热管排空式集热采暖系统可靠性降低。另外在最冷月，日均环境温度在-10 ℃以下的地区使用有一定的风险。而可承压的U管式真空管集热器和金属热管式真空管集热器可构成闭式集热循环太阳能供热采暖系统，集热系统中用防冻液作为换热工质，防冻、可靠、热效率高，采暖末端可选择散热片等多种形式，适合于已有建筑供热采暖系统改造。

太阳能采暖推广应用正当时

清华阳光的双级全玻璃热管产品及生产工艺技术已基本成熟，并进行了大规模生产，全玻璃热管集热器也已在生活热水领域进行了几年的规模化应用。排空式玻璃热管集热器在集热使用过程中和普通玻璃热管集热器接近，且已进行了试用等小规模安装，技术成熟。

新型采暖U型管太阳能集热器产品及生产技术已基本成熟，并已进行了小批量生产。普通U型管太阳能集热器也已在生活热水领域进行了15年以上的规模化应用，技术成熟，只是在集热管密封结构、内部传热换热结构等方面还需改进使其更加完善。

这两种太阳能供热采暖系统均已进行了相应试验，除了系统排空可靠性和系统配置合理性等问题需进一步优化解决外，系统整体可行，满足使用要求。通过本项目的进一步工作，可实现其大规模的生产推广。

以北京为例，城区大多实现了天然气采暖，但郊区农村尚有很多村民仍在使用传统燃煤采暖，其烟尘排放流动传播无疑会对城区大气环境产生影响。因此，太阳能采暖推广正当时。

针对北京地区约100 m2的农村单体房，系统一般采用采暖面积／集热器总面积= 4:1～7:1，这两种太阳能采暖系统与平板系统比，其热性能高于平板系统；和现有普通真空管系统相比，其热性能和可靠性均高于普通真空管系统。

两种采暖系统可满足北京周边郊区县的家庭采暖使用需求，根据不同的配比，可提供从25%～50%的太阳能采暖保证率，具有较强的市场竞争力及实用性。