浅析太阳能采暖与生活热水系统的技术与经济效益

李恩云LI En-yun

（山东华元建设集团有限公司，诸城 262200）

（Shandong Huayuan Construction Group Co.，Ltd.，Zhucheng 262200，China）

1 研究背景

随着能源政策的进一步落实和实施，在实际工程中，公司始终坚持科技创新，在建筑节能技术产品的研究推广领域不断加大投入，不断地开发新产品，保证了产品的不断升级和技术更新。集团以墙材革新、建筑节能、可再生能源利用等为创新点，以建筑工业化和住宅产业化为方向，不断加大科技投入，努力提高自主创新能力，建成了国家重点高新技术企业和省级工程技术研究中心，逐步建立起较为完善的企业科技创新体系。新型墙体材料、建筑节能、太阳能综合利用的研究开发和推广应用工作走在全国前列。实现太阳能与节能建筑有机结合、利用可再生能源智能化采暖供热的“太阳能智能化采暖与节能建筑一体化技术”，被列入国家科技攻关计划；“寒冷地区太阳能采暖与生活热水供应系统”获得山东省科技进步一等奖。

2 技术工艺原理

太阳能采暖和生活热水系统由集热器、蓄热水箱、辅助热源和自动化控制系统组成。主要系统包括：①集热系统，住宅楼屋顶面南侧全部设置太阳能集热模块，将循环水用太阳能光热加热至设定温度，自动化温差控制流入储热水箱；②采暖系统，按常规设计低温地板辐射采暖系统，用于冬季采暖；③辅热系统，遇阴雨等特别天气时利用城市蒸汽管网辅助加热至设定温度；④热水系统，按常规设计安装热水管道，全年四季供应生活热水；⑤自动化控制系统，根据设计要求设计软件自动控制，补水、循环、辅热、防冻、水温和室内温度；⑥计量收费系统，采暖费收取，每户在室内楼梯间入口处设计热水流量表和控制阀门，按照系统范围测算数据和流量表的数字计算各业主每冬季的采暖收费金额。各业主安装热水流量表，每月按照流量表数字收取热水费。

该系统在建筑物朝阳屋面统一设置太阳能集热模块，在机房内设置保温储热水箱。当集热器上水温大于储热水箱水温一定温差时，二者之间连接循环管道上的循环泵自动启动进行系统内温差循环，直到将温差控制在额定值自动停止循环。遇到雨雪天气或处于气温过低的冬期，储热水箱水温达不到设定温度，与水箱相连的辅助热源管道上的电磁阀会自动开启，对水池加热至设定温度后停止。建筑物室内采暖用热媒即为储热水箱中的热水，当置于室内的温度探头监测室内温度低于设定温度一定数值时，自动控制柜控制循环泵及电磁阀开启，系统开始对室内进行循环加热，至室内达到设定温度时停止。室内由温控器控制管道上的电动阀门，自动控制使室内达到设定温度。建筑物内生活热水水源亦取自储热水箱中的热水，由压力罐控制热水泵启闭，向室内输送生活热水。实施该系统后，可充分利用太阳能为人们实现冬季采暖与一年四季供应生活热水。系统运行可靠，全部实现智能化控制，美观且经济实用，环保节能，利于产业化生产，实现了太阳能采暖、热水与建筑一体化有机结合。

在建筑结构中，太阳能采暖系统是一重要的系统架构。它应该作为建筑结构的子系统广泛应用到人们的日常生活中，实现建筑节能一体化，提高建筑节能效果。同时由于太阳能采暖工程集热器的面积远大于太阳能热水系统，目前安装的太阳能采暖系统，太阳能集热器与建筑面积按照1m2∶6～8m2的来布设，即1m2太阳能集热器适用于6～8m2的建筑面积。但若照此配置，冬期太阳能供暖效率不会太高，而且在夏季，太阳能系统产生的生活热水比实际消耗量要高，于是太阳能集热系统必须通过遮挡、闷晒的方式来减少太阳得热，无疑降低了非采暖季太阳能利用率，而且系统过热还可能引发各种安全隐患。鉴于此，要提高太阳能采暖系统的应用效率，冬夏热量平衡是首要解决的问题。

3 本系统安装运行特点

本节能成果广泛应用在城市多层建筑和新农村建设中的集中供暖和一年四季生活热水供应。其特点如下：

①储热密度大，温度恒定，储热容器体积小，热效率高。与传统储能材料水相比，储能密度最高可达水的4 倍，空间减少三分之一，比水的热流失低80%；②广泛的适应性，针对不同的应用场所，可提供不同融点的储能产品，不会产生如水所导致的细菌污染；③该技术无性能降级，无挥发，无磨损，无污染，无腐蚀，安全高效。④结构安全可靠，功能多样。太阳能采暖与生活热水系统不仅能供暖，还能提供热水；⑤健康、舒适、暖和。冬天采暖，不仅要考虑成本，更要考虑供暖的健康、舒适、暖和性，能舒舒服服过个暖冬，这才人们采暖的根本目的。供暖的暖和舒适度，在于供暖设备如何辐射热能。太阳能采暖与生活热水系统符合中医的“暖从脚起，脚暖全身暖”理论，供暖更健康、舒适。

4 技术及经济效益分析

太阳能地板低温辐射采暖与其他方式采暖经济比较如表1 所示。

表1

经济效益及社会效益分析：①太阳能负担了大约60%的热负荷，结合分户热计量，使建筑的实际能耗进一步降低。经运行记录统计，在采暖季中，蒸汽辅助热源的耗气（电）量仅为常规建筑的1/3 左右。

②经过示范项目经验，自动化控制程度高，具备绿色环保、设备投资降低、维护费用和运行费用降低等优点，此技术完全可靠，使用寿命达到15年以上。

③太阳能地面辐射供暖具备舒适卫生，改善家居环境，提高居住层次；没有散热器片及支管，增加了2%-3%的使用面积，便于室内装修和家具布置；各房间可按照住房所需独立调节；地板供暖为供回水双管系统，在每户的分水器前安装热量表，可实现按户单独计量收费；供暖期内，运行费用低于传统的暖气片供暖方式，而且室内温度基本恒温，无忽冷忽热现象。

④本技术先后在数十项建筑工程中得到了实践，为太阳能采暖技术的推广起到了良好的示范作用。通过示范工程的实际运行，多项新技术的先进性和可靠性得到了充分验证，受到了社会广泛关注，反响很好。取得了非常好的社会效益。本项目的实践与推广，符合国家环保、能源政策要求和产业化发展方向，推广应用前景广阔，在环保、节能方面社会效益显著，可为国家制定能源与产业政策提供参考。项目从着手科研到成品推广，都在国内建筑业画上了浓重墨彩的一笔。可以说，该系统的研发和应用是建筑行业的一次节能降耗的“技术革命”。系统的节能降耗功效在现实生活中必将发挥更大的优势。

⑤现阶段，国内每年新增16 亿m2的建筑面积，而使用太阳能采暖与生活热水系统的建筑非常少，大多数建筑仍沿用传统的采暖技术，这恰恰证明了该系统有非常广阔的市场前景。

⑥该系统的推广和应用必将在建筑行业掀起一场技术革命，一方面可推动太阳能产业发展，同时会催生建筑领域的多个新兴行业。

[1]北京九阳实业公司.不同类型辅助能源的太阳能采暖系统方案对比[J].农业工程技术（新能源产业），2009（11）.

[2]焦治平.浅谈青海省太阳能应用现状与发展前景展望[J].价值工程，2011（22）.

[3]齐益群.浅谈太阳能在建筑中的应用与发展[J].中小企业管理与科技（下旬刊），2012（03）.