太阳能采暖综述

李少帅 胡蓉蓉 孔顺莲

摘要：我国的建筑能耗中，北方寒冷地区的采暖能耗占了相当大的比例。利用太阳能来满足生活热水、供暖等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。太阳能光热技术目前已经成为现代太阳能利用的不可或缺的部分，新能源的发展离不开太阳能光热技术的利用。本文将阐述太阳能光热利用技术的应用与发展情况。

关键词：光热技术;采暖;应用技术

0     引言

由于人类对能源需求的日益增长，常规能源的日益短缺，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。世界各国为寻求能源安全和人类社会可持续发展，将战略目光转向可再生能源的开发。太阳能是最理想的可再生能源，具有清洁、无污染、辐射总功率巨大且取之不尽的优点，开发和利用太阳能是人类社会可持续发展的重要举措。人类利用太阳能的历史非常悠久，太阳能热利用的技术也最为成熟[1]。

1     太阳能采暖的背景

中国北方广阔地区由于地理位置原因，冬季寒冷一般集中供暖从每年的11月 15日开始到次年的3月15日停止供暖，具体时间根据具体气候情况有所不同，例如东北地区、青藏高原地区等。但在这些地区，除延长集中供暖时间外，其余时间仍有前后两个月左右，室外温度明显回升，但在室内老人、体弱者、久坐者仍会感到体感温度偏低，如要人体在室内感到舒适，仍需进行少量热量补充。此时室内外温差较大，此时利用太阳能光热采暖效率一年中最高，且能用户反馈较好，因此基于此背景下，提出在这些地区广泛应用太阳能光热辅助采暖的建议。

2     太阳能采暖

2.1  太阳能采暖的定义

太阳能采暖：是指将分散的太阳能通过集热器（例如：平板太阳能集热板、真空太阳能管、太阳能热管等吸收太阳能的收集设备）把太阳能轉换成方便使用的热水，通过热水输送到发热末端（例如：地板采暖系统、散热器系统等）提供房间采暖的系统，我们称之为太阳能采暖系统，简称太阳能采暖。其结构形式是分为真空的管式太阳能热水器以及平板式太阳能热水器。我国主要应用的是以真空管道式为主的。

2.2  太阳能采暖的工作原理

首先是吸热的过程。这个过程是太阳辐射透过真空管的外管，被集热器镀膜吸收之后沿着内管壁传递到管内的水。而管内的水在吸热之后温度就会上升，随着比重减小而上升，从而形成一个向上的动力，就构成了一个热虹吸系统。随着热水的不断上移并储存在储水箱上部，同时温度较低的水沿管的另一侧不断补充如此循环往复，最终整箱水都升高至一定的温度。

其次是循环管路。使用的一般都是按照自然循环的方式来运作的，不存在外在的动力。因为太阳能热水器的集热的面积并不大所以我们不采用管道循环的方式。

再次就是顶水式使用的过程。由于顶水工作的优点是供水压力来自于自来水压力，比自然重力式压力更大[2]。

2.3  太阳能采暖的组成结构

太阳能取暖设备主要构成部件：太阳能集热器（平板太阳能集热器、全玻璃真空管太阳能集热器、热管太阳能集热器、U型管太阳能集热器等），储热水箱、控制系统、管路管件及相关辅材、建筑末端散热设备等组成。

3     太阳能采暖的优势及注意

3.1  太阳能采暖的优势

1）    太阳能采暖是一项环保工程。它与普通的采暖方式不同的是热源不同，即普通采暖是燃煤、电、油、气等，而太阳能采暖是利用无污染、可再生的太阳能。

2）    太阳能采暖经济效益显著。太阳能采暖一般3-5年即可收回投资成本，而它的使用寿命一般在20年左右，所以它的经济效益也是十分显著的。

3）    节能减排。以华园新能源工程公司生产的太阳能采暖设备为例，它可以实现采温送暖及传输蒸汽等等并且配有自动装置，使农业生产实现现代化和自动化。由于太阳能采暖清洁安全，不会产生传统烧煤采暖炉一氧化碳中毒的危险，也不会发生烫伤等意外。适用于大型建筑，如学校、办公室、工厂、养殖温室等。安装太阳能采暖工程，还可以免费获得洗浴热水，是一举多得的节能减排工程。

3.2  太阳能采暖的注意事项

1）    集热面积的设计，靠考虑整个冬季建筑物需要的一个平均热量，太阳能集热设备配的大，造价高，浪费设备和资金，配的数量少达不到节能效果。所以配置太阳能面积非常重要。

2）    考虑热量储备，太阳能时间性很强，白天充足，夜间是零，和我们需要采暖的过程从时间上是完全相反的。但是由于建筑物有热惰性，在配合一定的蓄热设备，我们完全有能力把热惰性产生的时间差人为的改变和调节，使之和我们的需要想符合！热惰性在太阳能采暖的设计过程中非常重要。

3）    太阳能采暖和地板采暖相结合能够达到最节能的采暖系统。

4     发展前景

目前，太阳能作为一种清洁新能源必是世界经济发展中最具影响力和决定力的技术领域之一，新能源的发展离不开太阳能光热技术的利用。太阳能光热技术的发展将会在中国西部广大的寒冷、地形多样和零散的生活条件中发挥着非常独特的作用。未来太阳能开发利用的重要方向，就是用太阳能光热技术全方位地解决建筑内热水、采暖、空调和照明，最终将太阳能光热技术与建筑结合，实现一体化研究与实施，同时这也是整个太阳能行业日趋占据市场的根本所在。

太阳能中高温热利用市场是沉睡的巨人。具有太阳能热水和太阳能采暖空调双重功能的太阳能组合系统正日益受到国外太阳能行业的重视。国外已经设计和安装了多种类型的太阳能组合系统，其中大都已进入市场，并且市场份额正在逐步扩大。我国很多太阳能企业也在太阳能采暖方面作了尝试，部分示范工程效果还不错，如国际新能源市场、北京平谷、内蒙包头等工程，这无疑是另一个巨大的市场商机。

5     结束语

太阳能的各类热利用技术是世界各国争相开发、发展的重要技术措施，也是我国政府在政策上大力鼓励、扶持的技术，并已在部分具体应用方面取得了重要成果，且已经日渐成熟并形成了产业。我国也需要继续加大这方面的技术研发和生产实践，使太阳能的热利用技术走在世界的前列[3]。

参考文献：

[1]窦蓉.太阳能采暖的优势与应用[J].河南建材，2013，（1）：166-169.

[2]李忠义，太阳能热利用技术发展趋势浅析[J].科技论文与案例交流，2014.04.130：32-33.

[3]郝华丽.太阳能热利用技术概述[J].智能城市，2016.08.258：309.