【太陽能供熱采暖】趨勢(shì)以及裝置分析

1前言

       我國(guó)是太陽能資源十分豐富的國(guó)家，為太陽能利用提供了很好的先天條件。2014年太陽能集熱系統(tǒng)保有量達(dá)到4.14億平方米（289520MWth），2015年國(guó)家能源局給光熱產(chǎn)業(yè)提出十三五期間我國(guó)光熱產(chǎn)業(yè)的保有量低要達(dá)到8億平方米的指標(biāo)，此次光熱產(chǎn)業(yè)首次被提到國(guó)家政策決策層面進(jìn)行討論。為太陽能光熱利用的多樣化提出了新的要求。隨著能源的日益緊張，人們?cè)谌∨矫鎸?duì)清潔、環(huán)保的太陽能的需求越來越迫切。據(jù)相關(guān)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，全國(guó)供熱采暖耗能全年約為1.3億噸標(biāo)準(zhǔn)煤，耗能很大，是建筑能源消耗較高的領(lǐng)域。太陽能采暖系統(tǒng)技術(shù)具有較好的節(jié)能減排效果。目前全國(guó)已實(shí)施數(shù)十個(gè)太陽能采暖項(xiàng)目，分布在黃河以北的若干省市，累計(jì)采暖面積達(dá)30萬平方米，替代傳統(tǒng)集中供暖的比例不到1%，具有較大的市場(chǎng)推廣潛力，市場(chǎng)前景非常廣闊。

2太陽能采暖蓄勢(shì)待發(fā)

       發(fā)改委能源所公布的數(shù)據(jù)顯示，我國(guó)工業(yè)鍋爐排放的煙塵和二氧化硫分別占全國(guó)總排放量的41.6%和22.2%，燃煤工業(yè)鍋爐以高能耗、高污染排名靠前。環(huán)保部門在對(duì)環(huán)境監(jiān)測(cè)和氣象數(shù)據(jù)分析后得出冬季燃煤污染物排放是影響空氣質(zhì)量重要原因的結(jié)論。近年來，我國(guó)在不斷加速調(diào)整能源結(jié)構(gòu)，至今已是全球太陽能光熱產(chǎn)業(yè)大國(guó)，集熱面積位居全球，但主要是熱水系統(tǒng)的應(yīng)用，太陽能利用在國(guó)家能源戰(zhàn)略中一直處于重要的補(bǔ)充性能源地位。京津地區(qū)大型燃煤鍋爐的替代上可以看出清潔、高能效的燃?xì)庹紦?jù)著市場(chǎng)主導(dǎo)。但是，隨著我國(guó)天然氣進(jìn)口需求的逐年增長(zhǎng)，國(guó)際天然氣市場(chǎng)的高溢價(jià)日漸突出，發(fā)展可再生清潔能源利用刻不容緩，迫在眉睫，太陽能供熱采暖蓄勢(shì)待發(fā)。據(jù)了解，在國(guó)外，如丹麥、德國(guó)和瑞士等歐洲發(fā)達(dá)國(guó)家，太陽能供暖系統(tǒng)占有很高的市場(chǎng)份額，為整個(gè)太陽能熱利用的20%～50%。在德國(guó)，只有包含采暖用途的太陽能光熱應(yīng)用系統(tǒng)才享有政府補(bǔ)貼，部分地區(qū)的補(bǔ)貼甚至達(dá)到每平方米120歐元。在我國(guó)沒有集中供熱管網(wǎng)的地區(qū)，尤其是在區(qū)域性供熱和單體建筑上，太陽能采暖大有用武之地，城鎮(zhèn)化將是太陽能采暖產(chǎn)業(yè)化、規(guī)?；l(fā)展的契機(jī)和平臺(tái)。事實(shí)上，太陽能采暖除了在城鎮(zhèn)化和新農(nóng)村建設(shè)中大有作為以外，對(duì)工廠、醫(yī)院、學(xué)校、賓館、游泳館等工商業(yè)設(shè)施的建設(shè)和改造，太陽能采暖潛力巨大。對(duì)于太陽能企業(yè)而言，太陽能熱采暖早已不是什么技術(shù)難題。但是太陽能受季節(jié)和天氣影響，其能量呈現(xiàn)不穩(wěn)定性和不連續(xù)性，為彌補(bǔ)太陽能間歇性能源的缺陷，保證太陽能熱利用的穩(wěn)定高效運(yùn)行，太陽能資源的跨季節(jié)性調(diào)動(dòng)以及儲(chǔ)熱、換熱、熱流動(dòng)的技術(shù)運(yùn)作是關(guān)鍵，儲(chǔ)熱要做到長(zhǎng)效，盡量減少因時(shí)間因素造成的熱損失；換熱要做到熱能交換之后，采暖和熱水分開；熱流動(dòng)是要把大規(guī)模的蓄熱快速而充分地取出。國(guó)內(nèi)各大型太陽能企業(yè)已具備面向不同區(qū)域、不同市場(chǎng)需求，提供以太陽能光熱為主體，兼容電能、空氣能、燃?xì)獾容o助能源的綜合性熱水、熱采暖的綜合解決方案能力。

3太陽能采暖工程的配置依據(jù)

3.1根據(jù)房間取暖面積的大小來判斷需求能量

       在我國(guó)北方地區(qū)冬季低氣溫約-30℃，如果房間保溫效果良好，每平方米每天大約需要0.8kWh的能量。則100m2房間每天需要80kWh能量。如果房間墻壁沒有做保溫，那么需要的能量會(huì)更多，集熱器用量相應(yīng)要加大。

3.2根據(jù)太陽能接收器面積大小來判斷接收的能量

       在我國(guó)北方地區(qū)，在寒冷的一月份，太陽光垂直射向太陽能接收器的能量每天每平方米大約3kWh，比較好的接收器光熱轉(zhuǎn)化效率約55%。要想接收80kWh的能量至少應(yīng)安裝60㎡的接收器。這樣設(shè)計(jì)每天接收的能量才夠當(dāng)天取暖用，同時(shí)要考慮采用熱泵，天然氣等輔助能源作為補(bǔ)充。

3.3考慮安裝熱量?jī)?chǔ)存設(shè)備

       家用住宅安裝太陽能采暖裝置，將接收的太陽能轉(zhuǎn)化為熱能儲(chǔ)存起來，每天接收的能量除了夠當(dāng)天用以外還要有剩余用于夜晚和陰天使用。在東北地區(qū)一月份連續(xù)陰天一般不超過三天，按照連續(xù)陰天三天也能正常取暖來設(shè)計(jì)，儲(chǔ)存器的儲(chǔ)存能量至少應(yīng)在300kWh以上，如果采用熱水儲(chǔ)存，熱水箱至少應(yīng)在40m3以上。同時(shí)太陽能接收器的面積也要增大約1/3，即100m2房間應(yīng)該安裝大約90m2的太陽能接收器。如果不安裝能量?jī)?chǔ)存器，必須得安裝能量輔助設(shè)備。在東北地區(qū)利用太陽能只用于白天取暖，夜晚和陰天用輔助能量加熱，100m2房間至少應(yīng)安裝40m2太陽能接收器才有使用價(jià)值。

3.4采暖裝置必須符合能量守恒定律。

要想完全利用太陽能取暖，在設(shè)計(jì)時(shí)必須做到：

       1.先根據(jù)取暖房間的大小和墻壁保溫情況來估測(cè)每天需要的能量。保溫效果良好的墻壁和門窗每平方米的平均散熱功率約10W（室內(nèi)外溫差為45℃時(shí)），100m2房間的外表面積大約320m2，每天（24小時(shí)）散熱能量大約為80kWh。即平均每天需要約80kWh的能量。

       2.根據(jù)每天需要的能量來設(shè)計(jì)太陽能接收器的接收面積。如果室內(nèi)平均每天需要80kWh的能量，太陽能接收器每天至少應(yīng)接收120kWh的能量。其中80kWh的能量當(dāng)天用，余下的能量?jī)?chǔ)存陰天使用。太陽能接收器的光熱轉(zhuǎn)化效率按50%計(jì)算。

       3.儲(chǔ)存器的儲(chǔ)存能力要與需要的能量匹配。在東北地區(qū)的一月份連續(xù)陰天一般不超過三天，按在-30℃時(shí)連續(xù)三天陰天也能使室溫保持在15℃以上來設(shè)計(jì)，儲(chǔ)存器的儲(chǔ)存能力應(yīng)在300kWh以上。如果采用熱水儲(chǔ)存，熱水箱的容積不能小于40m3，40m3的熱水一天陰天的水溫下降2℃，向室內(nèi)提供約90kWh的能量，連續(xù)三天陰天水溫下降約6℃，仍能使室溫保持在15℃以上。

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