太陽能供熱的優勢及應用前景展望

陳 戰 強

(平煤神馬建工集團有限公司土建處，河南 平頂山 467000)

太陽能供熱的優勢及應用前景展望

陳 戰 強

(平煤神馬建工集團有限公司土建處，河南 平頂山 467000)

針對全球煤、電、石油、天然氣等能源日益短缺，環境污染等問題日漸凸顯的現狀，詳細介紹了太陽能供熱系統的原理和特點，并對其經濟效益和社會效益進行了論述，指出太陽能等新能源技術具有廣泛的應用前景。

太陽能，可再生能源，供熱，優勢

近年來，人類社會發展迅猛，煤、電、石油、天然氣等能源日益短缺，能源危機、環境污染等問題日漸凸顯。根據有關資料顯示，人類已探明的石油儲量僅能用40多年，天然氣60余年，煤大約200年。另外，傳統能源的過度利用對人類賴以生存的環境破壞十分嚴重，目前全球已經開始出現冰雪消融，冰川退縮等嚴重氣候問題。因此，開發利用新能源對推動21世紀人類社會持續發展意義重大。

隨著人們生活水平的不斷提高，對居住、生活環境的要求也越來越高。要創造舒適的環境，就不可避免的要消耗能源。社會在發展的同時，造成了不可再生資源的枯竭和生態環境的破壞，使全球社會發展與環境保護之間的矛盾越來越突出。在這種背景下，以節約能源、保護環境和可持續發展為理念的新能源革命正在全球興起。

太陽能作為一種可再生清潔能源，在尋求人類社會持續發展的進程中，日益受到世界各國的普遍重視。我國擁有的太陽能資源十分豐富，據統計，每年中國陸地接收的太陽輻射總量，相當于2.4×1012t標煤，絕大部分地區年平均日輻射量在4 kWh/(m2·d)以上，全國2/3以上地區年輻射量大于5.02×106kJ/m2，年日照時數在2 000 h以上，西北一些地區甚至超過3 000 h。因此，在我國開發利用太陽能必將創造出良好的社會效益、環境效益和經濟效益。

1 太陽能供熱系統原理

河南屬于三類地區，全年日照時數為2 200 h～3 000 h，輻射量在502×104kJ/(cm2·年)～586×104kJ/(cm2·年)，太陽能資源十分豐富。太陽能集熱器與采暖面積比例小于1∶4，供水溫度不高于45 ℃，配套電鍋爐輔助加熱系統，末端采用地板輻射系統，冬季供暖供水溫度：≥35 ℃，回水溫度：≤30 ℃。太陽能冬季采暖貢獻率為60%，剩余40%由輔助熱源提供。

太陽能供熱系統主要由太陽能集熱器、集熱器支架、循環管路、循環泵、閥門、過濾器、儲熱水箱等組成。集熱器由太陽能采暖專用熱管和特制的采暖聯箱組成，集熱器承壓運行，具有超低溫差傳導、防垢、防凍、防漏、抗風功能，熱管經過特殊加工處理，即使玻璃管發生損壞也不會漏水，不影響系統正常運行。集熱器采集的熱量以水為載體，通過循環管路儲存于儲熱水箱中。采用高位集熱器、低位水箱的方式安裝，強制循環，停機排空的方式運行，可以實現太陽能的采集和系統防凍，大大提高太陽能的采集效率和系統的安全性。熱水供應系統采用恒溫恒壓裝置保證用水終端水的溫度和壓力，不會出現供水不足或斷水現象，采用自動循環保溫裝置保證供水管路和用水終端時刻有舒適溫度的熱水。自動控制系統采用微電腦自動控制，能自動識別陽光有無及強弱，監測水箱水溫和室內溫度，實現太陽能集熱系統和采暖系統溫差循環。控制系統界面可以顯示各參數及系統設備運行情況，自動檢測系統故障并顯示代碼，便于檢修和維護。

2 太陽能供熱系統的特點

1)太陽能集熱器可以承壓運行，熱管經過特殊處理，玻璃管發生損壞時也不影響系統正常運行。集熱器及支架設計合理，并可起到屋頂隔熱層的作用。2)采用恒溫恒壓裝置保證用水終端水的溫度和壓力，自動循環保溫裝置實現熱水即開即熱。3)與輔助熱源低溫熱泵配套使用，使供熱系統不受季節、晝夜及天氣的影響。陰雨天和夜間系統不能滿足用戶需要的熱能時，不足部分由輔助能源提供，保證無太陽輻射時供熱系統照常運行。4)節能降耗。建筑能耗占我國社會終端能源總消耗量的比例接近1/3，太陽能供熱系統與建筑的完美結合可大大減少常規能源消耗，助推社會向著“低投入、低能耗、低污染、高產出”的方向發展。5)綠色環保。太陽能作為一種潔凈的可再生能源，無環境污染。

3 解決的關鍵問題

1)實現供暖和四季洗浴。太陽能作為一種可再生能源，取之不盡，用之不竭。太陽能供熱系統利用太陽能集熱器將太陽能轉換成熱能，采用自動循環保溫裝置保證用水終端時刻有舒適溫度的熱水，實現了冬季采暖和全年熱水供應。2)提升生活質量。太陽能供熱系統，具有高度清潔環保、一次投資長期受益的特點，能夠徹底解決人們冬季取暖和熱水供應問題，增加環保可再生能源的利用率，優化能源結構，改變人們的生活環境和生存狀態，提升老百姓生活舒適度和幸福指數。3)實現節能減排和環境保護。人類社會的迅猛發展，消耗了大量的煤、電、石油、天然氣等傳統能源，同時造成了大氣污染等嚴重的環境問題。太陽能作為一種取之不盡的清潔能源，對逐漸替代傳統能源、實現節能減排、環境保護、促進人與自然和諧發展的作用越來越大。

4 效益分析

1)經濟效益。在住宅小區、學校、辦公樓大面積應用太陽能供熱，100 m2初始投資約合人民幣24 000元～30 000元，后期使用大部分是用太陽能，輔助熱源補充一部分，一個采暖季4個月發生電費1 200元～1 500元左右。在同樣供熱效果下，根據取暖面積和熱水用量，對比其他供暖方式，個人用戶3年～6年采用太陽能供熱可回收其他供暖方式投資及費用，單位用戶2年～3年可回收其他供暖方式投資及費用，在之后的10年左右時間，太陽能供熱系統自身無需投資，該系統運行費用將遠遠低于其他供暖方式(鍋爐與空調的壽命在5年～8年，太陽能供暖系統壽命在15年以上)。

太陽能供熱與其他供暖方式運行費用比較。以北京市為例，2005年供暖收費政策：民用供暖統一價格是24元/(m2·采暖季)；民用燃油、燃氣、電鍋爐供暖價格是30元/(m2·采暖季)；燃煤鍋爐直供民用供暖價格為16.5元/(m2·采暖季)；燃煤鍋爐間供民用供暖價格為19元/(m2·采暖季)。太陽能供熱系統運行費用主要是輔助熱源消耗的電能，折合13元/(m2·采暖季)～14元/(m2·采暖季)。

經濟效益可觀。采用太陽能供熱系統，太陽能利用率高。如果大型太陽能采暖項目能夠將碳排放的減少量銷售出去，則太陽能供熱項目不只保護了環境，而且還創造了可觀的經濟效益。按照目前國內企業向國外企業出口的“碳排放交易”每噸二氧化碳減排約8歐元～10歐元以上計算，每1 m2太陽能熱水器每年節約150 kg標準煤，減少339 kg二氧化碳排放。也就是10萬m2的建筑如果采用1萬m2太陽能進行供熱，則每年可以為用戶創造可交易的碳排放減排效益305 100元，按照太陽能熱水器的壽命計算，15年累計可創造效益457萬元。

2)社會效益。a.適用性強。經過不同區域上千個家庭單位的應用實踐，冬天環境溫度在10 ℃～-40 ℃之間，平房、樓房、別墅、幼兒園、廠房、辦公室、幾十萬平方米的小區均能使用。且可以根據用戶情況進行合理設計、安裝，人性化界面，操作簡單，可按照用戶意見分時分流分室控制，集中了鍋爐供暖和空調采暖的優點，使用戶的舒適程度大大提高。b.能夠根據需要實現太陽能供熱和全年洗浴。在同等供熱條件下日常運行費用大大低于集中供熱、燃油燃煤氣電鍋爐，可以實現全年的洗浴功能。太陽能供熱設備和技術已經趨于成熟并在不斷提高和改進。不僅能夠滿足建筑物供暖及熱水供應的需求，而且有利于建筑節能和環境保護。太陽能供暖洗浴系統操作簡單，使用方便，在很多地區晴朗天氣下，一天24 h全用太陽能供熱，如果陰雨天或夜間感覺室內需要更高溫度，則用輔助熱源低溫熱泵補充即可。太陽能供熱系統中能源利用率可達到60%～95%，每年根據氣溫想用多少天就用多少天。本系統安全干凈無污染，老人孩子都可以方便使用，輕松打造健康環保生活。c.大面積使用太陽能供熱的意義。采暖是我國的能耗大戶，城鎮建筑每年僅采暖一項的耗能占全國總能耗的11.5%。我國還是世界上每年新建建筑量最大的國家，每年20億m2新建面積，相當于消耗了全世界40%的水泥和鋼材。提高現有建筑物的能源效率，為新建筑物設計高效率的供熱和制冷系統，將會產生巨大的能源節省空間。

5 推廣應用前景

中國從2009年開始在國內所有省份大面積推廣太陽能供暖，每個省推廣規模在400萬m2/年以上，給開發利用太陽能帶來了前所未有的發展機遇。采用太陽能供熱符合國家節能減排的大政方針，也是人類與自然和諧相處，延緩地球溫室效應、氣候暖化的最優選擇。太陽能供熱系統特別適用于家庭、廠房、住宅辦公樓等需要較大面積供暖的單位，從幾十平方米到幾萬平方米的單體建筑都可以方便的使用，在城市、縣區、牧區、山區均可進行推廣。

太陽能供熱系統設計科學、熱效率高、功能齊全，是太陽能利用技術的重大突破，代表新能源開發利用方向，高效節能，環保清潔，取之不盡，用之不竭，市場潛力巨大。

Advantages of solar energy heating and its application prospect

CHEN Zhan-qiang

(DepartmentofCivilConstruction,PingCoalShenmaConstructionIndustryGroupCo.,Ltd,Pingdingshan467000,China)

In light of global shortage of cola, power, petroleum and natural gas and obvious environment pollution status, the paper introduces the principles and features of solar energy heating system, discusses its economic and social benefits, and finally points out its wide application prospect.

solar energy, recycled energy, heat supply, advantage

1009-6825(2014)11-0222-02

2014-01-25

陳戰強(1968- )，男，工程師

TU201.5

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