清華陽光發(fā)力太陽能采暖技術(shù)

本刊記者 ■ 鵬飛

太陽能采暖技術(shù)被視為太陽能熱利用產(chǎn)業(yè)升級(jí)的一個(gè)重要方向。太陽能被動(dòng)采暖技術(shù)早已在太陽能建筑上得到廣泛應(yīng)用，但可從根本上提升室內(nèi)采暖溫度的主動(dòng)式太陽能采暖技術(shù)卻由于技術(shù)、政策、市場(chǎng)等方面滯后的原因，一直沒有實(shí)現(xiàn)規(guī)模化推廣應(yīng)用。

時(shí)移世易、技術(shù)進(jìn)步、環(huán)境變遷、產(chǎn)業(yè)升級(jí)等正在推動(dòng)太陽能主動(dòng)采暖技術(shù)逐步走進(jìn)人們生活。

當(dāng)前我國要應(yīng)對(duì)日益嚴(yán)重的能源危機(jī)和越來越嚴(yán)重的霧霾天氣，而霧霾的形成和煤炭的燃燒有直接關(guān)系，我國北方地區(qū)冬季采暖燃煤數(shù)量巨大，是形成霧霾的重要原因之一。我國政府正在出臺(tái)多項(xiàng)政策大力支持采用清潔能源治理環(huán)境污染，其中太陽能光熱應(yīng)用作為其中一個(gè)解決之道成為重要選擇。

清華陽光公司作為我國太陽能熱利用行業(yè)的領(lǐng)軍企業(yè)，不僅依靠技術(shù)引領(lǐng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展，更憑借先知先覺的市場(chǎng)敏銳嗅覺，及時(shí)布局太陽能采暖市場(chǎng)開發(fā)，著力引導(dǎo)太陽能采暖市場(chǎng)消費(fèi)。清華陽光在多年太陽能熱利用研發(fā)和生產(chǎn)中沉淀的雄厚技術(shù)基礎(chǔ)上，通過進(jìn)一步的系統(tǒng)研發(fā)，推出了系列太陽能采暖解決方案，旨在取代燃煤解決冬季采暖問題。

清華陽光兩項(xiàng)太陽能采暖新產(chǎn)品通過技術(shù)鑒定

受北京市經(jīng)濟(jì)和信息化委員會(huì)委托，北京市技術(shù)創(chuàng)新服務(wù)中心于3月7日在北京組織召開了北京清華陽光能源開發(fā)有限責(zé)任公司、北京華業(yè)陽光新能源有限公司研制的“全玻璃熱管集熱器排空式太陽能供熱采暖系統(tǒng)”和“一種新型高效的采暖專用閉式承壓太陽能集熱系統(tǒng)”新產(chǎn)品鑒定會(huì)。

以中國農(nóng)村能源行業(yè)協(xié)會(huì)太陽能熱利用專委會(huì)主任羅振濤為組長的鑒定委員會(huì)聽取了研制單位所作的工作總結(jié)報(bào)告、技術(shù)總結(jié)報(bào)告、工藝審查報(bào)告、質(zhì)量檢驗(yàn)報(bào)告、財(cái)務(wù)報(bào)告，并審查了檢測(cè)報(bào)告、查新報(bào)告、用戶使用報(bào)告及技術(shù)文件資料，觀看了產(chǎn)品現(xiàn)場(chǎng)演示，經(jīng)質(zhì)疑和討論，鑒定委員會(huì)認(rèn)為：

全玻璃熱管集熱器排空式太陽能供熱采暖系統(tǒng)采用雙級(jí)全玻璃熱管真空太陽集熱管和雙通道全排空集熱器，實(shí)現(xiàn)了集熱器的全排空，大大提高了系統(tǒng)的安全和防凍性能，系統(tǒng)具有集熱效率高、能耗和運(yùn)行費(fèi)用低等優(yōu)點(diǎn)；該產(chǎn)品的輔助熱源獨(dú)立回路、系統(tǒng)集成式泵站及大數(shù)據(jù)量處理智能控制設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了智能化、自動(dòng)化運(yùn)行，優(yōu)先利用了太陽能，提高了系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性和可靠性。

新型高效的采暖專用閉式承壓太陽能集熱系統(tǒng)的輔助熱源獨(dú)立回路、系統(tǒng)集成式泵站及大數(shù)據(jù)量處理智能控制設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了智能化、自動(dòng)化運(yùn)行，優(yōu)先利用了太陽能，提高了系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性和可靠性；該系統(tǒng)采用的獨(dú)立輔助熱源回路設(shè)計(jì)，U型管鋁翼脹管技術(shù)，具有創(chuàng)新性和實(shí)用性。

以上兩種產(chǎn)品節(jié)能減排效果顯著，具有較高的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益，市場(chǎng)前景廣闊，技術(shù)均達(dá)到國際先進(jìn)水平，同意通過新產(chǎn)品鑒定，并建議加快成果的推廣應(yīng)用。

清華陽光總裁文輝表示，公司非常重視太陽能供熱采暖工程的研發(fā)，專門成立了以總工程師黃哲林為組長、副總裁李旭光為總指揮、清華大學(xué)教授殷志強(qiáng)為總顧問的工作組，而他自己則作為總指揮協(xié)調(diào)項(xiàng)目組的工作。他說，事實(shí)上，該研發(fā)項(xiàng)目早在北京大規(guī)模爆發(fā)霧霾之前就已經(jīng)啟動(dòng)了，如今成果鑒定通過，可謂與當(dāng)前國家治霾行動(dòng)不謀而合，相信通過國家政策的推動(dòng)，太陽能采暖一定會(huì)大有用武之地。羅振濤表示，應(yīng)該在太陽能采暖標(biāo)準(zhǔn)化、設(shè)計(jì)手冊(cè)方面做進(jìn)一步的工作，以方便建筑設(shè)計(jì)人員參考。

全玻璃熱管集熱器排空式太陽能供熱采暖系統(tǒng)

該系統(tǒng)背后是數(shù)10項(xiàng)清華陽光自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)技術(shù)的支撐，其核心部件全玻璃熱管真空式太陽能集熱管正是清華陽光首席科學(xué)家殷志強(qiáng)教授率領(lǐng)團(tuán)隊(duì)取得的國內(nèi)外首創(chuàng)創(chuàng)新成果。設(shè)計(jì)針對(duì)寒冷地區(qū)，太陽能保證率30%以上，單體房戶式采暖用熱需求，提供采暖季采暖及全年生活熱水。節(jié)能建筑或現(xiàn)有建筑已做一定的節(jié)能改造，采暖設(shè)計(jì)熱負(fù)荷指標(biāo)符合GB/T 50668-2011《節(jié)能建筑評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》的要求。

采暖專用集熱器采用雙級(jí)全玻璃熱管真空太陽能集熱管，在普通集熱管的基礎(chǔ)上，增加了和內(nèi)管外徑相同的冷凝段，將由冷凝段和內(nèi)管一起組成的空腔抽成真空，同時(shí)灌注適當(dāng)量的工質(zhì)。在性能不降低、成本不增加的前提下，防凍、防水垢，可靠性高。同時(shí)，通過研發(fā)人員的深入研究，在真空管內(nèi)管中也增加了冷凝段，使工質(zhì)快速充分汽化，進(jìn)一步提高了玻璃熱管的啟動(dòng)時(shí)間，從而提高產(chǎn)品熱性能。玻璃熱管排空采暖系統(tǒng)則實(shí)現(xiàn)了集熱系統(tǒng)全排空不炸管，安全可靠性高，不再需要伴熱帶等防凍手段，節(jié)約能源，極大地減少了系統(tǒng)熱損，提高系統(tǒng)可利用熱量；系統(tǒng)集成泵站的設(shè)計(jì)，降低安裝難度，提高安裝效率；采暖儲(chǔ)熱水箱分層的優(yōu)化設(shè)計(jì)，配合排空和采暖循環(huán)的需要，水箱內(nèi)熱利用充分，冬季防凍。專用采暖控制器可實(shí)現(xiàn)全天候自動(dòng)智能控制，滿足舒適性的同時(shí)降低熱量消耗。

在清華陽光馬池口生產(chǎn)基地的房頂上，筆者看到了這套實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。殷志強(qiáng)教授介紹說，為了冬季最大化地利用太陽能，這套集熱器的安裝傾角由最初的25°調(diào)整為55°，增加了單位集熱面積上的有效得熱量；雙級(jí)玻璃熱管有效加快了系統(tǒng)啟動(dòng)，平均啟動(dòng)時(shí)間提前約40 min；同時(shí)也有利于緩解太陽能集熱器夏季系統(tǒng)過熱問題。但是這個(gè)角度直接在農(nóng)村房屋上安裝可能有悖于建筑美觀的要求，建筑師和用戶接受需要一個(gè)過程。因此，后續(xù)推廣時(shí)最好和建筑設(shè)計(jì)結(jié)合，將集熱器和建筑實(shí)現(xiàn)一體化設(shè)計(jì)。

圖2 安裝在昌平區(qū)乃干屯村的全玻璃熱管集熱器排空式太陽能供熱采暖示范系統(tǒng)

北京市昌平區(qū)乃干屯村村民家里安裝了該太陽能采暖系統(tǒng)。采暖終端采用地盤管地板采暖，集熱器總面積為33.1 m2，采暖面積129 m2，輔助6 kW電加熱。經(jīng)過2013年11月下旬至2014年1月、2月的運(yùn)行，室內(nèi)溫度維持在16～20 ℃，不僅替代了燃煤，而且系統(tǒng)運(yùn)行費(fèi)用降低，運(yùn)行穩(wěn)定。

新型高效采暖專用閉式承壓太陽能集熱系統(tǒng)

系統(tǒng)特別針對(duì)環(huán)境溫度較低的寒冷及部分嚴(yán)寒地區(qū)、太陽能保證率30%以上，采暖供水溫度較高(采暖回水溫度40 ℃)的情況下，新型U型管太陽能集熱器具有較好的熱性能和可靠性。

采暖型新型高效U型管太陽能集熱器由涂有增透涂層的全玻璃真空太陽集熱管、傳熱鋁翼、U型銅管組成。傳熱鋁翼采用獨(dú)創(chuàng)的鋁翼脹管技術(shù)，集熱-傳熱等部件配合更緊密、可靠，有效提高系統(tǒng)得熱量；系統(tǒng)集成泵站的設(shè)計(jì)，降低安裝難度，提高安裝效率；采暖儲(chǔ)熱水箱分層的優(yōu)化設(shè)計(jì)，配合采暖循環(huán)的需要，水箱內(nèi)熱利用充分，冬季防凍。設(shè)計(jì)了專用采暖控制器，實(shí)現(xiàn)全天候自動(dòng)智能控制，做到滿足舒適性的同時(shí)，降低熱量消耗。

北京市懷柔區(qū)吉寺村村民家里安裝了該太陽能采暖系統(tǒng)。采暖終端采用暖氣片，集熱器面積為18.1 m2，采暖面積100 m2，輔助8 kW電加熱。經(jīng)過2013年11月至2014年1月、2月的運(yùn)行，室內(nèi)溫度維持在16～22 ℃，不僅替代了燃煤，而且系統(tǒng)運(yùn)行費(fèi)用降低，運(yùn)行穩(wěn)定。

有些房屋結(jié)構(gòu)不利于全玻璃熱管集熱系統(tǒng)排空的實(shí)現(xiàn)，安裝上也存在不小的難度，對(duì)施工要求也較高，從而造成全玻璃熱管排空式集熱采暖系統(tǒng)可靠性降低。另外在最冷月，日均環(huán)境溫度在-10 ℃以下的地區(qū)使用有一定的風(fēng)險(xiǎn)。而可承壓的U管式真空管集熱器和金屬熱管式真空管集熱器可構(gòu)成閉式集熱循環(huán)太陽能供熱采暖系統(tǒng)，集熱系統(tǒng)中用防凍液作為換熱工質(zhì)，防凍、可靠、熱效率高，采暖末端可選擇散熱片等多種形式，適合于已有建筑供熱采暖系統(tǒng)改造。

太陽能采暖推廣應(yīng)用正當(dāng)時(shí)

清華陽光的雙級(jí)全玻璃熱管產(chǎn)品及生產(chǎn)工藝技術(shù)已基本成熟，并進(jìn)行了大規(guī)模生產(chǎn)，全玻璃熱管集熱器也已在生活熱水領(lǐng)域進(jìn)行了幾年的規(guī)模化應(yīng)用。排空式玻璃熱管集熱器在集熱使用過程中和普通玻璃熱管集熱器接近，且已進(jìn)行了試用等小規(guī)模安裝，技術(shù)成熟。

新型采暖U型管太陽能集熱器產(chǎn)品及生產(chǎn)技術(shù)已基本成熟，并已進(jìn)行了小批量生產(chǎn)。普通U型管太陽能集熱器也已在生活熱水領(lǐng)域進(jìn)行了15年以上的規(guī)模化應(yīng)用，技術(shù)成熟，只是在集熱管密封結(jié)構(gòu)、內(nèi)部傳熱換熱結(jié)構(gòu)等方面還需改進(jìn)使其更加完善。

這兩種太陽能供熱采暖系統(tǒng)均已進(jìn)行了相應(yīng)試驗(yàn)，除了系統(tǒng)排空可靠性和系統(tǒng)配置合理性等問題需進(jìn)一步優(yōu)化解決外，系統(tǒng)整體可行，滿足使用要求。通過本項(xiàng)目的進(jìn)一步工作，可實(shí)現(xiàn)其大規(guī)模的生產(chǎn)推廣。

以北京為例，城區(qū)大多實(shí)現(xiàn)了天然氣采暖，但郊區(qū)農(nóng)村尚有很多村民仍在使用傳統(tǒng)燃煤采暖，其煙塵排放流動(dòng)傳播無疑會(huì)對(duì)城區(qū)大氣環(huán)境產(chǎn)生影響。因此，太陽能采暖推廣正當(dāng)時(shí)。

針對(duì)北京地區(qū)約100 m2的農(nóng)村單體房，系統(tǒng)一般采用采暖面積／集熱器總面積= 4:1～7:1，這兩種太陽能采暖系統(tǒng)與平板系統(tǒng)比，其熱性能高于平板系統(tǒng)；和現(xiàn)有普通真空管系統(tǒng)相比，其熱性能和可靠性均高于普通真空管系統(tǒng)。

兩種采暖系統(tǒng)可滿足北京周邊郊區(qū)縣的家庭采暖使用需求，根據(jù)不同的配比，可提供從25%～50%的太陽能采暖保證率，具有較強(qiáng)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力及實(shí)用性。