太陽能供暖系統(tǒng)在北方支線機場的應(yīng)用初探

李立秋

摘要：指出了近年來在市場需求及國家相關(guān)政策措施的共同推動下，支線機場的發(fā)展迅速，而地處北方的支線機場基本還在采用傳統(tǒng)燃煤供暖形式，這種方式不但污染環(huán)境且在一定程度增加支線機場的運營負擔(dān)。從支線機場的自身特點入手，對其可利用的供暖能源進行了分析，并從技術(shù)和經(jīng)濟兩個方面對太陽能供暖系統(tǒng)應(yīng)用的可行性進行了論證，為今后北方支線機場供暖形式的選擇提供參考。

關(guān)鍵詞：北方支線機場；太陽能供暖；技術(shù)經(jīng)濟分析

中圖分類號：K

文獻標(biāo)識碼：A文章編號：16749944（2014）08026803

[FL（2K2]

1機場布局及采暖現(xiàn)狀

我國嚴(yán)寒和寒冷地區(qū)主要包括東北、華北和西北地區(qū)（簡稱三北地區(qū)），每年日平均溫度低于或等于℃的天數(shù)一般都在90d以上，最長的滿洲里長達211d。這些地區(qū)習(xí)慣上被稱為采暖地區(qū)，其面積約占我國國土面積的70%＼[1＼]。根據(jù)全國民用機場布局看，到2020年布局規(guī)劃民用機場總數(shù)達244個，在目前機場數(shù)量上將新增97個，其中東北、華北機場布局規(guī)劃機場總數(shù)4個，新增24個；西北機場群布局規(guī)劃機場總數(shù)0個，新增26個＼[2＼]。由于樞紐及干線機場均已建成，故新增的機場主要為支線機場。就其供暖方式來看，我國三北地區(qū)機場仍以燃煤采暖為主，尤其是北方寒冷地區(qū)，冬季采暖所需能耗的比例越來越高，造成煤炭消耗量越來越大。煤的大量使用不僅給機場帶來經(jīng)濟壓力，也給周圍環(huán)境帶來嚴(yán)重的污染。

2燃煤供暖替代形式的探討

低碳經(jīng)濟，這是全世界都關(guān)注的話題，以低層建筑為主的北方支線機場的建筑采暖用能，可考慮摒棄傳統(tǒng)燃煤采暖的老路，并嘗試走出一條綠色能源、低碳經(jīng)濟的新路。下面對幾種可用于采暖用能的能源進行簡單分析。

21燃氣

燃氣用途廣泛，價格較貴，其儲量也有限，在生活用能方面僅用作炊事已顯緊張，再用于耗能量大得多的房屋供暖，顯然是不夠的。而且燃氣和石油一樣，也是一次性能源，會增加碳排放，因此不可能作為主要采暖用能來使用。

22電能

電是二次能源，其中一部分來自水利、太陽能等可再生能源，但目前大部分來自煤炭、石油等礦物能源。電能的用處很廣，我國的電能也很緊缺，顯然，大量使用電能直接供暖會造成很大浪費，是不適宜的，國家電網(wǎng)也承受不起。

23熱泵技術(shù)

熱泵技術(shù)為近年來發(fā)展起來的新型采暖技術(shù)，為用電能采暖開辟出了一條新路。與直接用電加熱供暖相比，采用水源熱泵或地源熱泵技術(shù)，其用電量不足原來的 1/3＼[3＼]，節(jié)電效果明顯。在某些水源充足的地方，或不適于用其他方式只適宜用熱泵的地方，可以用水源或地源熱泵供暖。地源熱泵一般不受資源的限制，但其初投資很大，不僅其發(fā)展受資金限制，且從長期看經(jīng)濟上是否合算還值得研究。不管是水源還是地源熱泵，終究還是要消耗大量電能，在可以預(yù)見的一個相當(dāng)長的時期內(nèi)，我國電力還是相當(dāng)緊缺的，且電力的生產(chǎn)還要消耗大量煤炭、石油等一次性能源，因此，只能在某些特定的、適宜的地區(qū)發(fā)展，不可能是主要發(fā)展方向。

24太陽能技術(shù)

太陽能是一種輻射能，不帶任何化學(xué)物質(zhì)，是最潔凈、最可靠的巨大能源寶庫。雖然輻射到地球表面的能量，只有它的22億分之一，但也相當(dāng)于全世界目前發(fā)電總量的80000倍。太陽能作為可再生能源中最重要的基本能源，是指太陽能的直接轉(zhuǎn)化和利用。通過轉(zhuǎn)換裝置把太陽輻射能轉(zhuǎn)換成熱能利用的屬于太陽能熱利用技術(shù)，目前利用熱能的技術(shù)集成了太陽能光伏發(fā)電、太陽能供熱熱水、太陽能制冷空調(diào)、太陽能通風(fēng)降溫、可控自然采光等新技術(shù)；我國的太陽能集熱技術(shù)已逐步走向成熟。

3太陽能供暖的技術(shù)分析

我國支線機場從布局上多遠離城市，一般距離城市20～40km，很少有市政熱源可利用。機場選址所在區(qū)域一般較周圍地勢高且較開闊，附近沒有過多遮擋及超高物，光照情況較好。機場內(nèi)建筑以一層、二層建筑為主，且布置較為分散。而北方又恰好是我國日照比較好的地區(qū)，太陽能資源比較豐富。尤其在需要采暖的冬季，晴天比較多，為太陽能采暖提供了基本的條件。 從技術(shù)上說，采暖用的是 0～70℃的低溫?zé)崮埽覈罅可a(chǎn)使用的太陽能集熱器的集熱溫度也正是這個范圍，恰好相匹配。提供綠色、清潔、高保證率、高性價比的太陽能供熱采暖，是解決我國北部地區(qū)能源問題和改變能源結(jié)構(gòu)的基本途徑。我們從能量品位、能量總量、能量儲存和輔助熱源4個方面來分析太陽能供暖在技術(shù)上的可行性。

31能量品位

建筑供暖用能，對采用散熱器形式的系統(tǒng)來說，一般需要60～7℃的低溫?zé)崮堋６捎玫匕遢椛鋼Q熱系統(tǒng)，只需要3～4℃的低溫?zé)崮埽躘4＼]，這為太陽能供熱提供了必要的基本條件。 經(jīng)過 30 多年的發(fā)展，太陽能集熱技術(shù)已發(fā)展得相當(dāng)成熟，我國太陽能集熱器的產(chǎn)量占世界產(chǎn)量的60%以上，性能先進，質(zhì)量穩(wěn)定可靠。目前市場上大量銷售的太陽能集熱器，不管是平板型的還是真空管型的，在冬季其集熱溫度一般也能達到 0～70℃，集熱效率都可達0%左右，正好與地板輻射采暖所需的能量品級相匹配，完全可滿足集熱供暖用。

32能量總量

以一個 100m2辦公樓的建筑面積估算，按地區(qū)不同每平方米采用節(jié)能的建筑所需要供暖熱能一般在 0～70W＼[＼]，我們?nèi)?0W估算，則每天24h供熱約需要6000W的熱能。考慮到冬季太陽較好的日照時間只有6h左右，要保證全天24h供暖，太陽能集熱器提供的熱能應(yīng)是： 6000 × （24÷6） = 24000W 。在晴朗的天氣，太陽的輻射強度約為1000W，一般天氣可按800W估算，太陽能集熱器的熱效率按0%＼[6＼]計算，則每平方米集熱器的有效功率為400W，24000W供熱量需要60m2集熱器來提供。 從上面的簡單計算可知，一個100m2 的辦公樓，有60m2 的集熱器即可滿足其供熱需求。endprint

上面的結(jié)果是按冬季的太陽輻射能直接用來采暖計算的，如果我們能將春夏秋季的太陽輻射能儲存起來供冬季用，則對于多層房屋建筑，也能基本實現(xiàn)太陽能供暖。總之，主要依靠太陽能即可基本上擔(dān)負起低層建筑冬季供暖的重任。

33能量儲存

太陽能的一個主要缺點是它的間歇性，不僅有晝夜之分，還有陰天、雨雪天氣無太陽輻射能的情況，因此如何儲存太陽能用于房間取暖，自然就被提了出來。這個問題要分幾個層面來討論。 首先討論一下每天十幾個小時的太陽能儲存能否應(yīng)對夜間無陽光輻射時的采暖需求。 第一種方法可以設(shè)置一個較大的保溫水箱，能儲存白天收集的太陽能的0%，以用作夜間供熱。比如一組40m2的集熱器，用1～2t的水箱即可。 第二種方法是不特殊設(shè)計大水箱，而是利用房間本身的儲熱功能儲熱。為減少房間本身的熱損失，減低能耗，對太陽能采暖房都要求有較好的隔熱保溫措施。白天陽光輻射把集熱器中的水加熱，再通過循環(huán)泵把熱水泵回房間加熱房間。房間的地板、墻壁等各種設(shè)施同時被加熱，都能儲存相當(dāng)部分熱能。利用這一特性，在連續(xù)兩三天無太陽的情況下，仍可基本保持房間有較適宜的居住溫度。這是一種最省工、省材料、經(jīng)濟適用的辦法，在太陽能采暖工程中常常采用。 第三種方法是地下儲熱。連續(xù)幾天甚至十幾天無太陽，這種情況在有些地區(qū)是經(jīng)常出現(xiàn)的，在這種情況下僅靠水箱儲熱或房間自身儲熱就不行了。由于受造價和房屋承重等的限制，水箱不可能做得很大，而且靠水箱長時間儲熱，其熱損失也是相當(dāng)大的。在長時間無太陽的情況下，房間自身的散熱損失也會增加，室溫就會降下來。要想保證不斷用太陽能供暖，必須考慮長期熱儲存的方法。

地下熱儲存是一種現(xiàn)實可行的長期儲存熱的方法，它甚至可以實現(xiàn)季節(jié)性的儲存熱能，熱量的長期地下儲存是一項有效利用太陽能的新技術(shù)，它可以把夏季大量過剩的熱量儲存起來供冬季用，是最合理的節(jié)能方式。對于支線機場來說，航站區(qū)內(nèi)可利用的面積較多，這是一種現(xiàn)實可行的、有效的太陽能利用形式。

34輔助熱源

解決太陽能間歇性缺點的另一個途徑是采用輔助熱源，即當(dāng)無太陽時用上。常用的有電輔助加熱，燃煤、燃氣、燃柴草鍋爐，熱泵加熱等。 電輔助直接加熱的優(yōu)點是設(shè)備簡單，造價低，用電熱管直接加熱即可，缺點是耗電量大，只有在陽光充足、日照時間長、用輔助加熱較少且電力較充足的地區(qū)，比如西藏、青海、甘肅等地區(qū)，陜西、山西、河北北部等部分地區(qū)，比較適宜用。有條件的地方也可用燃氣或燃煤鍋爐作為輔助熱源。

4太陽能供熱采暖的經(jīng)濟分析

對于太陽能供熱采暖的經(jīng)濟可行性問題，我們從太陽能產(chǎn)品成本的降低、環(huán)境效益兩個方面來探討。

41成本的降低

經(jīng)過 30多年的發(fā)展，我國已形成一個很大的太陽能產(chǎn)業(yè)，各種太陽能元器件都實現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)化的大規(guī)模生產(chǎn)，從而大大提高了生產(chǎn)效率，降低了生產(chǎn)成本，降低了單件產(chǎn)品的價格。以最基本的集熱元件玻璃真空管為例，在 20世紀(jì) 80年代，一根真空管的價格大約0元，現(xiàn)在一根同樣的真空管不到 10元。太陽能產(chǎn)品成本的大幅降低為大面積利用太陽能采暖打下了經(jīng)濟基礎(chǔ)，提供了經(jīng)濟上的可能性。

42環(huán)境效益提高和環(huán)境改善

太陽能采暖對整個社會的環(huán)境效益及對低碳經(jīng)濟的貢獻是有目共睹的。如果我國大部分采暖區(qū)域都采用太陽能采暖，每年就會節(jié)省數(shù)億噸的煤炭等礦石能源，減少數(shù)億噸的碳排放。這對改善人類生存的大環(huán)境具有不可估量的意義。

其環(huán)境效益，對機場來說尤為重要，眾所周知，機場對凈空的能見度要求很高，特別是沒有盲降系統(tǒng)的機場，這關(guān)系到飛機起降的安全性。采用傳統(tǒng)的燃煤或燃油鍋爐雖然均采取了除塵、脫硫等措施，仍有部分煙塵排入大氣內(nèi)。對機場來說，不僅污染機場環(huán)境還對機場運行安全造成影響。采用太陽能供暖可完全避免煤灰、煙氣空氣的污染，而且自動控制的供熱系統(tǒng)可大大提高其供熱質(zhì)量。endprint

上面的結(jié)果是按冬季的太陽輻射能直接用來采暖計算的，如果我們能將春夏秋季的太陽輻射能儲存起來供冬季用，則對于多層房屋建筑，也能基本實現(xiàn)太陽能供暖。總之，主要依靠太陽能即可基本上擔(dān)負起低層建筑冬季供暖的重任。

33能量儲存

太陽能的一個主要缺點是它的間歇性，不僅有晝夜之分，還有陰天、雨雪天氣無太陽輻射能的情況，因此如何儲存太陽能用于房間取暖，自然就被提了出來。這個問題要分幾個層面來討論。 首先討論一下每天十幾個小時的太陽能儲存能否應(yīng)對夜間無陽光輻射時的采暖需求。 第一種方法可以設(shè)置一個較大的保溫水箱，能儲存白天收集的太陽能的0%，以用作夜間供熱。比如一組40m2的集熱器，用1～2t的水箱即可。 第二種方法是不特殊設(shè)計大水箱，而是利用房間本身的儲熱功能儲熱。為減少房間本身的熱損失，減低能耗，對太陽能采暖房都要求有較好的隔熱保溫措施。白天陽光輻射把集熱器中的水加熱，再通過循環(huán)泵把熱水泵回房間加熱房間。房間的地板、墻壁等各種設(shè)施同時被加熱，都能儲存相當(dāng)部分熱能。利用這一特性，在連續(xù)兩三天無太陽的情況下，仍可基本保持房間有較適宜的居住溫度。這是一種最省工、省材料、經(jīng)濟適用的辦法，在太陽能采暖工程中常常采用。 第三種方法是地下儲熱。連續(xù)幾天甚至十幾天無太陽，這種情況在有些地區(qū)是經(jīng)常出現(xiàn)的，在這種情況下僅靠水箱儲熱或房間自身儲熱就不行了。由于受造價和房屋承重等的限制，水箱不可能做得很大，而且靠水箱長時間儲熱，其熱損失也是相當(dāng)大的。在長時間無太陽的情況下，房間自身的散熱損失也會增加，室溫就會降下來。要想保證不斷用太陽能供暖，必須考慮長期熱儲存的方法。

地下熱儲存是一種現(xiàn)實可行的長期儲存熱的方法，它甚至可以實現(xiàn)季節(jié)性的儲存熱能，熱量的長期地下儲存是一項有效利用太陽能的新技術(shù)，它可以把夏季大量過剩的熱量儲存起來供冬季用，是最合理的節(jié)能方式。對于支線機場來說，航站區(qū)內(nèi)可利用的面積較多，這是一種現(xiàn)實可行的、有效的太陽能利用形式。

34輔助熱源

解決太陽能間歇性缺點的另一個途徑是采用輔助熱源，即當(dāng)無太陽時用上。常用的有電輔助加熱，燃煤、燃氣、燃柴草鍋爐，熱泵加熱等。 電輔助直接加熱的優(yōu)點是設(shè)備簡單，造價低，用電熱管直接加熱即可，缺點是耗電量大，只有在陽光充足、日照時間長、用輔助加熱較少且電力較充足的地區(qū)，比如西藏、青海、甘肅等地區(qū)，陜西、山西、河北北部等部分地區(qū)，比較適宜用。有條件的地方也可用燃氣或燃煤鍋爐作為輔助熱源。

4太陽能供熱采暖的經(jīng)濟分析

對于太陽能供熱采暖的經(jīng)濟可行性問題，我們從太陽能產(chǎn)品成本的降低、環(huán)境效益兩個方面來探討。

41成本的降低

經(jīng)過 30多年的發(fā)展，我國已形成一個很大的太陽能產(chǎn)業(yè)，各種太陽能元器件都實現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)化的大規(guī)模生產(chǎn)，從而大大提高了生產(chǎn)效率，降低了生產(chǎn)成本，降低了單件產(chǎn)品的價格。以最基本的集熱元件玻璃真空管為例，在 20世紀(jì) 80年代，一根真空管的價格大約0元，現(xiàn)在一根同樣的真空管不到 10元。太陽能產(chǎn)品成本的大幅降低為大面積利用太陽能采暖打下了經(jīng)濟基礎(chǔ)，提供了經(jīng)濟上的可能性。

42環(huán)境效益提高和環(huán)境改善

太陽能采暖對整個社會的環(huán)境效益及對低碳經(jīng)濟的貢獻是有目共睹的。如果我國大部分采暖區(qū)域都采用太陽能采暖，每年就會節(jié)省數(shù)億噸的煤炭等礦石能源，減少數(shù)億噸的碳排放。這對改善人類生存的大環(huán)境具有不可估量的意義。

其環(huán)境效益，對機場來說尤為重要，眾所周知，機場對凈空的能見度要求很高，特別是沒有盲降系統(tǒng)的機場，這關(guān)系到飛機起降的安全性。采用傳統(tǒng)的燃煤或燃油鍋爐雖然均采取了除塵、脫硫等措施，仍有部分煙塵排入大氣內(nèi)。對機場來說，不僅污染機場環(huán)境還對機場運行安全造成影響。采用太陽能供暖可完全避免煤灰、煙氣空氣的污染，而且自動控制的供熱系統(tǒng)可大大提高其供熱質(zhì)量。endprint

上面的結(jié)果是按冬季的太陽輻射能直接用來采暖計算的，如果我們能將春夏秋季的太陽輻射能儲存起來供冬季用，則對于多層房屋建筑，也能基本實現(xiàn)太陽能供暖。總之，主要依靠太陽能即可基本上擔(dān)負起低層建筑冬季供暖的重任。

33能量儲存

太陽能的一個主要缺點是它的間歇性，不僅有晝夜之分，還有陰天、雨雪天氣無太陽輻射能的情況，因此如何儲存太陽能用于房間取暖，自然就被提了出來。這個問題要分幾個層面來討論。 首先討論一下每天十幾個小時的太陽能儲存能否應(yīng)對夜間無陽光輻射時的采暖需求。 第一種方法可以設(shè)置一個較大的保溫水箱，能儲存白天收集的太陽能的0%，以用作夜間供熱。比如一組40m2的集熱器，用1～2t的水箱即可。 第二種方法是不特殊設(shè)計大水箱，而是利用房間本身的儲熱功能儲熱。為減少房間本身的熱損失，減低能耗，對太陽能采暖房都要求有較好的隔熱保溫措施。白天陽光輻射把集熱器中的水加熱，再通過循環(huán)泵把熱水泵回房間加熱房間。房間的地板、墻壁等各種設(shè)施同時被加熱，都能儲存相當(dāng)部分熱能。利用這一特性，在連續(xù)兩三天無太陽的情況下，仍可基本保持房間有較適宜的居住溫度。這是一種最省工、省材料、經(jīng)濟適用的辦法，在太陽能采暖工程中常常采用。 第三種方法是地下儲熱。連續(xù)幾天甚至十幾天無太陽，這種情況在有些地區(qū)是經(jīng)常出現(xiàn)的，在這種情況下僅靠水箱儲熱或房間自身儲熱就不行了。由于受造價和房屋承重等的限制，水箱不可能做得很大，而且靠水箱長時間儲熱，其熱損失也是相當(dāng)大的。在長時間無太陽的情況下，房間自身的散熱損失也會增加，室溫就會降下來。要想保證不斷用太陽能供暖，必須考慮長期熱儲存的方法。

地下熱儲存是一種現(xiàn)實可行的長期儲存熱的方法，它甚至可以實現(xiàn)季節(jié)性的儲存熱能，熱量的長期地下儲存是一項有效利用太陽能的新技術(shù)，它可以把夏季大量過剩的熱量儲存起來供冬季用，是最合理的節(jié)能方式。對于支線機場來說，航站區(qū)內(nèi)可利用的面積較多，這是一種現(xiàn)實可行的、有效的太陽能利用形式。

34輔助熱源

解決太陽能間歇性缺點的另一個途徑是采用輔助熱源，即當(dāng)無太陽時用上。常用的有電輔助加熱，燃煤、燃氣、燃柴草鍋爐，熱泵加熱等。 電輔助直接加熱的優(yōu)點是設(shè)備簡單，造價低，用電熱管直接加熱即可，缺點是耗電量大，只有在陽光充足、日照時間長、用輔助加熱較少且電力較充足的地區(qū)，比如西藏、青海、甘肅等地區(qū)，陜西、山西、河北北部等部分地區(qū)，比較適宜用。有條件的地方也可用燃氣或燃煤鍋爐作為輔助熱源。

4太陽能供熱采暖的經(jīng)濟分析

對于太陽能供熱采暖的經(jīng)濟可行性問題，我們從太陽能產(chǎn)品成本的降低、環(huán)境效益兩個方面來探討。

41成本的降低

經(jīng)過 30多年的發(fā)展，我國已形成一個很大的太陽能產(chǎn)業(yè)，各種太陽能元器件都實現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)化的大規(guī)模生產(chǎn)，從而大大提高了生產(chǎn)效率，降低了生產(chǎn)成本，降低了單件產(chǎn)品的價格。以最基本的集熱元件玻璃真空管為例，在 20世紀(jì) 80年代，一根真空管的價格大約0元，現(xiàn)在一根同樣的真空管不到 10元。太陽能產(chǎn)品成本的大幅降低為大面積利用太陽能采暖打下了經(jīng)濟基礎(chǔ)，提供了經(jīng)濟上的可能性。

42環(huán)境效益提高和環(huán)境改善

太陽能采暖對整個社會的環(huán)境效益及對低碳經(jīng)濟的貢獻是有目共睹的。如果我國大部分采暖區(qū)域都采用太陽能采暖，每年就會節(jié)省數(shù)億噸的煤炭等礦石能源，減少數(shù)億噸的碳排放。這對改善人類生存的大環(huán)境具有不可估量的意義。

其環(huán)境效益，對機場來說尤為重要，眾所周知，機場對凈空的能見度要求很高，特別是沒有盲降系統(tǒng)的機場，這關(guān)系到飛機起降的安全性。采用傳統(tǒng)的燃煤或燃油鍋爐雖然均采取了除塵、脫硫等措施，仍有部分煙塵排入大氣內(nèi)。對機場來說，不僅污染機場環(huán)境還對機場運行安全造成影響。采用太陽能供暖可完全避免煤灰、煙氣空氣的污染，而且自動控制的供熱系統(tǒng)可大大提高其供熱質(zhì)量。endprint