太陽能采暖在山西省的適用性研究★

楊 凡

(山西省建筑科學研究院，山西 太原 030001)

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太陽能采暖在山西省的適用性研究★

楊 凡

(山西省建筑科學研究院，山西 太原 030001)

結合太陽能采暖原理及太陽能采暖系統在國內的發展現狀，對山西省太陽能資源進行了研究，分析了山西省太陽能熱水利用的適應性，及太陽能采暖利用的適應性。結果表明：山西省太陽能資源豐富，不僅能高效的利用太陽能熱水，同時對于利用被動式太陽能采暖也是較適宜的。

太陽能熱水系統，太陽能采暖系統，資源區劃，集熱器

0 引言

當今社會能源短缺、環境惡化，清潔的可再生能源越來越受到人們的重視。在山西省，建筑能耗已占到總能耗的24.2%，因此，開展可再生能源在建筑中的應用研究對山西的可持續發展具有重要意義。

目前已開發的可再生能源有太陽能、風能、生物質能、地熱能、海流能(溫差能)、潮汐能等，其中太陽能是最有希望成為未來可替代能源之一。太陽能利用的方式可以分為：太陽能光熱利用、太陽能光電利用、太陽能光生物利用以及太陽能光化學利用等。太陽能光熱利用目前已經非常普及，技術比較成熟而且成本也比較低廉，是應用最為廣泛的太陽能利用方式。在21世紀初，太陽能熱水利用在山西省已經較為普遍，利用太陽能進行采暖在山西省也將逐步普及起來，本文將從資源角度來分析太陽能采暖在山西省應用的適用性。

1 太陽能采暖原理

太陽能供暖主要有三種方式：被動式太陽房供暖方式、主動式太陽房供暖方式、聯合式太陽能建筑(包括零能耗建筑)供暖方式，具有較好的節能性。

被動式太陽房是通過對建筑自身的外部形體和內部空間的巧妙處理以及建筑結構與材料的合理選擇，使其在冬季能對太陽輻射進行收集、存儲及合理分配的一種建筑。

主動式太陽能采暖系統是將太陽能集熱器與蓄熱設備和載熱介質結合起來通過蓄存設備向室內供熱。由于太陽能集熱器的集熱效率與其工質溫度與環境溫度的差值有關，溫度差越大，熱損失越大，效率降低，因此在選擇供暖系統末端時應選擇供水溫度要求低的形式。最常用的系統形式是低溫熱水地板輻射供暖系統。

聯合式太陽能建筑是指太陽能采暖與其他太陽能系統進行組合使用。圖1為太陽能地板輻射采暖系統的示意圖，圖2為太陽能聯合式系統的示意圖。

2 太陽能采暖系統在國內的發展現狀

從20世紀70年代末起，我國就開始進行太陽能采暖系統的研究。相較于其他發達國家，起步比較晚，但是眾多學者積極致力于對太陽能采暖系統的各方面研究，有的學者致力于太陽能集中式采暖的利用，有的學者致力于太陽能采暖系統中細節的研究，有的學者致力于太陽能與其他可再生能源的搭配研究，還有的學者致力于太陽能采暖末端裝置的研究。通過眾多學者的不懈努力，得到了較為顯著的成果。國家住宅工程中心的張廣宇等和上海理工大學的于國清經過計算研究，給出了大規模集中式住宅建筑太陽能跨季節蓄熱供熱的取值范圍；同濟大學的于航等通過將太陽能采暖系統與末端變流量結合起來，提高了太陽能采暖系統的保證率；工程應用人員程建國在西藏將太陽能與水源熱泵聯合起來進行供暖，蘭州理工大學的李金平等在對別墅進行設計時，將太陽能采暖設計進去，并與生物質能相結合，進行多能互補；鄭維杰對太陽能地板輻射采暖進行理論模擬，建立了穩態的數學模型。

我國對太陽能采暖系統的研究雖然比較多，但是由于種種原因，實際工程中太陽能采暖項目的數量比較少。目前，在全國各地都已有太陽熱水器生產廠商及代理商與當地的設計院聯合起來進行小區住宅太陽能一體化設計，取得了較好的效果，太陽能與建筑結合的示范工程越來越多。但是太陽能區域供熱采暖工程還沒有大規模的應用實踐。

3 山西省太陽能資源概況

山西省包含11個地級市，從南到北依次如下：運城市、晉城市、長治市、臨汾市、呂梁市、晉中市、太原市、陽泉市、忻州市、朔州市及大同市。山西省北部由于地勢較高，空氣較為干燥，大氣透明狀況好，太陽能資源較為豐富。比如右玉、大同、左云、五寨等地。太陽能總輻射最高的地方是左云縣，總輻射量為6 130 MJ/m2，其次是右玉及五寨，總輻射量大概為5 980 MJ/m2，山西省各地市太陽能資源由南向北分布情況如表1所示。

表1 山西省太陽能資源分布

由表1數據可知，山西省太陽能總輻射量及年日照時數由南向北依次增大。分析原因，主要是因為越往南走，陰天越多，日照越少，年輻射總量相應較少。其中南部的運城最低為5 020.0 MJ/m2。從呂梁市往北，太陽能年總輻射量都在5 500 MJ/m2以上。此外從表1也可看出，緯度相近時，從西向東差別不大。但同一地區隨高度變化，太陽輻射量也在變化。全省境內山區年日照時數偏多，盆地日照時數偏少。

4 山西省太陽能資源區劃

4.1 太陽能資源區劃依據

根據中國氣象站點監測得出的太陽能年輻射總量的數據，可將中國劃分為四個太陽能輻射資源帶，如表2所示。

表2 太陽能資源區劃

4.2 山西省太陽能資源區劃

根據表1及表2可對山西省的太陽能資源進行區劃，見表3。

表3 山西省太陽能資源區劃

通過上述分區可知，山西省的太陽能資源大部分地區(大同、朔州、忻州、陽泉、太原、晉中)都屬于資源較富帶，少數地區(臨汾、長治、晉城、運城)的太陽能資源一般，因此，在山西地區進行太陽能熱水利用是相當具有優勢的，應進行大力推廣。

目前，太陽能供暖比較發達的地區是歐洲一些國家，但是其太陽能資源僅相當于我國的Ⅲ類、Ⅳ類地區。山西省大部分地區的太陽能資源都在Ⅱ類區，只有少數地區屬于Ⅲ類地區。由此可見，山西省從太陽能資源角度出發，利用太陽能采暖是完全可行的。

5 山西省太陽能采暖區劃

5.1 太陽能采暖區劃依據

JGJ/T 267—2012被動式太陽能建筑技術規范對被動式太陽能采暖進行了氣候分區，按照南向輻射溫差比ITR及南向垂直面太陽輻射照度I，將被動太陽能采暖氣候分區劃分為四個氣候區，如表4所示。

表4 被動式太陽能采暖氣候分區

在冬季最冷月平均溫度大于-4 ℃，水平面太陽能平均總輻射照度大于150 W/m2，日照率不小于70%的太陽能豐富地區，應采用被動式太陽能采暖為主，其他采暖系統為輔的方式進行采暖。在冬季日照率大于55%且小于70%的太陽能較豐富的地區，宜采用被動式太陽能進行輔助采暖。

5.2 山西省太陽能采暖資源區劃

根據山西省各地市氣候條件及太陽能資源狀況以及被動式太陽能采暖氣候分區依據，可以分析出山西省各地市太陽能采暖資源區劃如表5所示。

表5 山西省各地市被動式太陽能采暖資源分區

根據分析結果可知，山西省各地市太陽能資源豐富，采暖資源區劃分在適宜區，對于采用太陽能進行采暖是合理的選擇，應進行大力的推廣。

Study on the applicability of solar energy heating system in Shanxi province★

Yang Fan

(ShanxiAcademyofBuildingResearch,Taiyuan030001,China)

Combining with solar energy heating principles and solar energy heating system development status at home and abroad, the paper analyzes the applicability of solar energy heating water utilization in Shanxi province and solar energy heating utilization. Results show that: solar energy resources in Shanxi province is rich, which not only can improve the solar energy using efficiency, but also will be adaptable for using passive-style solar energy heating.

solar water heating system, solar energy heating system, resource division, collector

1009-6825(2017)18-0102-02

2017-04-10★:山西省農村建筑節能關鍵技術合作研究(項目編號：2013DFE63170)

楊 凡(1986- )，女，工程師

TU832

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