太陽(yáng)能供熱的優(yōu)勢(shì)及應(yīng)用前景展望

陳 戰(zhàn) 強(qiáng)

(平煤神馬建工集團(tuán)有限公司土建處，河南 平頂山 467000)

太陽(yáng)能供熱的優(yōu)勢(shì)及應(yīng)用前景展望

陳 戰(zhàn) 強(qiáng)

(平煤神馬建工集團(tuán)有限公司土建處，河南 平頂山 467000)

針對(duì)全球煤、電、石油、天然氣等能源日益短缺，環(huán)境污染等問(wèn)題日漸凸顯的現(xiàn)狀，詳細(xì)介紹了太陽(yáng)能供熱系統(tǒng)的原理和特點(diǎn)，并對(duì)其經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益進(jìn)行了論述，指出太陽(yáng)能等新能源技術(shù)具有廣泛的應(yīng)用前景。

太陽(yáng)能，可再生能源，供熱，優(yōu)勢(shì)

近年來(lái)，人類社會(huì)發(fā)展迅猛，煤、電、石油、天然氣等能源日益短缺，能源危機(jī)、環(huán)境污染等問(wèn)題日漸凸顯。根據(jù)有關(guān)資料顯示，人類已探明的石油儲(chǔ)量?jī)H能用40多年，天然氣60余年，煤大約200年。另外，傳統(tǒng)能源的過(guò)度利用對(duì)人類賴以生存的環(huán)境破壞十分嚴(yán)重，目前全球已經(jīng)開(kāi)始出現(xiàn)冰雪消融，冰川退縮等嚴(yán)重氣候問(wèn)題。因此，開(kāi)發(fā)利用新能源對(duì)推動(dòng)21世紀(jì)人類社會(huì)持續(xù)發(fā)展意義重大。

隨著人們生活水平的不斷提高，對(duì)居住、生活環(huán)境的要求也越來(lái)越高。要?jiǎng)?chuàng)造舒適的環(huán)境，就不可避免的要消耗能源。社會(huì)在發(fā)展的同時(shí)，造成了不可再生資源的枯竭和生態(tài)環(huán)境的破壞，使全球社會(huì)發(fā)展與環(huán)境保護(hù)之間的矛盾越來(lái)越突出。在這種背景下，以節(jié)約能源、保護(hù)環(huán)境和可持續(xù)發(fā)展為理念的新能源革命正在全球興起。

太陽(yáng)能作為一種可再生清潔能源，在尋求人類社會(huì)持續(xù)發(fā)展的進(jìn)程中，日益受到世界各國(guó)的普遍重視。我國(guó)擁有的太陽(yáng)能資源十分豐富，據(jù)統(tǒng)計(jì)，每年中國(guó)陸地接收的太陽(yáng)輻射總量，相當(dāng)于2.4×1012t標(biāo)煤，絕大部分地區(qū)年平均日輻射量在4 kWh/(m2·d)以上，全國(guó)2/3以上地區(qū)年輻射量大于5.02×106kJ/m2，年日照時(shí)數(shù)在2 000 h以上，西北一些地區(qū)甚至超過(guò)3 000 h。因此，在我國(guó)開(kāi)發(fā)利用太陽(yáng)能必將創(chuàng)造出良好的社會(huì)效益、環(huán)境效益和經(jīng)濟(jì)效益。

1 太陽(yáng)能供熱系統(tǒng)原理

河南屬于三類地區(qū)，全年日照時(shí)數(shù)為2 200 h～3 000 h，輻射量在502×104kJ/(cm2·年)～586×104kJ/(cm2·年)，太陽(yáng)能資源十分豐富。太陽(yáng)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(tǒng)，末端采用地板輻射系統(tǒng)，冬季供暖供水溫度：≥35 ℃，回水溫度：≤30 ℃。太陽(yáng)能冬季采暖貢獻(xiàn)率為60%，剩余40%由輔助熱源提供。

太陽(yáng)能供熱系統(tǒng)主要由太陽(yáng)能集熱器、集熱器支架、循環(huán)管路、循環(huán)泵、閥門、過(guò)濾器、儲(chǔ)熱水箱等組成。集熱器由太陽(yáng)能采暖專用熱管和特制的采暖聯(lián)箱組成，集熱器承壓運(yùn)行，具有超低溫差傳導(dǎo)、防垢、防凍、防漏、抗風(fēng)功能，熱管經(jīng)過(guò)特殊加工處理，即使玻璃管發(fā)生損壞也不會(huì)漏水，不影響系統(tǒng)正常運(yùn)行。集熱器采集的熱量以水為載體，通過(guò)循環(huán)管路儲(chǔ)存于儲(chǔ)熱水箱中。采用高位集熱器、低位水箱的方式安裝，強(qiáng)制循環(huán)，停機(jī)排空的方式運(yùn)行，可以實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)能的采集和系統(tǒng)防凍，大大提高太陽(yáng)能的采集效率和系統(tǒng)的安全性。熱水供應(yīng)系統(tǒng)采用恒溫恒壓裝置保證用水終端水的溫度和壓力，不會(huì)出現(xiàn)供水不足或斷水現(xiàn)象，采用自動(dòng)循環(huán)保溫裝置保證供水管路和用水終端時(shí)刻有舒適溫度的熱水。自動(dòng)控制系統(tǒng)采用微電腦自動(dòng)控制，能自動(dòng)識(shí)別陽(yáng)光有無(wú)及強(qiáng)弱，監(jiān)測(cè)水箱水溫和室內(nèi)溫度，實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)能集熱系統(tǒng)和采暖系統(tǒng)溫差循環(huán)?？刂葡到y(tǒng)界面可以顯示各參數(shù)及系統(tǒng)設(shè)備運(yùn)行情況，自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)故障并顯示代碼，便于檢修和維護(hù)。

2 太陽(yáng)能供熱系統(tǒng)的特點(diǎn)

1)太陽(yáng)能集熱器可以承壓運(yùn)行，熱管經(jīng)過(guò)特殊處理，玻璃管發(fā)生損壞時(shí)也不影響系統(tǒng)正常運(yùn)行。集熱器及支架設(shè)計(jì)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(dòng)循環(huán)保溫裝置實(shí)現(xiàn)熱水即開(kāi)即熱。3)與輔助熱源低溫?zé)岜门涮资褂?，使供熱系統(tǒng)不受季節(jié)、晝夜及天氣的影響。陰雨天和夜間系統(tǒng)不能滿足用戶需要的熱能時(shí)，不足部分由輔助能源提供，保證無(wú)太陽(yáng)輻射時(shí)供熱系統(tǒng)照常運(yùn)行。4)節(jié)能降耗。建筑能耗占我國(guó)社會(huì)終端能源總消耗量的比例接近1/3，太陽(yáng)能供熱系統(tǒng)與建筑的完美結(jié)合可大大減少常規(guī)能源消耗，助推社會(huì)向著“低投入、低能耗、低污染、高產(chǎn)出”的方向發(fā)展。5)綠色環(huán)保。太陽(yáng)能作為一種潔凈的可再生能源，無(wú)環(huán)境污染。

3 解決的關(guān)鍵問(wèn)題

1)實(shí)現(xiàn)供暖和四季洗浴。太陽(yáng)能作為一種可再生能源，取之不盡，用之不竭。太陽(yáng)能供熱系統(tǒng)利用太陽(yáng)能集熱器將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換成熱能，采用自動(dòng)循環(huán)保溫裝置保證用水終端時(shí)刻有舒適溫度的熱水，實(shí)現(xiàn)了冬季采暖和全年熱水供應(yīng)。2)提升生活質(zhì)量。太陽(yáng)能供熱系統(tǒng)，具有高度清潔環(huán)保、一次投資長(zhǎng)期受益的特點(diǎn)，能夠徹底解決人們冬季取暖和熱水供應(yīng)問(wèn)題，增加環(huán)?？稍偕茉吹睦寐剩瑑?yōu)化能源結(jié)構(gòu)，改變?nèi)藗兊纳瞽h(huán)境和生存狀態(tài)，提升老百姓生活舒適度和幸福指數(shù)。3)實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排和環(huán)境保護(hù)。人類社會(huì)的迅猛發(fā)展，消耗了大量的煤、電、石油、天然氣等傳統(tǒng)能源，同時(shí)造成了大氣污染等嚴(yán)重的環(huán)境問(wèn)題。太陽(yáng)能作為一種取之不盡的清潔能源，對(duì)逐漸替代傳統(tǒng)能源、實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排、環(huán)境保護(hù)、促進(jìn)人與自然和諧發(fā)展的作用越來(lái)越大。

4 效益分析

1)經(jīng)濟(jì)效益。在住宅小區(qū)、學(xué)校、辦公樓大面積應(yīng)用太陽(yáng)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(yáng)能，輔助熱源補(bǔ)充一部分，一個(gè)采暖季4個(gè)月發(fā)生電費(fèi)1 200元～1 500元左右。在同樣供熱效果下，根據(jù)取暖面積和熱水用量，對(duì)比其他供暖方式，個(gè)人用戶3年～6年采用太陽(yáng)能供熱可回收其他供暖方式投資及費(fèi)用，單位用戶2年～3年可回收其他供暖方式投資及費(fèi)用，在之后的10年左右時(shí)間，太陽(yáng)能供熱系統(tǒng)自身無(wú)需投資，該系統(tǒng)運(yùn)行費(fèi)用將遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于其他供暖方式(鍋爐與空調(diào)的壽命在5年～8年，太陽(yáng)能供暖系統(tǒng)壽命在15年以上)。

太陽(yáng)能供熱與其他供暖方式運(yùn)行費(fèi)用比較。以北京市為例，2005年供暖收費(fèi)政策：民用供暖統(tǒng)一價(jià)格是24元/(m2·采暖季)；民用燃油、燃?xì)?、電鍋爐供暖價(jià)格是30元/(m2·采暖季)；燃煤鍋爐直供民用供暖價(jià)格為16.5元/(m2·采暖季)；燃煤鍋爐間供民用供暖價(jià)格為19元/(m2·采暖季)。太陽(yáng)能供熱系統(tǒng)運(yùn)行費(fèi)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(jīng)濟(jì)效益可觀。采用太陽(yáng)能供熱系統(tǒng)，太陽(yáng)能利用率高。如果大型太陽(yáng)能采暖項(xiàng)目能夠?qū)⑻寂欧诺臏p少量銷售出去，則太陽(yáng)能供熱項(xiàng)目不只保護(hù)了環(huán)境，而且還創(chuàng)造了可觀的經(jīng)濟(jì)效益。按照目前國(guó)內(nèi)企業(yè)向國(guó)外企業(yè)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(jì)算，每1 m2太陽(yáng)能熱水器每年節(jié)約150 kg標(biāo)準(zhǔn)煤，減少339 kg二氧化碳排放。也就是10萬(wàn)m2的建筑如果采用1萬(wàn)m2太陽(yáng)能進(jìn)行供熱，則每年可以為用戶創(chuàng)造可交易的碳排放減排效益305 100元，按照太陽(yáng)能熱水器的壽命計(jì)算，15年累計(jì)可創(chuàng)造效益457萬(wàn)元。

2)社會(huì)效益。a.適用性強(qiáng)。經(jīng)過(guò)不同區(qū)域上千個(gè)家庭單位的應(yīng)用實(shí)踐，冬天環(huán)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(wàn)平方米的小區(qū)均能使用。且可以根據(jù)用戶情況進(jìn)行合理設(shè)計(jì)、安裝，人性化界面，操作簡(jiǎn)單，可按照用戶意見(jiàn)分時(shí)分流分室控制，集中了鍋爐供暖和空調(diào)采暖的優(yōu)點(diǎn)，使用戶的舒適程度大大提高。b.能夠根據(jù)需要實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)能供熱和全年洗浴。在同等供熱條件下日常運(yùn)行費(fèi)用大大低于集中供熱、燃油燃煤氣電鍋爐，可以實(shí)現(xiàn)全年的洗浴功能。太陽(yáng)能供熱設(shè)備和技術(shù)已經(jīng)趨于成熟并在不斷提高和改進(jìn)。不僅能夠滿足建筑物供暖及熱水供應(yīng)的需求，而且有利于建筑節(jié)能和環(huán)境保護(hù)。太陽(yáng)能供暖洗浴系統(tǒng)操作簡(jiǎn)單，使用方便，在很多地區(qū)晴朗天氣下，一天24 h全用太陽(yáng)能供熱，如果陰雨天或夜間感覺(jué)室內(nèi)需要更高溫度，則用輔助熱源低溫?zé)岜醚a(bǔ)充即可。太陽(yáng)能供熱系統(tǒng)中能源利用率可達(dá)到60%～95%，每年根據(jù)氣溫想用多少天就用多少天。本系統(tǒng)安全干凈無(wú)污染，老人孩子都可以方便使用，輕松打造健康環(huán)保生活。c.大面積使用太陽(yáng)能供熱的意義。采暖是我國(guó)的能耗大戶，城鎮(zhèn)建筑每年僅采暖一項(xiàng)的耗能占全國(guó)總能耗的11.5%。我國(guó)還是世界上每年新建建筑量最大的國(guó)家，每年20億m2新建面積，相當(dāng)于消耗了全世界40%的水泥和鋼材。提高現(xiàn)有建筑物的能源效率，為新建筑物設(shè)計(jì)高效率的供熱和制冷系統(tǒng)，將會(huì)產(chǎn)生巨大的能源節(jié)省空間。

5 推廣應(yīng)用前景

中國(guó)從2009年開(kāi)始在國(guó)內(nèi)所有省份大面積推廣太陽(yáng)能供暖，每個(gè)省推廣規(guī)模在400萬(wàn)m2/年以上，給開(kāi)發(fā)利用太陽(yáng)能帶來(lái)了前所未有的發(fā)展機(jī)遇。采用太陽(yáng)能供熱符合國(guó)家節(jié)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(yīng)、氣候暖化的最優(yōu)選擇。太陽(yáng)能供熱系統(tǒng)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(wàn)平方米的單體建筑都可以方便的使用，在城市、縣區(qū)、牧區(qū)、山區(qū)均可進(jìn)行推廣。

太陽(yáng)能供熱系統(tǒng)設(shè)計(jì)科學(xué)、熱效率高、功能齊全，是太陽(yáng)能利用技術(shù)的重大突破，代表新能源開(kāi)發(fā)利用方向，高效節(jié)能，環(huán)保清潔，取之不盡，用之不竭，市場(chǎng)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(zhàn)強(qiáng)(1968- )，男，工程師

TU201.5

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