清華陽光發(fā)力太陽能采暖技術

本刊記者 ■ 鵬飛

太陽能采暖技術被視為太陽能熱利用產(chǎn)業(yè)升級的一個重要方向。太陽能被動采暖技術早已在太陽能建筑上得到廣泛應用，但可從根本上提升室內(nèi)采暖溫度的主動式太陽能采暖技術卻由于技術、政策、市場等方面滯后的原因，一直沒有實現(xiàn)規(guī)?；茝V應用。

時移世易、技術進步、環(huán)境變遷、產(chǎn)業(yè)升級等正在推動太陽能主動采暖技術逐步走進人們生活。

當前我國要應對日益嚴重的能源危機和越來越嚴重的霧霾天氣，而霧霾的形成和煤炭的燃燒有直接關系，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。我國政府正在出臺多項政策大力支持采用清潔能源治理環(huán)境污染，其中太陽能光熱應用作為其中一個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)的領軍企業(yè)，不僅依靠技術引領產(chǎn)業(yè)發(fā)展，更憑借先知先覺的市場敏銳嗅覺，及時布局太陽能采暖市場開發(fā)，著力引導太陽能采暖市場消費。清華陽光在多年太陽能熱利用研發(fā)和生產(chǎn)中沉淀的雄厚技術基礎上，通過進一步的系統(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。

清華陽光兩項太陽能采暖新產(chǎn)品通過技術鑒定

受北京市經(jīng)濟和信息化委員會委托，北京市技術創(chuàng)新服務中心于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。

以中國農(nóng)村能源行業(yè)協(xié)會太陽能熱利用專委會主任羅振濤為組長的鑒定委員會聽取了研制單位所作的工作總結報告、技術總結報告、工藝審查報告、質(zhì)量檢驗報告、財務報告，并審查了檢測報告、查新報告、用戶使用報告及技術文件資料，觀看了產(chǎn)品現(xiàn)場演示，經(jīng)質(zhì)疑和討論，鑒定委員會認為：

全玻璃熱管集熱器排空式太陽能供熱采暖系統(tǒng)采用雙級全玻璃熱管真空太陽集熱管和雙通道全排空集熱器，實現(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、能耗和運行費用低等優(yōu)點；該產(chǎn)品的輔助熱源獨立回路、系統(tǒng)集成式泵站及大數(shù)據(jù)量處理智能控制設計實現(xiàn)了智能化、自動化運行，優(yōu)先利用了太陽能，提高了系統(tǒng)的經(jīng)濟性和可靠性。

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)量處理智能控制設計實現(xiàn)了智能化、自動化運行，優(yōu)先利用了太陽能，提高了系統(tǒng)的經(jīng)濟性和可靠性；該系統(tǒng)采用的獨立輔助熱源回路設計，U型管鋁翼脹管技術，具有創(chuàng)新性和實用性。

以上兩種產(chǎn)品節(jié)能減排效果顯著，具有較高的經(jīng)濟和社會效益，市場前景廣闊，技術均達到國際先進水平，同意通過新產(chǎn)品鑒定，并建議加快成果的推廣應用。

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、清華大學教授殷志強為總顧問的工作組，而他自己則作為總指揮協(xié)調(diào)項目組的工作。他說，事實上，該研發(fā)項目早在北京大規(guī)模爆發(fā)霧霾之前就已經(jīng)啟動了，如今成果鑒定通過，可謂與當前國家治霾行動不謀而合，相信通過國家政策的推動，太陽能采暖一定會大有用武之地。羅振濤表示，應該在太陽能采暖標準化、設計手冊方面做進一步的工作，以方便建筑設計人員參考。

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項清華陽光自主知識產(chǎn)權技術的支撐，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家殷志強教授率領團隊取得的國內(nèi)外首創(chuàng)創(chuàng)新成果。設計針對寒冷地區(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，采暖設計熱負荷指標符合GB/T 50668-2011《節(jié)能建筑評價標準》的要求。

采暖專用集熱器采用雙級全玻璃熱管真空太陽能集熱管，在普通集熱管的基礎上，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，同時灌注適當量的工質(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，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，進一步提高了玻璃熱管的啟動時間，從而提高產(chǎn)品熱性能。玻璃熱管排空采暖系統(tǒng)則實現(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)集成泵站的設計，降低安裝難度，提高安裝效率；采暖儲熱水箱分層的優(yōu)化設計，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現(xiàn)全天候自動智能控制，滿足舒適性的同時降低熱量消耗。

在清華陽光馬池口生產(chǎn)基地的房頂上，筆者看到了這套實驗系統(tǒng)。殷志強教授介紹說，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；雙級玻璃熱管有效加快了系統(tǒng)啟動，平均啟動時間提前約40 min；同時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過程。因此，后續(xù)推廣時最好和建筑設計結合，將集熱器和建筑實現(xiàn)一體化設計。

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月的運行，室內(nèi)溫度維持在16～20 ℃，不僅替代了燃煤，而且系統(tǒng)運行費用降低，運行穩(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)特別針對環(huán)境溫度較低的寒冷及部分嚴寒地區(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。傳熱鋁翼采用獨創(chuàng)的鋁翼脹管技術，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)集成泵站的設計，降低安裝難度，提高安裝效率；采暖儲熱水箱分層的優(yōu)化設計，配合采暖循環(huán)的需要，水箱內(nèi)熱利用充分，冬季防凍。設計了專用采暖控制器，實現(xiàn)全天候自動智能控制，做到滿足舒適性的同時，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月的運行，室內(nèi)溫度維持在16～22 ℃，不僅替代了燃煤，而且系統(tǒng)運行費用降低，運行穩(wěn)定。

有些房屋結構不利于全玻璃熱管集熱系統(tǒng)排空的實現(xiàn)，安裝上也存在不小的難度，對施工要求也較高，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)使用有一定的風險。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。

太陽能采暖推廣應用正當時

清華陽光的雙級全玻璃熱管產(chǎn)品及生產(chǎn)工藝技術已基本成熟，并進行了大規(guī)模生產(chǎn)，全玻璃熱管集熱器也已在生活熱水領域進行了幾年的規(guī)?；瘧谩Ｅ趴帐讲Ａ峁芗療崞髟诩療崾褂眠^程中和普通玻璃熱管集熱器接近，且已進行了試用等小規(guī)模安裝，技術成熟。

新型采暖U型管太陽能集熱器產(chǎn)品及生產(chǎn)技術已基本成熟，并已進行了小批量生產(chǎn)。普通U型管太陽能集熱器也已在生活熱水領域進行了15年以上的規(guī)?；瘧茫夹g成熟，只是在集熱管密封結構、內(nèi)部傳熱換熱結構等方面還需改進使其更加完善。

這兩種太陽能供熱采暖系統(tǒng)均已進行了相應試驗，除了系統(tǒng)排空可靠性和系統(tǒng)配置合理性等問題需進一步優(yōu)化解決外，系統(tǒng)整體可行，滿足使用要求。通過本項目的進一步工作，可實現(xiàn)其大規(guī)模的生產(chǎn)推廣。

以北京為例，城區(qū)大多實現(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，其煙塵排放流動傳播無疑會對城區(qū)大氣環(huán)境產(chǎn)生影響。因此，太陽能采暖推廣正當時。

針對北京地區(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，具有較強的市場競爭力及實用性。