淺析太陽(yáng)能采暖與生活熱水系統(tǒng)的技術(shù)與經(jīng)濟(jì)效益

李恩云LI En-yun

（山東華元建設(shè)集團(tuán)有限公司，諸城 262200）

（Shandong Huayuan Construction Group Co.，Ltd.，Zhucheng 262200，China）

1 研究背景

隨著能源政策的進(jìn)一步落實(shí)和實(shí)施，在實(shí)際工程中，公司始終堅(jiān)持科技創(chuàng)新，在建筑節(jié)能技術(shù)產(chǎn)品的研究推廣領(lǐng)域不斷加大投入，不斷地開(kāi)發(fā)新產(chǎn)品，保證了產(chǎn)品的不斷升級(jí)和技術(shù)更新。集團(tuán)以墻材革新、建筑節(jié)能、可再生能源利用等為創(chuàng)新點(diǎn)，以建筑工業(yè)化和住宅產(chǎn)業(yè)化為方向，不斷加大科技投入，努力提高自主創(chuàng)新能力，建成了國(guó)家重點(diǎn)高新技術(shù)企業(yè)和省級(jí)工程技術(shù)研究中心，逐步建立起較為完善的企業(yè)科技創(chuàng)新體系。新型墻體材料、建筑節(jié)能、太陽(yáng)能綜合利用的研究開(kāi)發(fā)和推廣應(yīng)用工作走在全國(guó)前列。實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)能與節(jié)能建筑有機(jī)結(jié)合、利用可再生能源智能化采暖供熱的“太陽(yáng)能智能化采暖與節(jié)能建筑一體化技術(shù)”，被列入國(guó)家科技攻關(guān)計(jì)劃；“寒冷地區(qū)太陽(yáng)能采暖與生活熱水供應(yīng)系統(tǒng)”獲得山東省科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)。

2 技術(shù)工藝原理

太陽(yáng)能采暖和生活熱水系統(tǒng)由集熱器、蓄熱水箱、輔助熱源和自動(dòng)化控制系統(tǒng)組成。主要系統(tǒng)包括：①集熱系統(tǒng)，住宅樓屋頂面南側(cè)全部設(shè)置太陽(yáng)能集熱模塊，將循環(huán)水用太陽(yáng)能光熱加熱至設(shè)定溫度，自動(dòng)化溫差控制流入儲(chǔ)熱水箱；②采暖系統(tǒng)，按常規(guī)設(shè)計(jì)低溫地板輻射采暖系統(tǒng)，用于冬季采暖；③輔熱系統(tǒng)，遇陰雨等特別天氣時(shí)利用城市蒸汽管網(wǎng)輔助加熱至設(shè)定溫度；④熱水系統(tǒng)，按常規(guī)設(shè)計(jì)安裝熱水管道，全年四季供應(yīng)生活熱水；⑤自動(dòng)化控制系統(tǒng)，根據(jù)設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)軟件自動(dòng)控制，補(bǔ)水、循環(huán)、輔熱、防凍、水溫和室內(nèi)溫度；⑥計(jì)量收費(fèi)系統(tǒng)，采暖費(fèi)收取，每戶在室內(nèi)樓梯間入口處設(shè)計(jì)熱水流量表和控制閥門，按照系統(tǒng)范圍測(cè)算數(shù)據(jù)和流量表的數(shù)字計(jì)算各業(yè)主每冬季的采暖收費(fèi)金額。各業(yè)主安裝熱水流量表，每月按照流量表數(shù)字收取熱水費(fèi)。

該系統(tǒng)在建筑物朝陽(yáng)屋面統(tǒng)一設(shè)置太陽(yáng)能集熱模塊，在機(jī)房?jī)?nèi)設(shè)置保溫儲(chǔ)熱水箱。當(dāng)集熱器上水溫大于儲(chǔ)熱水箱水溫一定溫差時(shí)，二者之間連接循環(huán)管道上的循環(huán)泵自動(dòng)啟動(dòng)進(jìn)行系統(tǒng)內(nèi)溫差循環(huán)，直到將溫差控制在額定值自動(dòng)停止循環(huán)。遇到雨雪天氣或處于氣溫過(guò)低的冬期，儲(chǔ)熱水箱水溫達(dá)不到設(shè)定溫度，與水箱相連的輔助熱源管道上的電磁閥會(huì)自動(dòng)開(kāi)啟，對(duì)水池加熱至設(shè)定溫度后停止。建筑物室內(nèi)采暖用熱媒即為儲(chǔ)熱水箱中的熱水，當(dāng)置于室內(nèi)的溫度探頭監(jiān)測(cè)室內(nèi)溫度低于設(shè)定溫度一定數(shù)值時(shí)，自動(dòng)控制柜控制循環(huán)泵及電磁閥開(kāi)啟，系統(tǒng)開(kāi)始對(duì)室內(nèi)進(jìn)行循環(huán)加熱，至室內(nèi)達(dá)到設(shè)定溫度時(shí)停止。室內(nèi)由溫控器控制管道上的電動(dòng)閥門，自動(dòng)控制使室內(nèi)達(dá)到設(shè)定溫度。建筑物內(nèi)生活熱水水源亦取自儲(chǔ)熱水箱中的熱水，由壓力罐控制熱水泵啟閉，向室內(nèi)輸送生活熱水。實(shí)施該系統(tǒng)后，可充分利用太陽(yáng)能為人們實(shí)現(xiàn)冬季采暖與一年四季供應(yīng)生活熱水。系統(tǒng)運(yùn)行可靠，全部實(shí)現(xiàn)智能化控制，美觀且經(jīng)濟(jì)實(shí)用，環(huán)保節(jié)能，利于產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)了太陽(yáng)能采暖、熱水與建筑一體化有機(jī)結(jié)合。

在建筑結(jié)構(gòu)中，太陽(yáng)能采暖系統(tǒng)是一重要的系統(tǒng)架構(gòu)。它應(yīng)該作為建筑結(jié)構(gòu)的子系統(tǒng)廣泛應(yīng)用到人們的日常生活中，實(shí)現(xiàn)建筑節(jié)能一體化，提高建筑節(jié)能效果。同時(shí)由于太陽(yáng)能采暖工程集熱器的面積遠(yuǎn)大于太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)，目前安裝的太陽(yáng)能采暖系統(tǒng)，太陽(yáng)能集熱器與建筑面積按照1m2∶6～8m2的來(lái)布設(shè)，即1m2太陽(yáng)能集熱器適用于6～8m2的建筑面積。但若照此配置，冬期太陽(yáng)能供暖效率不會(huì)太高，而且在夏季，太陽(yáng)能系統(tǒng)產(chǎn)生的生活熱水比實(shí)際消耗量要高，于是太陽(yáng)能集熱系統(tǒng)必須通過(guò)遮擋、悶曬的方式來(lái)減少太陽(yáng)得熱，無(wú)疑降低了非采暖季太陽(yáng)能利用率，而且系統(tǒng)過(guò)熱還可能引發(fā)各種安全隱患。鑒于此，要提高太陽(yáng)能采暖系統(tǒng)的應(yīng)用效率，冬夏熱量平衡是首要解決的問(wèn)題。

3 本系統(tǒng)安裝運(yùn)行特點(diǎn)

本節(jié)能成果廣泛應(yīng)用在城市多層建筑和新農(nóng)村建設(shè)中的集中供暖和一年四季生活熱水供應(yīng)。其特點(diǎn)如下：

①儲(chǔ)熱密度大，溫度恒定，儲(chǔ)熱容器體積小，熱效率高。與傳統(tǒng)儲(chǔ)能材料水相比，儲(chǔ)能密度最高可達(dá)水的4 倍，空間減少三分之一，比水的熱流失低80%；②廣泛的適應(yīng)性，針對(duì)不同的應(yīng)用場(chǎng)所，可提供不同融點(diǎn)的儲(chǔ)能產(chǎn)品，不會(huì)產(chǎn)生如水所導(dǎo)致的細(xì)菌污染；③該技術(shù)無(wú)性能降級(jí)，無(wú)揮發(fā)，無(wú)磨損，無(wú)污染，無(wú)腐蝕，安全高效。④結(jié)構(gòu)安全可靠，功能多樣。太陽(yáng)能采暖與生活熱水系統(tǒng)不僅能供暖，還能提供熱水；⑤健康、舒適、暖和。冬天采暖，不僅要考慮成本，更要考慮供暖的健康、舒適、暖和性，能舒舒服服過(guò)個(gè)暖冬，這才人們采暖的根本目的。供暖的暖和舒適度，在于供暖設(shè)備如何輻射熱能。太陽(yáng)能采暖與生活熱水系統(tǒng)符合中醫(yī)的“暖從腳起，腳暖全身暖”理論，供暖更健康、舒適。

4 技術(shù)及經(jīng)濟(jì)效益分析

太陽(yáng)能地板低溫輻射采暖與其他方式采暖經(jīng)濟(jì)比較如表1 所示。

表1

經(jīng)濟(jì)效益及社會(huì)效益分析：①太陽(yáng)能負(fù)擔(dān)了大約60%的熱負(fù)荷，結(jié)合分戶熱計(jì)量，使建筑的實(shí)際能耗進(jìn)一步降低。經(jīng)運(yùn)行記錄統(tǒng)計(jì)，在采暖季中，蒸汽輔助熱源的耗氣（電）量?jī)H為常規(guī)建筑的1/3 左右。

②經(jīng)過(guò)示范項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)，自動(dòng)化控制程度高，具備綠色環(huán)保、設(shè)備投資降低、維護(hù)費(fèi)用和運(yùn)行費(fèi)用降低等優(yōu)點(diǎn)，此技術(shù)完全可靠，使用壽命達(dá)到15年以上。

③太陽(yáng)能地面輻射供暖具備舒適衛(wèi)生，改善家居環(huán)境，提高居住層次；沒(méi)有散熱器片及支管，增加了2%-3%的使用面積，便于室內(nèi)裝修和家具布置；各房間可按照住房所需獨(dú)立調(diào)節(jié)；地板供暖為供回水雙管系統(tǒng)，在每戶的分水器前安裝熱量表，可實(shí)現(xiàn)按戶單獨(dú)計(jì)量收費(fèi)；供暖期內(nèi)，運(yùn)行費(fèi)用低于傳統(tǒng)的暖氣片供暖方式，而且室內(nèi)溫度基本恒溫，無(wú)忽冷忽熱現(xiàn)象。

④本技術(shù)先后在數(shù)十項(xiàng)建筑工程中得到了實(shí)踐，為太陽(yáng)能采暖技術(shù)的推廣起到了良好的示范作用。通過(guò)示范工程的實(shí)際運(yùn)行，多項(xiàng)新技術(shù)的先進(jìn)性和可靠性得到了充分驗(yàn)證，受到了社會(huì)廣泛關(guān)注，反響很好。取得了非常好的社會(huì)效益。本項(xiàng)目的實(shí)踐與推廣，符合國(guó)家環(huán)保、能源政策要求和產(chǎn)業(yè)化發(fā)展方向，推廣應(yīng)用前景廣闊，在環(huán)保、節(jié)能方面社會(huì)效益顯著，可為國(guó)家制定能源與產(chǎn)業(yè)政策提供參考。項(xiàng)目從著手科研到成品推廣，都在國(guó)內(nèi)建筑業(yè)畫上了濃重墨彩的一筆?？梢哉f(shuō)，該系統(tǒng)的研發(fā)和應(yīng)用是建筑行業(yè)的一次節(jié)能降耗的“技術(shù)革命”。系統(tǒng)的節(jié)能降耗功效在現(xiàn)實(shí)生活中必將發(fā)揮更大的優(yōu)勢(shì)。

⑤現(xiàn)階段，國(guó)內(nèi)每年新增16 億m2的建筑面積，而使用太陽(yáng)能采暖與生活熱水系統(tǒng)的建筑非常少，大多數(shù)建筑仍沿用傳統(tǒng)的采暖技術(shù)，這恰恰證明了該系統(tǒng)有非常廣闊的市場(chǎng)前景。

⑥該系統(tǒng)的推廣和應(yīng)用必將在建筑行業(yè)掀起一場(chǎng)技術(shù)革命，一方面可推動(dòng)太陽(yáng)能產(chǎn)業(yè)發(fā)展，同時(shí)會(huì)催生建筑領(lǐng)域的多個(gè)新興行業(yè)。

[1]北京九陽(yáng)實(shí)業(yè)公司.不同類型輔助能源的太陽(yáng)能采暖系統(tǒng)方案對(duì)比[J].農(nóng)業(yè)工程技術(shù)（新能源產(chǎn)業(yè)），2009（11）.

[2]焦治平.淺談青海省太陽(yáng)能應(yīng)用現(xiàn)狀與發(fā)展前景展望[J].價(jià)值工程，2011（22）.

[3]齊益群.淺談太陽(yáng)能在建筑中的應(yīng)用與發(fā)展[J].中小企業(yè)管理與科技（下旬刊），2012（03）.