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摘要：本文通過對太陽光能的分析研究及對目前太陽能利用的利弊分析，提出新型的太陽能供熱(暖)設備及系統，具有防凍、不結垢、高效三大特點而且已在小范圍的安裝使用，效果顯著，有明顯的經濟價值及社會效益，有一定的推廣價值。...

太陽能供熱系統工程

王日全

青海萬發建筑安裝工程有限公司

1、了解太陽能

    地球上的能源來自于太陽。每年地球所接受的太陽能總量為l×1018KW·h，大氣層外的太陽輻射能為l353W/m2，陽光通過大氣層時被吸收一部分，同時還受天氣、空氣質量等因素影響，到達地面上的太陽輻射強度各地區不盡相同，一天24小時各時段也不同，具有一定的周期性。太陽能本身所具有的特點歸納如下：       

    1)太陽輻射能量巨大，有一定的規律和周期性。

    2)太陽能是無污染的清潔能源

    3)太陽能源源不斷地投向地球等星球。

    4)太陽能本身不花錢。

    5)太陽能用途廣，利用空間大。

    我們國家地域遼闊，光能資源豐富。西安地區四月份晴天正午時分，地面上接收的太陽輻射能為983W/m2。青海地處高原，天高云淡，晴天多陰天少，光照強度比一般地區高(約為l030W/m2)。太陽賜給我們更豐富的光能資源，取之不盡，用之不竭。

2、現有太陽能熱利用狀況

    太陽能熱利用由來已久，世界各地用法不盡相同。我國在太陽能熱利用方面已經處于世界先進行列。主要有三大系列產品：

    1)以清華大學發明的玻璃真空管集熱技術為核心的太陽能熱水器，應用面較廣，適應性能好，價格較高。

    2)在傳統的板式集熱器基礎上優化改進型的熱水器，抗凍功能差，限于某些地區使用，價格較低。

    3)太陽灶，在廣大農村牧區普遍使用，價格低廉。

    這些太陽能熱利用產品先進科學，實用性非常好，節約了大量不可再生能源，省了不少錢，減少了環境污染，得到了良好社會效益和生態效益。國家在加大力度制定相關的配套法規政策，推廣使用太陽能。

3、太陽能供熱(暖)可行性

    首先，太陽能供熱(暖)符合國家科技、能源、環境政策，各級政府又在大力推廣建筑節能保溫項目，提高建筑的儲能和絕熱功能，這將為太陽能供熱(暖)奠定了儲能基礎，更有利于太陽能供熱(暖)的推廣應用。太陽能供熱(供暖和供熱水)必須與其它能源相結合，供熱設施一體化設計，結合的目的是節約不可再生能源，花更少的錢達到同樣的供熱(暖)指標，一年四季用熱水，這種方式符合消費者利益。

    在冬季平均每天有效光照時間為4～6小時(各地區光照時問不同)，這段時間內完全可以用光一熱供暖，其他時段或陰雪天氣用其它能源供暖，供暖期內節能率可達40％以上。

    總的來講，有一定的光照強度通過光一熱轉換設備就可以獲取相應的熱量，關鍵在于用什么設備、花多少錢、獲取多少熱量，即性能、價格、功效比例是否合理，如果合理人們會接受的。

    近兩年，我們查閱了許多關于太陽能熱利用方面成功的經驗資料，借助于這些技術條件基礎，結合自己的技術能力和開發能力，制造出數臺太陽能供熱(供暖和熱水)設備，經過實地試驗測試，取得了比較滿意的效果。綜合性價比比較理想，符合市場運行規律。

4、太陽能供熱(暖)設備及系統工程

    技術要點：熱得快、抗凍性能、保溫性能、常壓運行、不結垢、熱效率高、換熱傳遞速度快。

    1)熱得快

    太陽能供熱設備的核心部件是采光集熱板，為了使板內換熱介質熱得快，將集熱板設計成大采光面小流量，這樣可在短時間內把換熱介質加熱到供暖所需要的溫度。管板式集熱板承壓可達0.4MPa。

    在集熱板表面采用陽極氧化著色，具有光一熱轉換效率高、抗老化、不脫落等優點。

    2)抗凍性能

    傳統的板式集熱器，熱效率較高，但抗凍性能較差，這也是多少年來制約板式太陽能發展的原因一。我們所開發的板式太陽能供熱設備在板管內以防凍液(或其他不凍液)為換熱介質，在水箱和供暖系統中循環，抗凍能力可達到40。C，具有卓越的抗凍性能。

    3)保溫性能  

    集熱板的保溫直接影響其熱效率，設計采用兩種保溫形式，在集熱板背面選用高密度聚乙烯苯板一次性成型為槽形，具有一定的剛度，苯板耐高溫性能差(≤60℃)，但價格低，耐老化，在其高溫側鋪一層硅酸鹽保溫材料，形成溫度梯度，保護苯板不受高溫。在集熱板透光側用密封中空玻璃保溫，其中空間隙大小非常關鍵，為此，我們引用日本《建筑保溫》中的5mm空氣保溫技術，在5mm空氣層內空氣基本不對流，對流換熱系數接近為零，實現良好的保溫性能。

    4)常壓運行

    太陽能供熱(暖)系統工程安全運行非常重要。

    液體受熱密度變小，體積膨脹，這是自然循環動力的來源，但也是破壞系統的原動力，所以在整個太陽能供熱系統中，在最高處設有通大氣孔，便于換熱介質熱脹冷縮呼吸，使整個供熱系統處于常壓狀態下運行。

    5)不結垢

    在太陽能供熱(暖)系統中，設有一個一定容積的水箱，有兩個用途：①生活用熱水箱，②不供暖期內釋放集熱板能量。在水箱內設一換熱器，其外側是自來水，內側是換熱介質，在換熱過程中水側產生一定的水垢為剛性，將換熱器設計呈波紋狀，換熱時發生了彈性變形，外側的剛性水垢會自動脫落，在水箱底部設排污口，定期排放即可。

    6)熱效率及傳熱速度

    太陽能供熱(暖)系統熱效率高低還取決于管路保溫和散熱器性能，管路保溫選用閉孔“海綿”雙層套管，接口處用膠帶扎牢，防止脫節漏溫。散熱器選用小容積、傳熱速度快的產品，有效快速的將熱量傳遞室內空氣，盡快提高室內溫度。太陽能供熱(暖)設備及系統工程，主要有采光集熱板、水箱、自動控制器、電暖氣、循環管道、循環泵、散熱器、膨脹缸、防凍液等構成。工作原理為：采光集熱板將光能轉換為熱能并加防凍液，防凍液作為換熱介質，在系統中自然循環或強制循環將熱量轉遞到水箱或散熱器，達到光一熱利用的目的。其主要特點是：①熱得快、效率高；②抗凍能力強(達到一40％)；③常壓運行安全；④不結垢；⑤使用壽命長(達到20年)；⑥節能省錢。該系統工程安裝使用非常方便，可獨立進行供暖和獨立組裝熱水工程，也可以兩者兼顧，同時供熱，總之可按照用戶要求進行設計，考慮冬季供暖為主，采光換熱板的安裝角度就不同于普通熱水器安裝角度，在青海地區集熱板與地面夾角以600為宜，朝陽角度以偏西l00為宜。        這組安裝角度在冬季可獲得更好的熱量，由于設計供暖所需集熱板較大，其它季節供熱水不受適應性太陽能供熱(暖)設備及系統工程，適用于40℃環境條件下。結合建筑保溫改造或新建建筑居所進行供暖和熱水供應。

    特別適用于農村、牧區、學校供暖，學校多為白天上課，而白天大部分時間可用太陽能供暖，早上用其它能源供暖，供暖時間一般為3小時，星期天或節假日停止供暖，太陽能熱水器不用停，只把其他能源關掉節約率相對更高。由于在供暖系統中充裝的是不凍液，即使在星期天、節假日中也不用擔心供暖系統防凍問題。而且熱水供暖，即使在節假日中也必須供暖，不然就有可能凍壞供暖設施，相對來講造成無效供暖和無效花錢。

6、青海地區供暖特點及太陽能供暖優勢

    青海地區冬季寒冷且時問長，供暖時間長達半年以上，并有良好的供暖習慣，但房屋保溫性能較差，為了取暖，每年冬季花費大量資金去維持室內溫度，近年來又燃用清潔燃料供暖，供暖費用居高不下。

    青海地處”三江”源頭，營造環境保護環境，使用清潔能源比其它地區更為重要。青海天高云淡，晴多陰少，有更豐富的光能資源，光照強度達1030w/m2，只要太陽升起來，如此巨大的能量就會源源不斷地投向我們的家園，我們已經有了太陽能利用的習慣，熱水器、太陽灶，還有太陽能電源，用之無不稱好，利國利民。

7、太陽能供熱(暖)經濟分析

    結合其它能源供暖主要有三種方案：

    1)太陽能供暖+電熱供暖機(可分式)；

    2)太陽能供暖+電熱循環系統(一體化)；

    3)太陽能供暖+燃氣系統(或其他能源)。太陽能供暖與電熱(或其他能源)供暖交替運行時間為5：3，即平均光照時間為5小時，電熱供暖3小時。全天陰雪天氣在青海占10％，以西寧地區100m2供暖面積現行價計算，一個供暖期內電耗費用為：

    100m×60w/m2×3小時/天×180天×0.43元/度÷0.9=1440元

    綜合供暖費用和燃煤供暖費用相差無幾，且自動控制，常年使用熱水。太陽能供暖系統一次性投資(按100m2供暖面積計算)：

    1)采光集熱            12m2×200元/m2         2400.00元   

    2)自動控制器                                  360.00元

    3)水箱                     (120L自選)         500.O0元

    4)循環泵80w                                   130.O0元

    5)管道、散熱器              30元/m2           3000.O0元

    6)不凍液               150L×4.50：Tc/L       675.O0元

    7)利稅                 以上合計×12％          787.80元 

    合計                                           7352.80元 

    太陽能供暖系統使用壽命長達20年，一次投資長期受益。如果選用其他供暖方式，其設施投資也不低，同時還要消耗其他能源。

    每平方米集熱板平均光熱功率為500w，每天有效日照時間平均按4小時計算，每天的累積熱量為2．Okw.h，按平均電價0.50元/度計算，每天可節約l.O0元，每年按220天光照日計算，每平方米集熱板每年可節能相當于電費220.O0元(但一年內不一定220天都在有效使用)。

8、市場分析與對比

    1)新型太陽能供熱設備可以一機兩用，在供暖的同時供應熱水，這是一般太陽能熱水器所不及的。

    2)這種供熱設備組裝的熱水器性價比高，比真空玻璃管熱水器(同性能的)價格低約30％，而且適應性好，抗凍能力強，可謂是物美價廉。

    3)就熱水器講國內年總銷量約60萬臺，以真空玻璃管熱水器占主導地位，質量優劣都有，價格差異較大，按總的市場趨勢很好。

    4)新型太陽能供熱設備市場定位，質量是上乘的，但價格定在中低檔，以盡快就位市場一角。

    5)對于供暖市場，雖然潛力比較大，但必定一種新產品，市場有一定的認識過程和試用階段，預測在較短時間內能夠認可，特別是分戶供暖和學校，有很好的市場前景。

    6)相關市場，目前制約太陽能設備使用的因素還比較多，建筑設計未能配套設計，在原有建筑上安裝水平參差不齊，某種程度上影響了美觀。某些住宅區明確不讓太陽能上房。但好在國家已經出臺了相關政策，調整能源結構，推廣使用太陽能，各種太陽能利用設備也日趨成熟，讓太陽能直接服務于人們的產品，必將受到市場青睞。

(本文來源：陜西省土木建筑學會  文徑網絡：溫紅娟  尚雯瀟  尹維維 編輯 文徑 審核)

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