【太陽能供熱采暖】趨勢以及裝置分析

1前言

       我國是太陽能資源十分豐富的國家，為太陽能利用提供了很好的先天條件。2014年太陽能集熱系統保有量達到4.14億平方米（289520MWth），2015年國家能源局給光熱產業提出十三五期間我國光熱產業的保有量低要達到8億平方米的指標，此次光熱產業首次被提到國家政策決策層面進行討論。為太陽能光熱利用的多樣化提出了新的要求。隨著能源的日益緊張，人們在取暖方面對清潔、環保的太陽能的需求越來越迫切。據相關統計數據，全國供熱采暖耗能全年約為1.3億噸標準煤，耗能很大，是建筑能源消耗較高的領域。太陽能采暖系統技術具有較好的節能減排效果。目前全國已實施數十個太陽能采暖項目，分布在黃河以北的若干省市，累計采暖面積達30萬平方米，替代傳統集中供暖的比例不到1%，具有較大的市場推廣潛力，市場前景非常廣闊。

2太陽能采暖蓄勢待發

       發改委能源所公布的數據顯示，我國工業鍋爐排放的煙塵和二氧化硫分別占全國總排放量的41.6%和22.2%，燃煤工業鍋爐以高能耗、高污染排名靠前。環保部門在對環境監測和氣象數據分析后得出冬季燃煤污染物排放是影響空氣質量重要原因的結論。近年來，我國在不斷加速調整能源結構，至今已是全球太陽能光熱產業大國，集熱面積位居全球，但主要是熱水系統的應用，太陽能利用在國家能源戰略中一直處于重要的補充性能源地位。京津地區大型燃煤鍋爐的替代上可以看出清潔、高能效的燃氣占據著市場主導。但是，隨著我國天然氣進口需求的逐年增長，國際天然氣市場的高溢價日漸突出，發展可再生清潔能源利用刻不容緩，迫在眉睫，太陽能供熱采暖蓄勢待發。據了解，在國外，如丹麥、德國和瑞士等歐洲發達國家，太陽能供暖系統占有很高的市場份額，為整個太陽能熱利用的20%～50%。在德國，只有包含采暖用途的太陽能光熱應用系統才享有政府補貼，部分地區的補貼甚至達到每平方米120歐元。在我國沒有集中供熱管網的地區，尤其是在區域性供熱和單體建筑上，太陽能采暖大有用武之地，城鎮化將是太陽能采暖產業化、規模化發展的契機和平臺。事實上，太陽能采暖除了在城鎮化和新農村建設中大有作為以外，對工廠、醫院、學校、賓館、游泳館等工商業設施的建設和改造，太陽能采暖潛力巨大。對于太陽能企業而言，太陽能熱采暖早已不是什么技術難題。但是太陽能受季節和天氣影響，其能量呈現不穩定性和不連續性，為彌補太陽能間歇性能源的缺陷，保證太陽能熱利用的穩定高效運行，太陽能資源的跨季節性調動以及儲熱、換熱、熱流動的技術運作是關鍵，儲熱要做到長效，盡量減少因時間因素造成的熱損失；換熱要做到熱能交換之后，采暖和熱水分開；熱流動是要把大規模的蓄熱快速而充分地取出。國內各大型太陽能企業已具備面向不同區域、不同市場需求，提供以太陽能光熱為主體，兼容電能、空氣能、燃氣等輔助能源的綜合性熱水、熱采暖的綜合解決方案能力。

3太陽能采暖工程的配置依據

3.1根據房間取暖面積的大小來判斷需求能量

       在我國北方地區冬季低氣溫約-30℃，如果房間保溫效果良好，每平方米每天大約需要0.8kWh的能量。則100m2房間每天需要80kWh能量。如果房間墻壁沒有做保溫，那么需要的能量會更多，集熱器用量相應要加大。

3.2根據太陽能接收器面積大小來判斷接收的能量

       在我國北方地區，在寒冷的一月份，太陽光垂直射向太陽能接收器的能量每天每平方米大約3kWh，比較好的接收器光熱轉化效率約55%。要想接收80kWh的能量至少應安裝60㎡的接收器。這樣設計每天接收的能量才夠當天取暖用，同時要考慮采用熱泵，天然氣等輔助能源作為補充。

3.3考慮安裝熱量儲存設備

       家用住宅安裝太陽能采暖裝置，將接收的太陽能轉化為熱能儲存起來，每天接收的能量除了夠當天用以外還要有剩余用于夜晚和陰天使用。在東北地區一月份連續陰天一般不超過三天，按照連續陰天三天也能正常取暖來設計，儲存器的儲存能量至少應在300kWh以上，如果采用熱水儲存，熱水箱至少應在40m3以上。同時太陽能接收器的面積也要增大約1/3，即100m2房間應該安裝大約90m2的太陽能接收器。如果不安裝能量儲存器，必須得安裝能量輔助設備。在東北地區利用太陽能只用于白天取暖，夜晚和陰天用輔助能量加熱，100m2房間至少應安裝40m2太陽能接收器才有使用價值。

3.4采暖裝置必須符合能量守恒定律。

要想完全利用太陽能取暖，在設計時必須做到：

       1.先根據取暖房間的大小和墻壁保溫情況來估測每天需要的能量。保溫效果良好的墻壁和門窗每平方米的平均散熱功率約10W（室內外溫差為45℃時），100m2房間的外表面積大約320m2，每天（24小時）散熱能量大約為80kWh。即平均每天需要約80kWh的能量。

       2.根據每天需要的能量來設計太陽能接收器的接收面積。如果室內平均每天需要80kWh的能量，太陽能接收器每天至少應接收120kWh的能量。其中80kWh的能量當天用，余下的能量儲存陰天使用。太陽能接收器的光熱轉化效率按50%計算。

       3.儲存器的儲存能力要與需要的能量匹配。在東北地區的一月份連續陰天一般不超過三天，按在-30℃時連續三天陰天也能使室溫保持在15℃以上來設計，儲存器的儲存能力應在300kWh以上。如果采用熱水儲存，熱水箱的容積不能小于40m3，40m3的熱水一天陰天的水溫下降2℃，向室內提供約90kWh的能量，連續三天陰天水溫下降約6℃，仍能使室溫保持在15℃以上。

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