太陽能與地暖的結合應用

【摘 要】當今世界正忙于應對能源危機，能源價格不斷上升，日趨影響國際經濟形勢和人們的正常生活。我國政府也在大力支持和鼓勵開發使用新能源和可再生能源。

【關鍵詞】太陽能；能地暖；結合應用

眾所周之，太陽能是取值不盡，用之不竭的，一次投入，終身使用，無任何污染。我們應充分利用太陽能這種清潔的可再生能源，減少建筑能耗。太陽能在建筑中的熱利用，尤其是與低溫地板輻射采暖系統的聯合應用，很大程度上提高了太陽能熱利用的效率，避免了太陽能只在熱水器領域使用的局限性。由此而誕生了太陽能地板輻射采暖，簡稱太陽能地暖。

一、太陽能地暖的工作原理

太陽能集熱器接受太陽輻射并加熱集熱介質，將太陽輻射能轉化為熱能，并儲存在蓄熱水箱中。蓄熱水箱中的水在循環泵的作用下，進入供暖地板的管子中對房屋供暖。典型的太陽能地暖系統主要由太陽能集熱器、蓄熱水箱、輔助熱源、地暖盤管及控制裝置等組成。

二、太陽能地暖主要有兩種形式

間歇運行，是指太陽能供暖系統在日間收集太陽能并蓄存起來，在夜間運行對房間供暖的系統形式。此系統適合于冬季室外溫度不太低，日照充足的地區，如我國華北、西北的一些地區，以及西南的部分地區。利用南向的蓄熱墻體和地面，白天基本不需要熱源就可以維持16℃左右的室溫。如果白天的蓄熱溫度為40℃，夜間靠水箱中水的溫降來供暖，其最終水溫也不會低于30℃，也能基本滿足熱源要求。

連續運行：目前采暖區的絕大多數建筑白天也需要熱量供給，而且由于太陽能利用受氣候、天氣的影響很大，所以連續運行的太陽能地板采暖間接式系統是適用更廣泛的一種系統形式。即太陽能集熱系統和采暖系統是兩個獨立的系統，兩個系統采用換熱器換熱的形式進行熱量交換。如果太陽能供暖效率高，可采用電加熱輔助熱源，否則從經濟性考慮，配合燃氣壁掛爐使用是比較合理的。

在使用中，太陽能地暖以連續運行這種形式為主。就這種形式，列舉了兩種應用太陽能的地板采暖系統：一種是太陽能＋壁掛爐的雙熱源系統，實現采暖與生活熱水功能；另一種是太陽能＋空氣源熱泵（或熱泵），可附加輔助電加熱設備的多熱源系統，實現集采暖、中央空調（制冷）、生活熱水為一體的家居舒適系統。

（一）太陽能＋壁掛爐系統

該系統能實現地板采暖、生活熱水的兩大功能。系統采用太陽能、燃氣壁掛鍋爐兩種熱源，通過一個“流量平衡罐”將兩種熱源有效并機，使整個系統自動化控制，達到操作簡單、舒適性節能的運行效果。已是一種非常成熟的應用方案，已有較多類似的工程實例。

（二）太陽能＋空氣源熱泵系統

該系統能實現地板采暖、生活熱水、中央空調（制冷）為一體的家居舒適系統。是采用太陽能＋空氣源熱泵（或熱泵），可附加輔助電加熱設備的多熱源系統。該系統設計優化、性價比極高、結構簡單，節能效果能達到40％以上，是一種值得普遍性推廣的典型方案。

三、經濟效益分析

太陽每天照射到地球表面的能量大約為17.5mj/m2，相當于3.6度電所發出的能量。以河南鄭州地區為例，從氣象資料可以查得：河南鄭州地區的全年日照時間約2200—3000小時，相當于280-300天的晴天時間，我們以使用太陽能與電互補和完全使用電能及然氣制備生活用熱水年運營費用作個計算比較：

使用電熱水器：

假設我們需要的熱水溫度為55℃，全年冷水平均溫度10℃，每天需要的熱水量為500KG，電費按0.52元/度，則每年運行費用=[500×（55-10）÷860÷95%] ×0.52×365≌5227.1元；如果采用油鍋爐提供熱水，每天需要的熱水量為500KG，油價按6.00/公斤元計算，則每年的運行費用=[500×（55-10）÷10200÷75%] ×6.00×365=6441元。

燃氣熱水器：

每天需要的熱水量為500KG，天燃氣價格按2.05元/M3元計算，則每年的運行費用=[500×（55-10）÷8400÷80%] ×2.05×365=2505.3元。

太陽能地暖：

由于河南鄭州每年有280-300天左右的時間可以完全由太陽能來提供熱水，剩余85天左右的時間由電提供熱水。每天需要的熱水量為500KG，電費按0.52元/度：則每年的運行費用=[500×（55-10）÷860÷95%] ×1×85≌1217.3元。

從以上計算可以看出：采用太陽能和電輔助的系統運行成本最低，油鍋爐費用次之，電熱水器、燃氣熱水器最高。綜合判斷，使用太陽能系統制備生活用熱水的設備回收期一般在1.5年--3年。而太陽能熱水系統主體的設計壽命在25年以上。所以安裝太陽能熱水系統是經濟、環保、安全的節能方式。

四、結束語

隨著科學技術的不斷進步，太陽能等新能源的開發和利用技術的革新，使得太陽能將更加集約、高效。也許用不了多久，將可能不再需要其他補充或輔助的熱源；就可以達到舒適性節能的，較低成本投入、極低運行費用，安全可靠的家居舒適系統。太陽能與地暖的結合應用具有深遠意義，隨著科學技術的發展，這一結合應用必將成為未來采暖的主流。