太阳能建筑供热.docx

太阳能建筑供热、采暖中外战场较量与战略太阳能产业资讯太阳能供热采暖系统是指将太阳能转换成热能，供给建筑物冬季采暖和全年其他用热的系统，系统主要部件有太阳能集热器、换热蓄热装置、控制系统、其他能源辅助加热/换热设备、泵或风机、连接管道和末端采暖系统等。太阳能供热采暖系统可分为两大类，一类为主动式太阳房；另一类为被动式太阳房。被动式太阳能采暖通过建筑朝向和周围环境合理布置，内部空间和外部形体的巧妙处理，以及建筑材料和结构构造的恰当选择，使建筑物在冬季能充分收集、存储和分配太阳辐射热。主动式太阳能采暖系统主要由太阳能集热系统、蓄热系统、末端供热采暖系统、自动控制系统和其他能源辅助加热、换热设备集合构成。1国外研究现状国外对太阳能采暖的研究较早，早在1950年美国麻省理工学院举行了利用太阳能采暖的学术讨论会，发表很多关于太阳能采暖的论文。在1945年发明了平板式集热器和1975年发明了全玻璃真空管集热器对太阳能采暖领域起促进发展作用，之后利用集热技术给建筑供暖从实验阶段走向应用阶段。国外将太阳能采暖系统和太阳能热水系统建成同一套系统，并将这种系统称为Solar Combisystem，早在20世纪80年代中期，法国就着手研究太阳能组合系统，并推出一种称为“直接太阳能地板”的系统。20世纪90年代，奥地利、丹麦、芬兰、德国、瑞典、瑞士、荷兰等国家相继设计出各种型式的太阳能组合系统。1974年日本通产省制定了“阳光计划”，并按此计划建造了数幢太阳能采暖、空调建筑。随后，日本许多大型建筑物上都已经应用了太阳能采暖、空调系统。最引人注目的是上智大学中央图书馆，采用集热器与屋顶相结合设计，太阳能辐照量冬季用于供地板采暖，夏季用于驱动制冷机制冷，一年四季用于洗浴用水供给。19801990年，国际能源署IEA启动了第6项任务“跨季节储热器集中式太阳能供热设施”项目。1998年，国际能源署IEA 在太阳能供热与供冷计划（solar heating & cooling programme）中推出专题26：太阳能复合系统（Task26：solar combisystem），其主要任务包括：太阳能供热采暖系统的调查及推广、性能试验方法及数值模拟方法研究、系统最优化设计等，建立起太阳能复合系统的分类、设计、评估及测试等一整套完备体系。从2000年开始，德国BMBF（联邦教育科技部）和BMWI（联邦经济技术部）实施了太阳能区域供热政府项目一“Solarthermie-2000-Part3：Solar assisted district heating”；至2003年已建成12个太阳能区域供热示范工程、8座季节蓄热小区热力站和4座短期蓄热小区热力站。欧洲利用大型太阳能热力站为2030住户以上的住区提供集中生活热水和供暖。截至2003年，欧洲已建成65座集热器安装面积500m2/座以上的大规模太阳能热力站，其中57座直接为居住区或住宅小区服务，采用短期蓄热方式的热力站平均集热面积为1775m2，采用跨季节蓄热方式的热力站平均集热面积为2009m2，无蓄热直接与市政网并网的平均集热面积为1280m2，主要是用于既有建筑的供热节能改造。到2005年欧洲共安装1536万m2太阳能集热器，采暖系统使用集热器约占总量的20%，每年新建太阳能采暖系统约12万个，可节约常规能源20%60%。近年来，世界很多国家积极开展太阳能与建筑相结合的研究工作，欧洲建了许多示范工程，瑞士西部一公寓建筑南向屋顶完全安装太阳能热水集热器，代替了屋顶传统建筑材料，建筑的供暖和热水能耗大部分由屋顶集热器提供，既美观又提高工程的经济效益。2国内研究现状我国太阳能在建筑中的应用研究开始于20世纪70年代末，太阳能热水器是我国太阳能应用中最广泛、产业化发展最迅速的领域。1975年，在河南安阳召开了“全国第一次太阳能利用工作经验交流大会”。之后太阳能研究和推广工作纳入我国政府计划，获得专项经费和物资支持。我国的太阳能供热采暖工程应用仍处于起步阶段，目前已建成若干单体建筑太阳能供热采暖试点工程：如，北京桑普公司办公楼、天普新能源示范大楼、大连希奥特公司办公楼、北京平谷区农村太阳能采暖项目、昌平南口镇镜之谷别墅区太阳能热水采暖项目、门头沟樱桃沟别墅太阳能热水采暖项目、平谷区农村太阳能采暖项目及河北维克莱恩太阳能有限公司在河北廊坊、固安等市县的农村住宅太阳能采暖示范等，太阳能区域供热采暖工程还没有应用实践。国家住宅工程中心张广宇、何建清和上海理工大学于国清通过对虚拟案例的计算分析，初步得出较大规模集中式住区级跨季节蓄热型太阳能供热系统参数的取值范围，为较大规模跨季节蓄热型太阳能供热系统的设计和建设提供基本选型条件。同济大学卜亚明、于航提出将太阳能采暖与末端变流量相结合的系统，目的是更加充分的利用太阳能，提高太阳能保证率。兰州理工大学王磊磊、李金平设计出了太阳能和生物质能互补的散热器采暖别墅，通过对系统经济性和能量利用率分析，得出该新型太阳能和生物质能互补的散热器采暖系统的经济性好、环保性好及能量利用率高的优点。顾晓燕等开展了太阳能制冷及供暖综合系统研究。程建国、许志浩进行了西藏太阳能与水源热泵联合供暖应用研究。国内部分太阳能企业和建筑业也构建了一些太阳能与建筑结合的示范工程。目前，在山东、江苏、浙江、上海、安徽、北京、河北、河南、湖北、广东、福建、云南、江西、山西、陕西、内蒙、青海、宁夏等地建成大量太阳热水系统与小区住宅结合设计应用的项目案例，取得较好的效果。近年来，我国科研人员开始太阳能低温地板辐射采暖方式的研究。例如郑维杰等率先对太阳能热水地板采暖系统建立稳态过程的数学模型，1999年王子介在分析了地板采暖的节能性和舒适性的基础上，对太阳能地板供暖系统和用于夏季供冷系统的可行性进行分析。上海市于2003年确定了“生态建筑关键技术研究”重大科研项目，在太阳能生态建筑示范楼上，安装了由上海交通大学太阳能实验室开发的太阳能热水与地板采暖复合系统。3太阳能供热采暖存在问题通过对国内外研究现状分析，发现利用太阳能供热采暖是比较重视的研究课题，也做了一些工程实例，但仍然存在一些问题，总结如下：1. 太阳能采暖系统与太阳能热水系统相比存在以下差异：1）采暖负荷在不同月份变化很大，热水负荷四季差别较小。2）系统供回水温差较大。3）太阳能与采暖负荷存在明显矛盾：太阳能辐照强度高的月份（310月）不需要采暖，太阳辐照强度高的白天采暖负荷较夜晚低，因此在采暖系统设计中不能简单把热水系统放大，必须考虑以下几个方面： 辅助能源； 太阳能保证率； 系统的防冻问题； 系统的过热问题； 换热水箱的设计；2. 太阳能供热采暖系统的设计大多仍然停留在简单估算的水平上，没有成熟、成套的设计方法或软件，在单位面积供暖负荷、当地太阳辐照度、水箱体积的确定等设计参数的选择上，都没有用一个精确的计算方法，不同设计人员给出的设计参数相差很大。3.目前太阳能供热采暖系统的设计思路依据相关规定，首先粗略估计房间的热负荷，然后设计系统，最后再对整个采暖系统进行节能性、经济性分析。显然，这样的设计思路无法在满足热用户舒适度要求的基础上实现建筑节能最大化。国内外工程实例中，很少注重室内环境舒适度要求，也很少对室内热环境进行实地测试，未对采暖效果做出评估。4.很多安装太阳能供热采暖系统的建筑为非节能建筑，造成系统运行效率低，经济性差，增加系统的初投资，使太阳能供热采暖系统完全不能发挥应有的节能效益。5.冬夏热量平衡问题：太阳能供热采暖系统中夏季产生的热水远大于实际消耗量，这使得太阳能集热系统不得不采取闷晒、遮挡等方法来减少太阳得热量，造成非采暖季太阳能利用率过低和因系统过热而产生安全隐患等问题，因此，解决冬夏热量平衡问题成为太阳能采暖系统发展的重要技术问题。6.太阳能与建筑相结合问题：国内外工程实例中，太阳能供热采暖系统的设计很少重视与建筑相结合，这种分离的状态不但影响了建筑的美观还影响到建筑结构承重等；总之，太阳能供热采暖系统的最大技术“瓶颈”在于其经济性和稳定性的问题，因此，如果能解决上述两个问题，太阳能供热采暖系统将会作为新能源利用的典型。4发展太阳能供热采暖系统措施1. 加强建筑节能太阳能供热采暖技术是一项新的节能技术，它应用的前提是节能建筑。由于太阳能单位面积的能量密度低，如果维护结构保温性能不好，势必增加建筑物的采暖耗热量，集热器面积很大，增加系统初投资，太阳能供热采暖系统不能发挥很好的节能效益。2. 规范太阳能供热采暖工程的设计、施工和验收近十余年来，欧洲、北美发达国家的太阳能供热采暖规模化利用快速发展，建成了大批利用太阳能的区域供热采暖系统，并编写出版了相应的技术指南和设计手册；我国的太阳能供热采暖技术近几年来也成为可再生能源建筑应用的热点，各地陆续建成了一批试点示范工程，国家标准太阳能供热采暖工程技术规范也于2009年3月发布。3. 提高太阳能集热系统效率目前太阳能采暖工程中，集热器、水箱等关键产品还有较大的改进空间，如进一步提高平板集热器的密封性以增加集热效率等，企业应加强研发力量，提高产品质量和工艺水平，开发安全可靠，高效稳定的新产品以不断提高太阳能集热系统的效率。4. 提高太阳能利用率太阳能全年综合利用可大大提高其利用率，同时也可以解决冬夏热量不平衡问题。可采用的措施：适当降低系统的太阳能保证率，合理匹配供暖和供热水的建筑面积（同一系统供热水的建筑面积应大于供暖的建筑面积），夏季利用太阳能制冷以及跨季节蓄热等。5. 调研工程积累经验数据对国外单体建筑内的小型系统和大型太阳能供热采暖综合系统工程进行调研，积累经验数据。国外太阳能供热采暖系统运行有几十年的历史，技术发展已相对稳定可靠，对其进行调研，可学习其技术和运行经验，少走弯路，促进国内太阳能在供热采暖领域快速发展。6. 开发远程传输、热量计量综合监控、计量平台超过一定规模的集热系统增加热量计量装置，采集系统实际产生的热量，远程传输到国家相关节能部门，每年按实际节能量给国家节能补贴。对国内已做过的太阳能供热采暖工程、太阳能空调系统进行第三方测试评判，掌握实际运行效果，发现问题，提出解决方法，制定发展方向。目前运行的太阳能供热采暖系统效果如何，只有产品提供方和用户了解，因牵扯利益关系，项目的真实运行状态不得而知，故应由第三方对项目运行进行测试评判，掌握真实数据，积累项目实际经验，促进行业共同发展。7. 太阳能与建筑相结合太阳能与建筑的关系经历了被动接受（被动式太阳房）、简单叠加（太阳能热水器），与建筑结合是未来的发展趋势。所谓与建筑相结合就是要做到与工程建设项目同步规划、同步设计、同步施工、同步验收、同时投入使用。这样可以避免影响建筑美观、破坏建筑结构，并使各专业协调进行，减少安全隐患。8. 政府制定鼓励支持政策太阳能采暖系统具有较高社会效益，但存在投资相对较高，投资回收期较长的缺点，对房地产开发商而言，如果开发成本增加不能带动房屋销售量，则开发商的积极性不高。因此，政府应积极建设试点工程，针对生产厂商、房地产开发商、终端用户制定更完善、合理的鼓励和支持政策，积极推广试点工程经验，提高系统整体技术水平，促进太阳能采暖行业及市场的良性发展。纵观国内外研究现状，太阳能供热采暖虽然存在着一些问题，但太阳能供热采暖是最具发展潜力的太阳能热利用技术，随着国家大力推进可再生能源应用力度，及出台相应的优惠政策，太阳能供热采暖技术有着广泛的应用前景。5建议提升目标1.“十三五”初期，在华中、华北、东北等地区进行城市住宅小区、农村住宅、学校、办公楼等太阳能供热采暖示范工程，每个地区、每种建筑采暖类型的供热采暖示范项目35个，通过示范工程收集数据、总结经验，形成规范文件后进行规模推广。2.“十三五”中期，在华中、华北、东北等地区各种建筑采暖类型示范总结的基础上，形成不同类型的“太阳能供热采暖项目指导意见”，向更大范围推广示范。3.“十三五”期间，为新建建筑规模化推广应用太阳能建筑供热采暖编制相关标注及规范性文件，加强专业人才力量建设与培训，提高供热采暖业务水平，为规模化推广应用太阳能建筑供热采暖打下坚实基础，为国家节能减排、抗击雾霾做出应有