太阳能清洁能源热风采暖系统

中国是太阳能热利用的大国，尤其是太阳能热水器近20多年市场占有率迅速上升。由最初的真空管非承压式太阳能热水器，到近几年平板太阳能热水器再次兴起；由零售主要面对县级以下城市和农村，到太阳能进城，大型集热工程和壁挂太阳能热水器的兴起，可以说太阳能热水市场具备了一定规模，但是，太阳能光热利用仅仅局限于生活热水，对于太阳能采暖应用的市场鲜有人问津，尝试性做过的少部分项目也存在许多问题。

一、     采暖模式分析及太阳能采暖模式的选择

有人说：选择比努力更重要，这句话有一定的道理，在技术和产品应用上，选择也是决定产品和技术应用成败的关键。太阳能清洁能源采暖是一个新的技术和产品应用，需要相适应的采暖模式。

一般常见的常规采暖方式有三种：

1、          供热源及管网+室内散热器单元，通常称暖气片，这类采暖

模式，主要靠有限面积的散热器辐射热采暖，能源消耗大，采暖需要进水的温度不能低于70℃，回水温度要大于50℃，也就是说50℃以下的热水，在系统中不能使用，由于系统温度高，整个系统热散失大，能量损失相对高。采暖空间热分布不均匀，而且，越往高处温度越高，造成“头热脚凉”的不良效果，虽然经过改造的散热器效率较高，但是目前这种模式的市场在逐步萎缩。

2、          供热源及管网+室内地热盘管散热单元，通常称为地暖，这

类采暖模式，主要靠地板辐射热，辐射面积大，能源消耗较大，地板辐射采暖需要的进水温度不能低于50℃，回水温度要大于30℃，也就是说30℃以下的热水，在系统中不能使用，虽然较暖气片要好许多，但是系统热能损失也较大。地板辐射采暖温度分布比较理想，空间由低到高温度分布是由高到低，地板温度最高，较舒适。

3、          热源及管网+室内风机盘管换热，风机把热风经过散流器吹

进采暖空间，这类采暖方式，对热源要求不高，热风温度超过30℃就可以送风，启动快，能较好的满足舒适性的要求。

通常民用建筑室内设计采暖温度的范围是16℃～24℃。目

前大部分地区规定的集中供暖最低温度值为18℃±2℃。对于老人来说，这样的温度明显太低，满足不了舒适要求。同时由于供热公司通常按照满足最不利的用户供热，势必造成某些用户室内温度过高，同样满足不了舒适要求。这时风机盘管的优势就凸现出来，可以通过调整风速的方式调整温度。同时风机盘管的启动时间短，升温快，利于节能。风机盘管是一种强制对流散热器，开启风机盘管风机可以在很短的时间内（5min~30min）使房间温度达到设计参数，风机停止后，其热量损失也较小。因而非常适用于大多数间断性供暖要求的上班族家庭。如上班族白天家中无人，室内仅保证值班温度即可，夜间休息仅保证卧室温度即可。所以热损失小，需要采暖的热源负荷也就相对低。

但是风机盘管经过普通散流器室内热气面积也有限，房间的温度分布也不是很理想。

以上三种对于民宅及层高不是很高的建筑还可以，但是对于层高在5米以上的厂房、公建（机场、车站、博物场馆、展览馆、市场等等）就很难实现。

近两年也有，利用燃气辐射热进行厂房采暖的，效果不错，但是，能源消耗很大。

太阳能清洁能源虽然辐照量很大，但是，单位面积上辐照度不大，而且，受天气影响较大，如何更好地利用单位面积的太阳辐照，近20年的太阳能热水器研制生产，发现，目前我们使用的太阳能热水系统存在如下问题：

1、               水箱同集热器面积配比，存在集热器面积大，水箱容积相对小，由于以水为热能存储介质，常压下水温只能低于100℃，这就使单位面积太阳能辐照度不能更多的被应用。

2、               水系统管路保温要求较高，冬季容易冻坏管路，形成室内“水漫金山”，室外冰瀑布危情高悬；

3、               水系统泄漏、腐蚀、过热等问题较多，尤其是空晒会给系统级及部件造成很大损伤，系统部件、如承压系统安全阀加速老化，系统安全和可靠性变差。

4、               采用防冻液等介质换热，同样存在承压泄漏、介质变质、管路配件腐蚀等。

5、               液体介质还存在换热损失问题，增加系统热损失，

换热器又使系统成本增加。

在太阳能热水采暖系统中，由于热能需求大，所以存储和热交换成本将更高。

鉴于以上原因，经过系统分析研究，发现如果要更多的利用单位面积上太阳能的辐照度，可以利用太阳能空气集热器获得空晒热能，用负压轴流风机，把热量迅速吸走，送入待升温空间，即得即用。这样即可以避免液体介质带来的腐蚀、漏液、压力破坏、介质变质、空晒过热危害等，又可以获得比热水系统更多的热能，提高单位辐射能量的利用率，我们据此开发了通道式太阳能空气集热单元， 这种系统比常规采暖系统热能损失少，没有热交换损失，由于室外管道部分多由集热单元代替减少约50%以上，所以管道热损失也减少了很多，该系统可以根据用户要求为用户提供30%-50%的采暖能量供给，再辅助以其他清洁能源，可以保证系统24小时供暖。

由于太阳能是间歇性能源，而且分布不集中，所以宜采用加热空气热风采暖这种对于热源要求不高，启动时间短的采暖方式，同时，巧妙的设计室内散流装置，可以达到很好的采暖效果和理想的温度分布。同时，也可以解决层高较高的厂房和公建采暖，对于学校、幼儿园、医院及部分特殊工厂，也可进行加热空气新风采暖，再加上清洁过滤系统，可实现健康、节能、环保、清洁、经济的采暖方式。

二、     太阳能新风采暖系统的构成

（一）、太阳能热风采暖系统分类：

1、          太阳能新风系统的构成，根据功能可分为：太阳能空气热风集热单元+辅助常规清洁能源+扰动式空气散流装置；

2、          根据建筑安装位置可分为：安装在南立面或西立面的系统：太阳热风墙+辅助常规清洁能源+扰动式空气散流装置；安装在平顶屋面的系统：通道式太阳能热风集热器+辅助常规清洁能源+扰动式空气散流装置。

（二）、扰动式空气散流装置：

           扰动式空气散流装置构成：负压式轴流风机+布袋风管式

组成扰动式空气散流器，以下是系统设备和系统构成图：

1、          负压轴流风机：

是扰动式空气散流装置的动力部分，把太阳能热风吸入，

送入建筑内安装的布袋风管内，通过布袋风管上的孔，把热风送入房间，同时把建筑上部的高温空气扰动下压，使室内温度相对均衡。

 

 

1-1负压轴流风机

         2、扰动式空气散流装置

1-2扰动式空气散流装置示意图

      

1-2工程现场扰动式空气散流装置照片

             

A—室内热分布                                  B—室内热分布

其中：A图为安装布袋式风管热风扰动散流装置的室内热量分布示意图，热量分布比较均匀；B图是普通风机送风，普通散流装置，室内热量分布不均匀。

尤其是在层高比价高的建筑采暖系统中应用，效果更明显，布袋风管制造空气扰流把不断上升的热空气，再不停地压下去，使整个建筑各区域热量分布趋于均匀如A图所示。

（三）、通道式太阳能热风集热单元

       通道式热风采暖系统优势：

1.                 室外送风管道减少约50%左右，集热器又是热风管道，系统成本低；

2.                 管道热能损失较少，室外管道大部分被空气集热器代替，管道热损失降到最低；

3.                 换热损失较低，太阳能加热空气后直接使用热风采暖、干燥、烘干，不通过热交换器，不存在换热损失；

4.                 单位太阳能辐照度利用率高，吸热板吸收转换的热量全部即时被负压轴流风机吸走，送入太阳呢热风利用空间；

5.                 维护量低，集热部分一次安装后，不需要维护，只有送风系统需要维护；

6.                 系统运行费用低，6平方米集热面积可以为30平方米建筑采暖，需要的动力约25-30w；

7.                 没有液体为循环、导热、储热系统存在的泄漏、爆破、冻坏、腐蚀等危害麻烦；

8.                 安装方便，根据需要设计，工厂制备料下料采购部件，现场组装；

9.                 量身定做，个性化设计，根据客户需要和客户的实际情况进行专业设计，满足客户不同要求；

10.            新风加热采暖，提高了室内空气质量，如果再辅助空气过滤系统，同时可以减少PM2.5的污染。

三、     太阳能热风采暖系统的市场分析

采暖市场一直以来为人们关注的是住宅采暖，而且是南北

分界线以北地区为采暖区，实际上，南北分界线以南经济发达区，我国大面积冬冷夏热地区更需要采暖；

工业、农业、市政建筑、学校、幼儿园、养畜牧业等也需

要采暖，而且这部分采暖能量消耗很大，市场容量远大于生活

采暖；

烘干、干燥、新风等市场需求也非常大，如学校、幼儿园、医院、工厂新风系统。以学校为例，我国截止2013年有各类学校67.45万所，建筑面积不完全统计23亿平方米，如果按1:5，则太阳能应用面积为5亿平方米，仅学校太阳能新风采暖市场就非常大。

数据来源：

http://www.moe.gov.cn/publicfiles/business/htmlfiles/moe/s8529/201407/xxgk_171144.html

 

四、     太阳能采暖采暖的社会效益

每平方米太阳能吸热面积，每年可减少CO2排放1吨，以济南为例，一个采暖季，每平方米太阳吸热板可节约标煤221kg，

    如果全国有50%学校安装太阳能采暖通风系统，安装太阳能吸热面积近2亿平方米，每年可减少CO2排放2亿吨，节约标煤4420万吨

五、     各地陆续出台太阳能采暖补贴政策，国家补贴政策也将出台

（一）、京政办发[2013]51号，《北京市人民政府办公厅关于印发北京市2013年农村地区减煤换煤清洁空气行动实施方案的通知》其中：
3.太阳能热利用。农村住户在自有住房和村集体在公用建筑安装太阳能采暖设施的费用由市发展改革委固定资产投资承担30%、农村住户或村集体承担三分之一，剩余部分由区县政府承担。各区县要以区县为单位对所有农村住户和村集体实施太阳能取暖项目整体打包，以一个整体项目向市发展改革委申报立项。

（二）、《中国建设报》2014-07-09刊发《太阳能采暖政策即将出台》近日在太阳能季节性蓄热采暖应用技术研讨会上，中国太阳能热利用产业联盟常务副理事长谢光明透露，国家能源局即将出台太阳能采暖政策。

（三）、冀农能发【2014】11号河北省农业厅《关于抓紧上报农村能源清洁开发利用工程重点县实施方案的通知》煤改太阳能采暖每户补贴1.5万元。

（四）、合肥财政补贴太阳能和地源热泵空调项目根据相关奖励办法，太阳能光热建筑一体化、太阳能采暖空调、地源热泵、综合利用太阳能与地源热泵项目补贴标准分别为40元/平方米、80元/平方米、60元/平方米和90元/平方米。申请补助金额的60%资金在项目批准后拨付，40%资金在项目验收合格后拨付。

节能减排、治理雾霾已成为国家重点工作之一，所以各地政府将采取各种鼓励方式，挖掘节能减排潜力，采暖是影响环境和浪费能源的重要因素之一，太阳能清洁能源必将成为重点推动行业，太阳能清洁能源采暖，将成为采暖系统的首选。

 

华泽和

2014年12月29日星期一

附：实际案例照片

 

沈抚新区李石镇沈阳跃鑫煤电机厂采暖系统，该系统采暖面积为3多平方米，太阳墙系统面积为4000多平方米。

济南宏力太阳能有限公司办公室采暖系统，太阳墙面积为

200多平方米。