浅谈我国西北地区太阳能采暖的利用及技术要点
摘要：对我国西北地区而言，冬季采暖无疑是生活中的一件大事。传统的用煤炭取暖的方式造成了能源的大量消耗，使能源危机日益严重。太阳能这种可持续发展、可再生的清洁能源，正在西北地区的采暖中发挥着越来越大的作用。本文就我国西北地区太阳能采暖的利用及技术要点作了浅谈。
关键词：我国北方地区太阳能采暖技术要点
  一，当前我国西北地区取暖现状及太阳能采暖的必要性
随着经济发展，人民生活水平的提高，居民对住宅舒适性的要求也在加强，住宅室内温热环境是影响住宅舒适性的关键因素。对于北方地区来说，决定室内热环境的最主要因素无疑是冬季的采暖问题。
目前我国西北地区多数城市仍以燃煤作为主要采暖用能源。当前我国面对日益严重的能源危机和越来越严重的雾霾天气，而雾霾的形成和煤炭的燃烧有直接关系。
我国目前仍处在城市建设的迅速发展阶段，随着我国城市住宅的增多，若依旧采用传统的采暖方式，势必会增大对能源的消耗，对环境带来更加严重的影响，加重我国目前已然面临的环境与资源的双重压力。中国是个农业大国，农村的节能降耗对我国的整体能源减负有着显著提高，在我国西北农村寒冷地区冬季采暖也通常以煤炭作为燃料，煤炭并不是可再生能源。随着价格的上涨，增加了农民采暖成本并且严重污染着环境。如何能在不牺牲室内舒适度的前提下，尽可能降低能源消耗，进而减少对环境的破坏，得以实现建筑与能源、环境的有机融合，是我们目前要解决的迫切问题。
西北地区受自然环境纬度影响，日照量偏低，采暖周期长，迫切需要新型节能环保资源替代传统燃料。在西北地区利用太阳能及其他可再生能源作为新的采暖能源，可以有效的解决目前我国西北地区冬季采暖中存在的问题。
二，太阳能能源及太阳能采暖系统简介
利用可再生能源替代常规能源是改变目前的能源结构最有效的途径。减少和替代采暖用煤最有效的途径是推广使用太阳能采暖等可再生能源技术。
太阳能是一种可再生能源，具有良好的节能减排优势。作为一种可持续发展的清洁能源，在我国大部分采暖区的太阳能资源相当丰富，为我国进行太阳能的利用提供了良好的前提条件与发展前景。
我国需要采暖的寒冷和严寒区域大部分基本太阳能资源和丰富和较丰富，只有东北等部分采暖区域太阳能资源略差，从资源条件来看在我国西北广大采暖地区利用太阳能作为采暖用能的替代能源具有得天独厚的优越条件。
太阳能采暖系统是一种满足住户采暖和热水供热需求的新型太阳能热水系统, 是太阳能热利用技术的延伸。
太阳能采暖系统由太阳能集热器（平板太阳能集热器、真空管太阳能集热器、U型管太阳能集热器、热管太阳能集热器）、水箱、连接管道、控制系统等辅材构成。是指将分散的太阳能通过集热器，把太阳能转换成热水，将热水储存在水箱内，然后通过热水输送到发热末端（例如：地板辐射采暖、散热器采暖），提供建筑供热的需求。
太阳能采暖系统主要由热能提供（即太阳能集热器和辅助能源）、储热和换热设备和热能利用（提供生活热水和采暖）三部分组成。
与太阳能热水器相比，太阳能采暖系统采暖负荷在不同月份变化很大，热水负荷四季差别较小；热水系统进水温度较低，供水温度较高，而采暖系统供回水温差较小；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( 3～10月) 不需要采暖，太阳辐照强度高的白天采暖负荷较夜低。
正是基于这样的差异，在采暖系统设计中不能简单把热水系统放大，而必须考虑辅助能源、太阳能保证率、系统的防冻问题、系统的过热问题以及换热系统的设计，其中尤其需注意系统的过热问题和换热水箱的设计。
三，太阳能采暖系统的利用要点
（一）根据实际情况合理采用太阳能。
由于我国西北地区地域面积广大，不同地区冬季的最低气温不同，不同地区每平方米获得太阳辐射的功率不同，所以不同地区需要取暖能量的多少差别很大。要想利用太阳能取暖或者要开发太阳能取暖应从以下几个方面去考虑：
1、 当地冬季的最低气温是多少？
2、 当地在1月1日---2月1日期间最多连续阴天几天？
3、 当地接收太阳辐射能量级别是几级？
4、 在寒冷的季节房屋的散热功率是多大？
5、 你所采用的太阳能接收器每平方米的接收功率是多大。
6、 你准备设计的最低室温是多少？
按照以上六个方面，在设计太阳能取暖房时，必须满足太阳能接收器每天接收的总能量大于房屋每天散出的总能量，才能达到较理想的取暖效果。
（二）太阳能采暖系统技术方案
1. 太阳能集热器选型
系统选型主要考虑以下因素：a.太阳能集热器类型；b.系统工作方式，自然循环或强制循环，闭式系统或开式系统；c.换热方式，直接系统或间接系统；d备份热源，电加热器、燃气锅炉、燃煤锅炉、生物质锅炉、热泵等；e.管材和水箱材质。
2. 太阳能采暖系统辅材的选择
（1）管路
太阳能采暖系统采用的管材和管件应符合现行产品要求，管道的工作压力和工作温度不得大于产品标准标定的允许工作压力和工作温度。太阳能集热系统管道可采用钢管、薄壁不锈钢、塑钢热水管、塑料与金属复合管等。以乙二醇为主要成分的防冻液系统不宜采用镀锌钢管。热水管道应选用耐腐蚀并符合卫生要求的管道，一般可采用薄壁铜管、薄壁不锈钢、塑料热水管、塑料与金属复合管等。设计时，应在系统管路必要位置设置排气装置、泄水装置、温度计、压力表、安全阀、膨胀水箱等辅助设备。闭式系统应设置膨胀罐或泄压阀。
（2）管路保温
太阳能热水系统的集热系统连接管道、水箱、供水管道均应保温。常用的保温材料有岩棉、玻璃棉、聚氨酯发泡、橡塑泡棉等材料。 管道保温材料选用是有以下要求：保温材料制品的允许使用温度应高于太阳能系统工作的介质最高温度。保温材料不宜采用有机物，
以免生虫。腐烂、生菌、引鼠。宜采用吸湿性小、存水性弱、对管壁无腐蚀作用的材料；室外管道保温层外应加保护层防水。保温材料应采用非燃和难燃材料。应符合GB50016《建筑设计防火规范》的要求；电加热器的保温必须采用非燃材料。
（3）辅助采暖系统的选用
太阳能应用在西北地区有一定的季节性限制，只能在春、夏、秋三个季节上使用，并只是提供生活热水，在冬季做采暖使用，太阳能辐照强度随着时间、季节和天气是显著变化的，大部分的太阳能采暖系统需配备辅助采暖系统，当阴天、夜晚等太阳能满足不了采暖需求时，由辅助能源系统提供全部或部分热能。
第一辅助热源部分可取自农村的烟囱与火炕的结合部位排放出的热量。根据实际条件辅助热源无成本运行提高利用率等因素，结合西北气候特点及民俗习惯，在寒冷的冬季，北方人喜欢睡火炕，四季依赖资源丰富的作物秸秆，作为无成本燃料，用来做饭，同时用来加热火炕。从其烟囱向户外排放大量的热能，合理开发再次利用，利用真空超导技术实现辅助加热实现无成本运行。
第二辅助热源可采取风光互补发电技术加以辅助采暖，其取暖采用散热器，可用节水节能的超导暖气等，并可利用剩余的电量用来做居室的照明及生活用电等，主热源采用平板型太阳能集热器，提供一次投入可实现寒冷冬季的热水采暖及春、夏、秋等季节的生活热水及洗浴用水的供给。
第三辅助采暖系统可采用能源系统如燃煤锅炉、燃油或气锅炉、电锅炉以及生物质锅炉等来辅助采暖。
3.太阳能采暖系统防冻问题的解决
太阳采暖系统是一个四季运行的系统, 系统须考虑冬季的防冻问题。太阳能集热系统防冻设计是严寒寒冷地区太阳能液态工质集热器系统应用的关键问题之一，主要包括系统工艺设计和控制策略设计。
太阳能集热系统常见的防冻设计主要有集热系统防冻液防冻、集热系统排空防冻、集热系统排回防冻、电伴热带防冻和蓄热水箱水反冲循环防冻等几种。这几种方法各有特点，各有优劣势。
集热系统防冻液防冻通过在集热系统中充注防冻液防冻，适用于金属流道集热器间接系统，尤其在平板太阳能集热系统中应用较多，国外较常见。该方法的主要优点为防冻可靠，防冻温度可调。
集热系统排空防冻方法在循环泵停止运行后，集热系统中的水通过重力作用落回贮热水箱，屋面集热系统不存水，从而防止冻结发生。该方法多用于平板集热器直接系统，国内应用较普遍。该方法的主要优点为简单，易操作，投资小。
集热系统排回防冻方法在循环泵停止运行后，通过重力差将储液罐中的空气顶入集热系统，使屋面上系统中充满空气以达到防冻效果。该方法主要用于金属流道集热器承压的闭式小型系统，尤其在平板太阳能集热系统中应用较多。
电伴热带防冻方法通过在集热系统管路上敷设电伴热带，当管路温度低于设定温度时，电伴热带启动利用电加热管路，防止管路冻结。该方法应用范围较广，国内应用较多。该方法的主要优点为简单易行。
蓄热水箱水反冲循环防冻方法通过在集热系统典型位置设置温度测点，当该温度低于设定
值时开启循环泵，将贮热水箱中高温水引出冲刷系统以实现防冻。该方法适用性较好，可用于多种集热系统，国内应用较多。该方法的主要优点为简单易行，无需增加其他设备。
4.系统的过热问题。
采暖系统集热器面积较大, 非采暖季节会出现太阳能得热量远大于供应热水所需要热量, 因此会出现过热问题。如果设计不当, 会造成系统温度高于系统部件工作允许温度, 导致部 件寿命缩短和连接件漏水,甚至会产生安全问题。可以采用集热器排空、集热器闷晒运行、设计散热系统, 以保证系统在安全温度下运行等措施解决系统过热的问题。
四，太阳能采暖的注意事项
在被动太阳能建筑基础上发展起来的太阳能空气采暖系统以其简单、可靠、无冻结泄漏危险的特性得到了越来越多的关注；太阳能生活热水系统仍然是太阳能主动系统在寒冷严寒地区建筑应用中最常见的方式，但还需要在建设从业人员培训、产品可靠性耐久性提高以及产品性能提升方面等进一步努力，以迎接可能的建筑强制安装措施；太阳能供热采暖技术是寒冷严寒地区太阳能建筑应用的发展方向，技术上较成熟，造价较高，可与被动太阳
能技术综合利用，力争在小范围试点的基础上稳步推进；太阳能空调技术随着中高温集热技术的发展，逐渐进入工程试点示范阶段，目前造价仍高，系统较复杂 ，在寒冷严寒地区需求不大，可进行探索性试点；建筑一体化太阳能光伏发电技术在政策扶持下通过在标志性公共建筑上应用积累经验，在国家相应政策的配合下，系统盈利模式确立后再规模化推广。
五，太阳能采暖系统的推广障碍
目前，我国的太阳能供热采暖系统尚处于示范阶段，该技术在西北广大地区的推广应用还主要一些障碍有待解决：

更多推荐

太阳能,系统,采暖,防冻,集热