摘要：在新农村建设中太阳能采暖技术是可再生能源利用的重要应用领域，由于太阳能的能量密度较低，要满足采暖要求，必须要求有较大的集热面积，而对于多层或高层建筑而言，由于太阳能采暖系统集热器的安装建设条件不足，因此，在此类建筑中应用太阳能采暖系统受到限制，这一问题在居住密度大的城市更加难以解决，而农村住宅一般建筑容积率较低，没有明显遮挡，非常适宜太阳能采暖技术的推广应用。本文介绍了太阳能采暖系统的组成，对系统中太阳集热器的形式、安装角度进行了分析。
关键词：太阳能；采暖系统；新农村建设
随着我国经济的持续发展，能源短缺问题日益显现。为了解决农村能源问题，保护生态环境，国家提出了建设社会主义新农村的方针，新民居建设工作逐步展开。而在新民居的建设过程中，技术成熟、应用广泛的太阳能热利用技术得到了广泛推广。
一、太阳能采暖系统
太阳能采暖系统是指以太阳能作为采暖系统的热源，利用太阳集热器将太阳能转换成热能，供给建筑物冬季采暖和全年其它用热的系统。系统主要由太阳集热器、供热管道、散热设备、贮热设备和辅助热源等组成。太阳能采暖系统按集热系统运行方式可分为直接式与间接式两种。直接式是指在太阳集热器中直接加热水供给用户的太阳能集热系统，间接式是指在太阳集热器中加热液体传热工质，再通过换热器由该种传热工质加热水供给用户的太阳能集热系统。太阳能采暖系统的末端多采用地板辐射采暖，这是因为普通散热器末端的热媒温度要求较高，而太阳能系统不易达到该出水温度要求，且以对流散热为主的散热器采暖效果不够理想，舒适性和卫生条件欠佳，而地板辐射采暖具有热舒适性、热稳定性好，清洁卫生的特点，其室内设计温度可以比末端采用散热器的系统低2-3℃，节省供热能耗。地板辐射采暖系统所采用的热媒是低温热水，一般在60℃以下，而太阳集热器属中低温热源设备，低温热水的末端系统将使太阳能集热系统始终工作在高效率区域。
二、太阳集热器形式
影响太阳能采暖系统性能的重要部件是太阳集热器。因此，工程应用推广的关键是太阳集热器产品的质量。太阳集热器形式主要有平板集热器和真空管集热器两种，目前国内太阳热水器市场以真空管集热器为主，但在太阳能采暖系统中，平板集热器由于本身的材质、结构、工作寿命等方面的优势及易与建筑结合的外观而更受建筑师青睐。为对比不同太阳能集热产品得热情况，对集热器进行了测试：
集热器分别为：普通镀黑铬涂层平板集热器、普通TXT涂层平板集热器、单层玻璃外加保温镀黑铬涂层平板集热器、双层玻璃外加保温镀黑铬涂层平板集热器和真空管集热器，其中，普通镀黑铬平板集热器采用国内最先进的镀黑铬选择性涂层，其太阳光的吸收率为93％。95％，发射率为9％。10％；普通TXT平板集热器采用TXT选择性涂层，该涂层太阳光的吸收率为90％，发射率为40％～50％；真空管集热器采用国内知名品牌真空管，质量可靠，其选择性涂层的吸收率大于90％，发射率不大于6％。测试设备共5套，每套均由集热器、UPSl5．90格兰富循环水泵、温差循环控制器及一个200L的保温储水箱构成，每套系统的集热器总面积均为4m2，并列摆放在屋顶，集热器安装倾角、方位角完全相同。实验测试在同等环境及同样温差循环系统条件下，各种太阳能系统产水温度对比，实验数据可以算出各种太阳集热器在这实验条件下的得热量，若以普通镀黑铬平板集热器的得热量作为基数100的话，则普通TXT平板集热器、单层玻璃保温镀黑铬平板集热器、双层玻璃保温镀黑铬平板集热器和真空管集热器的得热量平均值分别为71.1，105.7，96.5和83.8。实验数据表明，平板集热系统的热效率要高于真空管集热系统的效率。当环境温度在一l℃时，真空管系统的得热量仅为普通镀黑铬平板集热器的79.4％，分析其原因，对于平板集热器，每平方米集热器总面积中，实际采光面积为0.92m2，而对于真空管集热器，每平方米集热器总面积中，实际采光面积仅为0.55m2。镀黑铬涂层平板集热器和真空管集热器在涂层的吸收率、发射率等方面基本没有区别，但是真空管集热器的实际采光面积只占平板集热器采光面积的60％，实际采光面积的减少是真空管系统得热量少的主要原因。
由于太阳能采暖工程大部分为与建筑相结合的形式，因而对产品的与建筑结合、故障率、使用寿命等性能要求较高，相比于全玻璃真空管及热管真空管太阳集热器，平板集热器具有结构简单、抗压、抗外力冲击、抗冷热冲击能力强、故障率低、使用寿命长等优点，且易达到与建筑的结合。真空管及热管集热器则存在故障率相对较高、使用寿命短、与建筑结合性能不佳等问题。如前所述，尽管平板集热器的保温性能劣于真空管集热器，但由于其有效采光面要远大于真空管集热器，因此，其基于总面积的太阳能有用得热量要高于真空管集热器。此外，太阳能供暖系统还存在冬夏平衡问题，在非采暖季，由于系统所需负荷减少，太阳集热器会长时间处于空晒、闷晒的不利条件下，太阳能系统会产生过热问题，在这种环境下要保证集热器长时间安全、可靠地运行，必须选择合适的太阳集热器并采取相应的保证措施。根据太阳集热器的集热特性，平板型集热器冬季约在75℃，夏季约90℃，集热效率接近于零，达到吸热与散热自平衡状态，本身就解决了系统的过热问题，而真空管集热器在非采暖季由于能源过剩，容易发生爆管、真空度降低等问题，必须加装相应的散热装置才能解决系统的过热问题，从而增加了系统的复杂程度和造价。早期平板集热器存在的不能防冻问题也早已解决，平板集热器在寒冷地区冬季使用不成问题，因此，平板型太阳集热器独特的技术经济优势将使之在太阳能采暖工程中应用更加广泛。
三、集热器安装角度
为了最大限度地获取太阳能，太阳集热器的位置应尽量与太阳直射方向垂直。由于季节不同，太阳高度角是变化的，冬季太阳高度角小于夏季太阳高度角，而太阳集热器的安装倾角一般是固定的，因此，作为冬季采暖系统使用的太阳集热器的倾角应大于考虑接受最多的全年太阳光照而布置的太阳集热器。为了对比不同安装角度情况下，太阳能采暖系统的得热量的大小，在进行了不同角度镀黑铬集热器热性能实验，实验使用5块完全相同的平板集热器，每块集热器总面积为2矗，每平方米容水量为1．1kg，容水量共2．2kg，5块平板集热器安装方位角相同，安装倾角分别为100、200、300、40。和500，在同等环境条件下闷晒2h，水温变化，若以安装倾角400时得热量为基数，则其它安装角度集热器得热量百分比见表。
从表数据可看出，集热器的安装角对于集热器的得热量有较大影响，在太阳能采暖工程中，因太阳能集热主要功能是冬季采暖，故太阳集热器安装角度应大些，倾角适当加大可以使冬季集热器表面接受的太阳光照更多，有利于提高冬季集热器的太阳能得热量。
我国是太阳能资源十分丰富的国家，太阳能采暖这种新型采暖方式符合新农村建设的客观要求，利用低品位的太阳能降低农村采暖负担，满足农村采暖要求是太阳能利用的重要领域。虽然我国太阳能采暖技术目前还处于起步阶段，存在投资大、投资回收期较长等问题，但相信在政府的大力支持和积极鼓励下，在太阳能采暖技术不断更新进步下，太阳能采暖系统在我国农村的应用将会越来越广泛。
参考文献：
[1]王宇波，王雅鹏.新农村建设中的能源保障问题分析[J].中国农学通报，2013，22（12）：43 .
[2]邹积庆，汪艳君.太阳能在采暖系统中的应用分析[J].中国科技信息，2015，13：12.
[3]刘小春，吴佐莲.泰安地区利用太阳能采暖的技术经济分析[J].节能技术，2012，24（4）：36 .
论文作者:邢秀格
论文发表刊物:《基层建设》2018年第36期
论文发表时间:2019/3/4
标签：太阳能论文; 真空管论文; 平板论文; 采暖论文; 太阳论文; 系统论文; 涂层论文; 《基层建设》2018年第36期论文;