摘要：本文主要论述了可再生能源——太阳能在寒冷地区农村采暖系统中的应用。农村住宅由于其诸多的条件限制，推行集中供暖或许不太现实。综合经济水平、技术可行性及清洁环保性，提出了利用太阳能制取热水、辅助沼气炉或者电加热的供暖系统。该系统可充分利用农村现有可再生资源，满足建筑物采暖需求，提高住宅舒适性的同时，实现了建筑节能和低碳环保的要求。
关键词：可再生能源；太阳能；农村供暖；清洁环保
1.前言
我国通常意义上的供暖主要指城镇集中供暖，而对于面积广大、人口众多的北方寒冷地区农村，由于平均经济水平较低、住宅布局分散、集中热源投资较大、管路布置困难等诸多因素的限制，实行集中供暖困难重重。目前，寒冷地区农村大部分无采暖，寒冷的冬季人们依靠增加衣物等来保证基本温度，而较少部分的采暖多以无组织的燃烧农作物秸秆、小型燃煤锅炉等方式实现。农作物秸秆和煤燃烧后的烟雾对大气质量有着严重的污染作用，有报道称，近期北方地区频繁出现的雾霾天气就与燃烧农作物秸秆有着一定的关系。随着生活水平的提高，人们对住宅环境的舒适性要求也越来越高，因此寻找合适的可再生能源，并合理应用到住宅采暖系统中，就具有重要的研究意义。
2.现状及解决思路
2.1农村供暖现状
我国广大的北方农村地区基本处于无采暖的状态，人们依靠增加衣物来适应气温的变化，对于极端寒冷时期，只能逆来顺受。今年来随着生活水平的逐步提高，人们希望住宅舒适度问题能得到解决。细说起来，北方各地农村居住建筑各具特点，但由于下述普遍特点，使得集中供暖难以实现：
1.住宅较为分散，集中供暖的管路布置和户与户间相对较长的管路耗热成为亟待解决的问题。由于该特点，虽然我国城镇供热在技术进步和覆盖范围上均取得了显著成果，但对于农村地区供热却鲜有提及。
2.经济水平限制，集中供暖是一项投资较大的系统工程，即便在农村地区使用了集中采暖，其相对较多的管路耗材投资，较之城镇小区供热，也会增加较多，这就加重了生活水平相对较低的农村居民的经济负担。
3.缺乏专业运营管理团队，即便上述硬件问题均可解决，由于我国农村经济市场化水平较低，居民文化水平普遍不高，使得供暖系统的运行管理难以专业化，难以实现有效地运行。
2.2 解决思路
针对农村供暖现状和居住建筑的特点，解决寒冷地区农村供暖问题可以尝试走以单户供暖为主，也可根据具体情况若干户联合设置一个中小型热源来采暖道路。其应具备以下特点：1.技术上可行，可安全稳定运行，实现住户采暖的基本要求；2.经济划算，系统设计需充分考虑农村居民的经济承受能力，使得采暖不是一件奢侈的事；3.成套的集成系统，施工方便快捷，可根据住户建筑构建的不同灵活设计安装，并且成套的系统便于示范推广。
根据目前寒冷地区农村供暖现状和解决思路，提出一种太阳能热水供暖系统，辅助沼气炉加热或者电加热。辅助加热方式的选择根据当地沼气的使用情况和当地电价确定。太阳能和沼气均是可再生能源，清洁环保。
3.太阳能热水供暖系统
3.1系统组成
如原理图所示，该系统有太阳能集热器、储热水箱、循环水泵、电动三通阀、温度传感器、继电器、辅助加热装置、分水器、集水器和地板辐射采暖组成，其中辅助加热装置，根据具体情况选择沼气炉加热或者电加热。
3.2采暖末端
由于太阳能密度小、不稳定、不连续的特点，为保证供暖的连续性，除了合适的辅助加热方式外，合适的采暖末端也很重要。该系统中选择地板辐射末端，原因如下：
1.地板辐射采暖供、回水温度要求低。可采取45℃供水，35℃回水，较之散热器采暖，太阳能热水器易于达到地板采暖温度，因此可选择集热效率较低的平板型太阳能集热器，以节约成本。
2.辐射供暖室内温度分布均匀，舒适性好。
3.3系统原理
如原理图所示，太阳能集热器吸收太阳能，被加热的水在自然循环作用下上升到储热水箱，温度降低后从储热水箱的下部返回太阳能集热器再次被加热，这里为节约成本，采用自然循环方式，太阳能集热器低于水箱安置；从储热水箱的热水沿管路到地板采暖分水器，当水箱里温度传感器探测到水温达到45℃，即将信号传递到电动三通阀和继电器，指示三通阀1-3通，1-2关闭，同时关闭辅助加热装置，经采暖末端释放热量后，经集水器，在循环水泵作用下，回到储热水箱；当温度传感器探测到水箱温度小于45℃时，指示电动三通阀1-2开，1-3关闭，同时辅助加热装置开启，达到既定温度后关闭，采暖末端释放热量后，经集水器，在循环水泵的作用下回到储热水箱。图中止回阀的作用是方式1-2通时，热水倒流。
图1.太阳能热水供暖系统原理图
3.4辅助加热方式的选择
系统中辅助加热方式有两种，沼气炉加热和电加热。通过初步估算发现，相同供暖条件，由于沼气池初投资较大，尽管后期辅助加热运行费用低，但较之电加热，仍然十分不经济。因此，在已有沼气池的情况下，优先选择沼气炉作为辅助电加热装置。没有沼气池时，电加热是相对较为经济且可靠的辅助加热方式。
3.5系统使用的注意事项
该系统在使用过程中，需注意的事项有：由于太阳能集热部分采用自然循环，安装时应注意储热水箱高度高于太阳能集热器；系统的最佳流量应使整箱水通过集热器一次的时间刚好等于一天的日照时间；冬季，为减少热损失，应做好严密的保暖，特别是对于储热水箱。
4.总结
我国北方寒冷地区农村由于住宅建筑自身特点的限制，使得集中供暖难以实现，随着人们对居住热舒适要求的提高，太阳能热水供暖系统由于其与建筑搭配灵活、清洁环保等优点，成为一种很有潜力的适合寒冷地区农村的供暖方式。
本文所述系统有太阳能集热器、储热水箱、循环水泵、电动三通阀、温度传感器、继电器、辅助加热装置、分水器、集水器和地板辐射采暖组成。采暖末端选择地板辐射方式，增加了供暖的保证性和舒适性。辅助加热装置可有效削弱太阳能密度小、不稳定、不连续的缺陷，可根据具体情况选择沼气炉或电加热辅助方式。
参考文献：
[1]孟繁晋，太阳能供热系统辅助热源的研究[J]，山东制冷空调.
[2]何梓年，太阳能热利用与建筑结合技术讲座（二）太阳热水系统，可再生能源，2005.2：70-73.
论文作者:李清
论文发表刊物:《基层建设》2019年第10期
论文发表时间:2019/7/1
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