摘要：高速的经济发展随之而来的是能源需求量的日益增加，紧张的能源利用情况促使科研工作者开发新能源来取代过度依靠的常规能源，从而可以减少社会生活中对常规能源的超负荷使用，减少对环境的不利影响。作为可再生能源，太阳能是未来能源结构的优选能源。太阳能可以作为建筑物所需的生活供水、采暖所消耗的能源，能代替不可再生的常规能源。本文介绍了太阳能采暖系统原理，分析了太阳能地板辐射采暖系统。
关键词：太阳能；采暖系统；措施
随着国民经济的发展，能源需求量日益增加，能源利用情况紧张，而常规能源的大量使用必将对环境造成不利影响。太阳能作为可再生能源的一种，取之不尽，用之不竭，同时又不会增加环境负荷，将成为未来能源结构中的重要组成部分。太阳能地板辐射采暖系统作为主动式太阳能利用系统，是以太阳辐射热作为热源，采用太阳能集热器来吸收太阳辐射热，以地板辐射为采暖方式所构成的系统，使建筑达到节能环保。
一、太阳能采暖系统原理
太阳能采暖是指通过集热器装置将分散的、无污染、可再生的太阳辐射吸收，将其转换成为热能传递到传热媒介来提供建筑物冬季采暖或其他用热系统。主动式太阳能采暖系统是指利用太阳能集热器与载热介质经存储及设备传送向室内供热，即热风集热器与热水集热器等即热式采暖系统。热量由热风集热器通过储热层之后由风机送入房间，热水集热器可以作为卫生用水或者地板辐射采暖的热源。相对而言，被动式太阳能系统太阳房外的外围结构有较大热阻，可以有较高的蓄热性能，通过建筑物围护结构吸收和存贮太阳能，被动式太阳能采暖是指仅仅依靠太阳能来进行热量的收集，无需辅助采暖方式，这导致热量收集容量的可变性比较大，热转换效率低，且保温效果不理想。但设备系统简单，基建投资少、易于管理。现使用较多的是被动式太阳能采暖系统，随着技术的完善、相应的制度和规范的建立，主动式太阳能采暖也被较多地推广应用。
二、太阳能采暖系统设备
1、集热器。太阳能集热器是太阳能集热系统的关键构件，常见的有平板型和真空管型两种。集热器的定位、连接、面积计算都对太阳能集热系统会有影响。目前，世界上应用较多的是平板太阳能热水器，相反，在我国太阳能热水器市场，真空管太阳能热水器的市场份额远远高于平板太阳能热水器。平板集热器结构简单，抗压，可以承压运行，故障率低、使用寿命长，从整体外观、结构强度、安装运行等方面，更适用与建筑结合，可以满足太阳能采暖系统与建筑紧密结合。从热性能方面考虑，真空管的保温性能要强于平板集热器，但有效采光面小，热效率低。平板集热器可以做防冻措施，从而在冬季应用。真空管集热器在非采暖季时，过剩的能源将会被浪费，且易发生爆管、真空度降低等问题，而平板集热器则没有问题。
2、辅助热源。太阳能应用一般可分为太阳能供水和太阳能采暖，在供水特点上，采暖系统供水必须要连续、稳定、可靠，而生活热水不必做到可连续供应。因为太阳能采暖主要依靠太阳辐射，而太阳辐射受很多阴雨天气等随机因素和季节、昼夜温差、海拔高度等自然因素影响，不稳定性很大，所以需要在太阳能采暖系统中设置辅助热源，用以保证太阳能采暖热水的持续与稳定性。辅助热源的选型应根据太阳能采暖系统最恶劣的工况选用，从热源发热量及加热设备热效率、常规能源的供应状况、太阳能资源条件、建筑物热负荷和周围环境条件等因素，做综合经济性分析，以确定相应的辅助热源及合理的太阳能供暖比例来选择辅助热源。辅助热源一般类型有：热泵、冷凝式锅炉、生物质锅炉。热泵是一种高效节能供热技术，水源热泵、空气热泵、太阳能热泵及复合热泵等，太阳能热泵可以采用相对便宜的低温集热器，积热成本低。
3、采暖末端。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆太阳能系统不能达到其他热媒的散热温度，所以有合适的采暖末端才能发挥太阳能的作用。常用的采暖末端为地板辐射采暖的末端供热方式。地板采暖需要的热水温度只需要维持在35-55℃之间就可，正好是太阳能集热器所能提供的适合温度。低温地板采暖是梯度散热，从下至上的热体辐射散热，利于人体健康，地热盘管的合理性也决定着地板辐射散热的均匀性。
三、太阳能地板辐射采暖系统
太阳能地板辐射采暖是一种以采集的太阳能作为热源，通过敷设于地板中的盘管加热地面进行供暖的系统，该系统是以整个地面作为散热面，其辐射换热量约占总换热量的60%以上，它是以辐射散热为主。 在达到相同的热舒适度的条件下，采暖房间的空气温度可以比传统的对流采暖方式低2～3℃，可以减少热负荷、节约能源；而且，由于热板的热容量很大，采暖房间的热稳定性也会很好。为保证人体舒适感，冬季采暖时，地板辐射采暖系统的地面温度以24～28 ℃为宜，由于热媒水温较低，为利用太阳能，采用太阳能热水器作为热源创造了条件。
[1]介绍了太阳能地板辐射采暖系统的实验情况，通过实验对该系统在连续循环运行模式下对室内热环境所产生的影响进行了研究，并与非采暖房间进行了比较。同时对整个采暖系统建立了数学模型，通过数值计算得到地板表面温度及室内空气温度动态变化。结果表明太阳能地板辐射采暖系统数值模型较好地描述了实验规律。由于地板的蓄热作用，太阳能地板采暖系统经过白天的运行，便可基本满足全天室内热舒适。如果加强地板四周及底部保温措施，将会提高采暖效果。辅助太阳能地板采暖的形式，并通过实验对不同系统作了分析。结果表明间歇运行太阳能地板系统适合于我国城市及农村需要采暖，且冬季室外气温不是特别低的广大地区的单层和多层建筑。如果能进一步提高太阳能利用率，降低集热器成本，此系统将有更大的使用空间。而强制循环的连续运行系统规模越大，系统的经济性越好。
四、太阳能采暖系统的发展措施
1、加强建筑节能。如若建筑采用节能玻璃，光照时间充足，则利于减小太阳能在单位面积上的能力密度。建筑物的采暖负荷可以通过围护结构、增强墙体自身的保温能力来降低，进而来降低太阳能采暖系统的集热面积， 减少系统的最初投资。
2、提高太阳能利用率。太阳能利用率提高可以将投资的回收期相应缩短。可以通过跨季节蓄热技术、太阳能制冷技术和全年的综合利用来解决冬夏热量需求不一致的问题。当前学术上研究较多的是如何利用太阳能产生的高温热水做热源来提供能量以驱动吸收式制冷机的太阳能制冷，倾向研发中高温太阳能集热器来匹配太阳能空调系统。相对而言，跨季节蓄热的研究理论不是很成熟、试验数据不完善、市场应用较少，冬夏的热量需求不一致的问题可通过提高全年的综合利用、调节热能供暖与供热水的建筑面积配比来进行改善。
3、提高太阳能集热系统的效率。太阳能集热系统的效率提高是该系统发展的主要问题。加强研发力量，通过技术手段来提高平板集热器的密封性以增加集热效率，提高关键产品如水箱、集热器等产品的集热效率。建筑设计初期应考虑太阳能采暖系统的设计，使设计更适合于太阳能设备或部件的应用，在建筑设计基础上，优化太阳能集热性能。
随着人们对生活质量要求的提高及节能意识的增强，太阳能可以作为建筑物所需的生活供水、采暖所消耗的能源，能代替不可再生的常规能源。建筑能耗日益严峻、太阳能采暖技术成为近年来专家学者们研究的热点，发展太阳能采暖供热系统是未来家庭采暖的一大方向。
参考文献：
[1]李春娥，贾颖.太阳能热泵-地板辐射采暖系统的应用研究[J].制冷与空调，2012，20（3）：21-24.
[2]李志敏，李桂莉.新型太阳能热泵多功能复合机原理与热力学分析[J].山东科技大学学报（自然科学版），2014，23（4）：46-49.
[3]李春娥，贾颖.太阳能热泵-地板辐射采暖系统的应用研究[J].制冷与空调，2012，20（3）：21-24.
论文作者:邢秀格
论文发表刊物:《防护工程》2018年第31期
论文发表时间:2019/1/13
标签：太阳能论文; 采暖论文; 采暖系统论文; 热源论文; 地板论文; 系统论文; 能源论文; 《防护工程》2018年第31期论文;