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-太阳能供暖系统设计方案全面技术分析

本太阳能供暖系统设计方案，为冬季提供部分供暖热量，夏季采用空气源热泵，为夏季提

供空调冷量，一年四季提供足量生活热水，设计方案切实可行，是今后太阳能光热利用的重要趋势之一，将逐步解决日益紧缺的能源问题

引言

设计是工程建设的关键环节，太阳能供暖系统设计肩负着将科技进步转换为资源的重要使命。

太阳能资源利用

在国外，太阳能供暖已能够成为太阳能资源利用的主要发展方向，欧洲各国对太阳能供暖给予

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较高的重视，到2005年共安装1536m太阳能集热器，太阳能供暖系统约占集热器总量的20%，

每年新建太阳能供暖系统12万个，可节约能源20%～60%。国际能源机构在2001年指出，全球

太阳能供暖系统每年提供的能量折合电力约为4.2万MWh。我国属太阳能资源丰富的国家之一，

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年辐射总量大约在3300-8300兆焦/(m?a)，全国2/3以上面积地区年日照小时数大于2000小时，

每年陆地接收的太阳辐射能相当于2.4万亿吨标准煤。

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，将成为未来能源结构

中的重要组成部分；利用太阳能资源来满足供暖要求，提高太阳能系统全年的利用率，将对我国

建筑节能有着非常积极的作用，是今后太阳能光热利用的新方向，因此，太阳能采暖技术越来越

受到人们的重视。

3.太阳能供暖系统设计

3.1太阳能供暖系统设计概况

太阳能供暖系统是指以太阳能作为采暖系统的热源，利用太阳能集热器将太阳能转换成热能，供

给建筑物冬季采暖和全年生活热水的系统。典型的太阳能供暖系统主要设备应由以下几部分组成：

⑴太阳能集热器及辅助加热设备

太阳能集热器是吸收太阳辐射并向载热工质传递热量的主要设备装置，辅助加热设备补充供暖系

统中太阳能集热器不能满足的热量，目前国内为供暖系统提供热量的太阳能集热器，主要有平板

型集热器、全玻璃真空管集热器、热管真空管集热器3种类型。

为供暖系统提供热量的辅助加热设备主要有空气源热泵、燃气壁挂炉、电锅炉、水源热泵等加热

热水设备。

⑵贮热（蓄热器）换热设备

太阳能供暖系统一般应设置小型的贮热水箱、生活热水箱，辅助换热设备应设置在贮热水箱内；

贮热装置是储存热水并减少向周围散热的装置，一定的热水蓄热量主要满足夜间供热，使室内温

度不至于有过大波动。贮热装置的容量需热工计算确定。

⑶供暖未端

太阳能供暖系统末端也称之为散热设备或装置。由于太阳能热密度较低，集热温度很难达到较高

水平，提供的热水温度一般在50℃以下，未端散热装置首选地面辐射供暖，其次为风机盘管，

一般不宜采用散热器。

⑷系统控制

太阳能供暖控制系统较为复杂，它由一套PLC多点控制箱组成，分别采集、控制集热器、辅助加

热设备、循环水泵等数据的输入与控制执行部件。

3.2太阳能集热器面积与供暖面积配比

它与首次工程投资及运太阳能集热器面积与供暖面积所占比例定位在设计中非常关键，

行费用有关。因此，根据太阳能集热器面积与供暖面积配比应考虑以下几个问题：

⑴住宅建筑的供暖负荷；⑵太阳能总集热量(总集热量=有效太阳得热量－热量损失)；⑶供暖系

统的经济效益；⑷夏季生活热水的使用。

以北京地区为例，供暖期122天，采用真空太阳集热管和地面辐射供暖系统，

在不同的太阳能集热器面积与供暖面积配比下，太阳能供暖系统在冬季供暖能耗中的节能比例如

表一所示。

从表一中得知，建筑结构保温是太阳能供暖应用的关键。因冬季太阳能辐射能力及安装面积有限，

因此对房屋建筑结构保温的要求较高，目前太阳能集热器冬季每平米平均日得热量只有2.4kW，

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如果建筑结构的耗热功率为40W/m时，那么太阳能采暖根本无法使人接受，如果结构耗热功率