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文章作者：鄧有源
國家註冊公用設備工程師，現就職於大型央企甲級資質的設計院，畢業於西安冶金建築學院暖通專業，現任中國建築金屬結構協會輻射供暖供冷委員會專家組組長。
參與暖通的設計、審核、諮詢工作，組織負責過大中型礦山冶煉及民用建築工程的設計，先後承擔了有色工程、民用、商用及垃圾發電工程採暖、通風、空調等項目的科研及指導工作。
摘要：太陽能供暖系統已在民用住宅建設項目中得到應用，特別是在太陽能熱水、供暖等大中型工程中，在商業運作上也逐漸發現了市場的巨大潛力。但是，太陽能供暖系統的設計必須遵守有關原則，首先應考慮太陽能供暖系統與建築的結合，力爭達到太陽能建築一體化；另外，無論既有建築還是新建建築必須符合節能建築要求，才能達到建設投資省、運行能耗底、運行費用少的目標。
本期論壇闡述了太陽能技術在供暖中的應用，並研究了太陽能供暖系統的組成、運行原理、主要設計參數和經濟運行效益等，並提出了一種利用太陽能資源集輻射供暖、洗浴、製冷於一體的聯合系統，也可稱為三位一體太陽能綜合應用系統。
關鍵詞：太陽能；供暖；綜合應用；三位一體
1 太陽能供暖系統設計範例
據文獻介紹，目前國內太陽能供熱水系統技術比較成熟，而太陽能供暖系統才剛剛起步，在供暖系統上還存在很多問題需要研究，作者通過已實施的工程了解到太陽能供暖系統由於設計不合理，而採用較大的儲熱水箱蓄熱，增加佔地面積及投資費用，沒有充分利用太陽能低溫運行的特點，有效地將熱量最大釋放在室內。
另外，北方地區夜間防凍、夏季真空管集熱器爆管等問題長期阻礙太陽能供暖的技術發展。因此，作者從國外及國內多項太陽能供暖系統中進行優化組合，總結出一套適合中國國情的較完善的太陽能供暖系統。已在部分工程中得到應用，證明本太陽能供暖系統設計合理、運行可靠。
作者認真總結國外及國內己運行的太陽能熱水系統，採用先進的理念設計一套較完善的太陽能供暖系統，輔助加熱設備選用空氣源熱泵。截至目前，該套系統已投入運行，反映良好，現將這套系統的設計特點及運行原理作如下闡述。
2 太陽能熱水系統設計理念
圖1 太陽能供暖系統設計原理圖
如圖1所示，本套太陽能供暖系統在冬季提供部分供暖熱源，非供暖期提供足量的生活熱水，為確保冬季室內達到舒適的溫度環境，在本套設計中加空氣源熱泵供暖系統，形成集四季洗浴、冬季供暖、夏季空調三位一體的綜合應用系統。
3 太陽能熱水系統、熱泵供暖供冷原理
3.1 本系統中太陽能產生的熱水可通過生活水箱提供一年四季生活熱水。
3.2 本系統夏季啟動空氣源熱泵供冷系統，冷水可經過地暖的盤管或風機盤管來降低室內溫度，達到舒適的溫度環境。
3.3 本系統冬季太陽能熱水分兩支分別經生活水箱、供暖水箱，確保生活熱水及供暖熱水滿足需求，如晚上太陽能不足時可啟動空氣源熱泵供暖系統供暖。
4 太陽能熱水系統控制技術
4.1 太陽能集熱循環採用溫差控制、強制循環的落空系統，較好地解決了北方地區夜間或陰天太陽能集熱器內存水凍裂問題。
太陽能集熱循環工作原理是根據太陽能集熱器和供暖水箱的溫差控制集熱器一次循環泵啟停，當集熱器溫度高於供暖水箱設定值時，一次循環泵啟動，太陽能集熱器優先不斷將生活水箱加熱，生活水箱內溫度達到設定值時關閉閥門，此時太陽能集熱器不斷將供暖水箱中的熱水加熱，當溫差低於設定值時，一次循環泵停止，室外太陽能集熱器和系統中的水受重力作用回落至供暖水箱，採用系統落空技術替代國內外常採用的防凍液防凍措施，防止太陽能集熱器和管道系統腐蝕，並解決冬季集熱器內及系統中存水凍裂問題，從而減少工程造價，已通過工程實際運行，證實本系統防凍簡單、運行可靠。
4.2 供暖水箱與供暖末端輻射供暖地面設有二次循環泵，當集熱器收集熱量進入供暖水箱時，二次循環泵立即啟動，取消了中間換熱過程，提高了熱水系統效率，充分利用太陽能低溫運行的特點，有效地將熱量輸送到室內地面，減小供暖水箱體積，節省工程投資。供熱水箱體積應通過計算確定，供暖水箱選型時應考慮太陽能集熱器、供暖水箱至集熱器之間管道系統的存水量。
4.3 本系統較好地將集熱器與供暖末端組成最佳搭配。眾所周知，供暖末端選用低溫輻射供暖技術，供暖所需要的低溫熱水在35℃～55℃之間，正好是太陽能集熱器所能提供的適合溫度。
另外，在供暖系統中將供暖水箱中的熱能傳送給地板，以加熱盤管為散熱體，以整個填充層及地面作為散熱面，將地面視為一個極大的儲能元件（貯水箱），將太陽能集熱有效熱量源源不斷地輸送至地面，使其以輻射方式傳播至室內從而達到供暖、儲能的目的。
使用地暖末端貯存熱量有兩個功能，一是冬季利用太陽輻射達到較強的蓄熱功能，二是當太陽能集熱器夜間及陰雨天無太陽輻射時，將供暖末端已貯存的熱量釋放至室內，確保室內溫度達到設計要求。綜上所述，將太陽能集熱器與低溫輻射末端組成供暖系統應是最佳的選擇。
5 結論
經過以上的分析，得出以下的結論：
5.1 本太陽能供暖系統設計方案，為冬季提供部分供暖熱量，夏季採用空氣源熱泵，為夏季提供空調冷量，一年四季提供足量生活熱水，設計方案切實可行，是今後太陽能光熱利用的重要趨勢之一，將逐步解決日益緊缺的能源問題。因此，本設計方案將越來越受到人們的歡迎。
5.2 太陽能供暖系統設計方案，應綜合供暖效果，太陽能供暖系統的規摸不宜太大，太陽能貢獻率一般控制在60%以下，太陽能集熱器面積和建築供暖面積比值一般保持在1:5～1:10之間。
5.3 太陽能供暖系統一次循環泵停泵，應採用系統落空技術，供暖水箱體積應與集熱器面積及管道系統相匹配。
由此可見，太陽能供暖系統已在民用住宅建設項目中得到應用，特別是在太陽能熱水、供暖等大中型工程中，在商業運作上也逐漸發現了市場的巨大潛力。
但是，太陽能供暖系統的設計必須遵守有關原則，首先應考慮太陽能供暖系統與建築的結合，力爭達到太陽能建築一體化；另外，無論既有建築還是新建建築必須符合節能建築要求，才能達到建設投資省、運行能耗底、運行費用少的目標。
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