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摘 要：随着农村经济的发展, 对能源的需求也日益增长, 为了解决农村能源问题, 应树立生态村镇观点, 重点发展可再生能源和低品位能源、太阳能是非常丰富的可再生能源, 对环境无污染。为此, 介绍了太阳能采暖技术在农村建筑的应用, 并分析了太阳能地板采暖的可行性及太阳能采暖技术的发展前景。
关键词：太阳能农村住宅应用
中图分类号：TK511文献标识码： A
前言
太阳能采暖系统是利用太阳能集热器收集太阳能并结合辅助能源满足采暖和热水供热需求的系统, 因此常称为太阳能联合系统( Solar Combined System) 。一般而言, 太阳能供暖可分为主动式和被动式两种方式, 其中主动式采暖被人类利用较晚。20 世纪80 年代, 以德国为代表的欧洲国家开始大规模应用太阳能供热技术。近年来, 欧盟国家的太阳能供暖增长迅猛, 约占全球太阳能热利用市场的40%~ 50%。随着我国能源与环境问题的加剧, 人们也逐渐重视太阳能供暖方式, 已相继在北京、西藏等地完成了一批太阳能供暖项目,如清华阳光公司办公楼、北京太阳能研究所办公楼、西藏科技厅办公楼和平谷新农村村民住宅等, 取得了良好的经济效益和社会效益。
一、太阳能采暖技术的可行性
近年来, 我国农村住宅建设得到了跨越式发展, 居住条件大有改善, 但冬季采暖是一个尚未解决的问题。我国有近9 亿农民, 农村地区的能耗对能源供求总量和能源结构有着重要影响。目前, 南方地区农村大多采用燃煤炭取暖, 能耗大且不卫生; 北方地区农村大多采用土炕、土煤炉采暖, 还有很多地区尚无采暖设备, 仅靠燃烧薪柴驱寒, 过度砍伐加剧了水土流失、生态环境恶化。
农村住宅相对分散、密度低, 不宜采用投资大、维护水平高的集中供暖模式。太阳能作为一种可再生的清洁能源, 无需开采和输运, 方便安全, 必将成为人类主要能源之一, 其低廉、安全、环保等特点符合新农村建设的客观要求。我国北方地区大多处于太阳能丰富的二类地区, 空气透明度高,辐照量足。这为在农村推广太阳能采暖技术提供了重要依据能。
二、太阳能低温地板辐射采暖系统
太阳能低温地板辐射采暖系统是将太阳能转化成热能，供给建筑物冬季采暖，系统主要部件有太阳能集热器、换热储热装置、控制系统、辅助能源加热设备、泵、连接管道和末端散热系统等，本文就太阳能五大部分做详细分析。图1 为典型太阳能低温地板辐射采暖系统原理图。
1、太阳能集热器选择
太阳能的热利用中，关键是将太阳的辐射能转换为热能。由于太阳能比较分散，必须设法把它集中起来，所以，集热器是各种利用太阳能装置的关键部分。就我国目前集热器种类，主要分平板集热器及真空管集热器两种; 本文参考省建科院节能所今年夏季对山西侯马、临猗等地区太阳能热水系统统计的相关数据，两种集热器集热效率无多大差别，但平板集热器便于与建筑结合，不会破坏建筑的整体外观而优先采用。图2 为两种集热器与建筑结合效果图。
2、太阳能储热装置
由于太阳能具有能流密度低，受气候、季节影响较大，稳定性差等弱点，尤其在山西严寒地区等冬季气温低，日照时间短，加强储热系统可减少辅助热源使用量，本文考虑新型储热水箱，内设散热壳体，散热壳体内设有固体介质储热体，固体介质储热体内设有电加热管，电加热管接头位于储水箱一侧外端。其具有结构简单，成本低，使用方便的特点。
当平均日太阳能不能满足采暖供热需求时，利用储热器所储存的热量给予及时的补充来满足采暖要求，这样就可以实现太阳能的连续利用，从经济的观点来看，储热技术在热能装置的有效利用和促进大规模能量的循环利用方面，具有很大潜力。表2 为集中典型集热器与储热水箱连接的优缺点。本文建议选取第一种适合农村太阳能供暖储热系统。
3、太阳能辅助加热系统
太阳能供暖系统应设辅助热源及其加热/换热设备、设施，辅助热源可因地制宜选择城市热网、电、燃气、燃油、工业余热和生物质燃料等，加热/换热设备、设施有各类锅炉、换热器和热泵等。由表1 可知，天然气作为辅助热源效率最低，而电加热效率最高，因此建议利用天然气作为辅助加热源。
辅助热源的供热量宜按现行国家标准GB 50019-2003 采暖通风与空气调节设计规范规定的采暖热负荷计算; 在标准规定可不设置集中采暖的地区或建筑，可根据当地的实际情况，适当降低辅助热源的供热量标准。辅助热源加热、换热设备应根据当地可用的热源种类、价格、供水水质、供暖系统形式、对环境的影响、使用的方便性等多项因素，通过技术、经济分析合理选用; 宜重视废热、余热利用。
輔助能源功率和辅助能源的运行时间有关，因为一天的总能量需求( 热负荷) 已经固定，因此辅助能源的运行时间越短，需要的功率就越大，反之亦然。在计算辅助能源功率时要按全部热负荷计算( 在阴、雨、雪天气没有太阳能，所有能源都由辅助能源提供) 。辅助能源的最大运行时间应该控制在16 h 内( 一天有1 /3时间休息) ，因此辅助能源的功率至少是采暖功率的1． 5 倍。
4、太阳能供暖控制系统
太阳能供暖控制系统一般采用PT100 温度传感器采集的太阳能真空管出水口温度和室温，利用单片机控制水泵、电磁阀实现储热、供暖，实现太阳能的高效利用，昼夜不间断供暖，供暖温度灵活可调，从而降低了热量的浪费。
若实现其与辅助热源的连锁，利用一种太阳能热水器与供暖型燃气热水器转换供暖的控制系统，包括有太阳能热水器，供暖型燃气热水器，散热器，散热器的供水输入口与太阳能热水器的供水输出口连通，散热器的供水输出口与供暖型燃气热水器的采暖回水输入口连通。还包括电控三通阀，用于检测太阳能热水器水温的温度检测器，以及控制电控三通阀的控制器，电控三通阀的供水输入口与供暖型燃气热水器的采暖热水输出口连通，电控三通阀的一个供水输出口与太阳能热水器的供水输入口连通，电控三通阀的另一个供水输出口与散热器的供水输入口连通; 控制器控制电控三通阀、供暖型燃气热水器工作，在控制器CK 外壳上设有转换工作模式的调节旋钮，系统具有低碳、节能环保的特点。
5、地板辐射采暖系统
常见的以热水为热媒的采暖末端散热器的形式有低温地板盘管散热器辐射供暖、墙壁金属散热器供暖、顶棚风机盘管式供暖、墙壁盘管散热器辐射供暖。
地板辐射采暖是一种以低温热水为媒介，通过室内盘管进行散热的供暖方式。通常盘管敷设于室内整个地面，热水流经盘管，均匀地向室内辐射热量。由于热稳定性好、室内温度均匀、免占室内空间、节能、干净、维护方便等优点而受到人们的欢迎。系统中的低温热水温度为35 ℃ ～ 50 ℃，不能超过60 ℃，供、回水温差不宜大于10 ℃，而这个温度段正好是太阳能热水器热利用最高的温度段。根据计算，我们可得到采暖房间的采暖功率，因此也就知道各房间散热器一天发散的总能量，按照散热器半天工作的原则我们知道散热器的功率是采暖功率的2 倍。再根据各种散热器的散热能力选择散热器面积。
结束语
总之，我国应加大投资力度，降低生产成本，大力开发利用农村太阳能资源，并结合《气候变化框架公约》下的清洁发展机制，合理规划资源利用方式，争取能形成规模效应，在国际碳交易市场出售减排额。这样不但可以减少温室气体排放，有助于国家积极应对气候变化， 还可以显著增加农村人口经济收入，促进农村地区的经济发展，推动社会主义新农村建设和国家的可持续发展。
参考文献
[1] 胡志领.我国太阳能供暖的研究与分析[J]. 科技创新导报. 2011(01) ：86—69
[2] 喜文华,贾玲萍,张兰英.西北农村住宅南墙太阳能采暖的可行性分析[J]. 甘肃科技. 2011(06)：74—83
[3] 富雪峰.太阳能供暖系统的应用[J]. 中国资源综合利用. 2011(07) ：53—48
[4] 贾英洲,高援朝.太阳能——农村乡镇建筑供暖的必然选择[J]. 农业工程技术(新能源产业). 2009(01) ：22—27
关键词：太阳能农村住宅应用
中图分类号：TK511文献标识码： A
前言
太阳能采暖系统是利用太阳能集热器收集太阳能并结合辅助能源满足采暖和热水供热需求的系统, 因此常称为太阳能联合系统( Solar Combined System) 。一般而言, 太阳能供暖可分为主动式和被动式两种方式, 其中主动式采暖被人类利用较晚。20 世纪80 年代, 以德国为代表的欧洲国家开始大规模应用太阳能供热技术。近年来, 欧盟国家的太阳能供暖增长迅猛, 约占全球太阳能热利用市场的40%~ 50%。随着我国能源与环境问题的加剧, 人们也逐渐重视太阳能供暖方式, 已相继在北京、西藏等地完成了一批太阳能供暖项目,如清华阳光公司办公楼、北京太阳能研究所办公楼、西藏科技厅办公楼和平谷新农村村民住宅等, 取得了良好的经济效益和社会效益。
一、太阳能采暖技术的可行性
近年来, 我国农村住宅建设得到了跨越式发展, 居住条件大有改善, 但冬季采暖是一个尚未解决的问题。我国有近9 亿农民, 农村地区的能耗对能源供求总量和能源结构有着重要影响。目前, 南方地区农村大多采用燃煤炭取暖, 能耗大且不卫生; 北方地区农村大多采用土炕、土煤炉采暖, 还有很多地区尚无采暖设备, 仅靠燃烧薪柴驱寒, 过度砍伐加剧了水土流失、生态环境恶化。
农村住宅相对分散、密度低, 不宜采用投资大、维护水平高的集中供暖模式。太阳能作为一种可再生的清洁能源, 无需开采和输运, 方便安全, 必将成为人类主要能源之一, 其低廉、安全、环保等特点符合新农村建设的客观要求。我国北方地区大多处于太阳能丰富的二类地区, 空气透明度高,辐照量足。这为在农村推广太阳能采暖技术提供了重要依据能。
二、太阳能低温地板辐射采暖系统
太阳能低温地板辐射采暖系统是将太阳能转化成热能，供给建筑物冬季采暖，系统主要部件有太阳能集热器、换热储热装置、控制系统、辅助能源加热设备、泵、连接管道和末端散热系统等，本文就太阳能五大部分做详细分析。图1 为典型太阳能低温地板辐射采暖系统原理图。
1、太阳能集热器选择
太阳能的热利用中，关键是将太阳的辐射能转换为热能。由于太阳能比较分散，必须设法把它集中起来，所以，集热器是各种利用太阳能装置的关键部分。就我国目前集热器种类，主要分平板集热器及真空管集热器两种; 本文参考省建科院节能所今年夏季对山西侯马、临猗等地区太阳能热水系统统计的相关数据，两种集热器集热效率无多大差别，但平板集热器便于与建筑结合，不会破坏建筑的整体外观而优先采用。图2 为两种集热器与建筑结合效果图。
2、太阳能储热装置
由于太阳能具有能流密度低，受气候、季节影响较大，稳定性差等弱点，尤其在山西严寒地区等冬季气温低，日照时间短，加强储热系统可减少辅助热源使用量，本文考虑新型储热水箱，内设散热壳体，散热壳体内设有固体介质储热体，固体介质储热体内设有电加热管，电加热管接头位于储水箱一侧外端。其具有结构简单，成本低，使用方便的特点。
当平均日太阳能不能满足采暖供热需求时，利用储热器所储存的热量给予及时的补充来满足采暖要求，这样就可以实现太阳能的连续利用，从经济的观点来看，储热技术在热能装置的有效利用和促进大规模能量的循环利用方面，具有很大潜力。表2 为集中典型集热器与储热水箱连接的优缺点。本文建议选取第一种适合农村太阳能供暖储热系统。
3、太阳能辅助加热系统
太阳能供暖系统应设辅助热源及其加热/换热设备、设施，辅助热源可因地制宜选择城市热网、电、燃气、燃油、工业余热和生物质燃料等，加热/换热设备、设施有各类锅炉、换热器和热泵等。由表1 可知，天然气作为辅助热源效率最低，而电加热效率最高，因此建议利用天然气作为辅助加热源。
辅助热源的供热量宜按现行国家标准GB 50019-2003 采暖通风与空气调节设计规范规定的采暖热负荷计算; 在标准规定可不设置集中采暖的地区或建筑，可根据当地的实际情况，适当降低辅助热源的供热量标准。辅助热源加热、换热设备应根据当地可用的热源种类、价格、供水水质、供暖系统形式、对环境的影响、使用的方便性等多项因素，通过技术、经济分析合理选用; 宜重视废热、余热利用。
輔助能源功率和辅助能源的运行时间有关，因为一天的总能量需求( 热负荷) 已经固定，因此辅助能源的运行时间越短，需要的功率就越大，反之亦然。在计算辅助能源功率时要按全部热负荷计算( 在阴、雨、雪天气没有太阳能，所有能源都由辅助能源提供) 。辅助能源的最大运行时间应该控制在16 h 内( 一天有1 /3时间休息) ，因此辅助能源的功率至少是采暖功率的1． 5 倍。
4、太阳能供暖控制系统
太阳能供暖控制系统一般采用PT100 温度传感器采集的太阳能真空管出水口温度和室温，利用单片机控制水泵、电磁阀实现储热、供暖，实现太阳能的高效利用，昼夜不间断供暖，供暖温度灵活可调，从而降低了热量的浪费。
若实现其与辅助热源的连锁，利用一种太阳能热水器与供暖型燃气热水器转换供暖的控制系统，包括有太阳能热水器，供暖型燃气热水器，散热器，散热器的供水输入口与太阳能热水器的供水输出口连通，散热器的供水输出口与供暖型燃气热水器的采暖回水输入口连通。还包括电控三通阀，用于检测太阳能热水器水温的温度检测器，以及控制电控三通阀的控制器，电控三通阀的供水输入口与供暖型燃气热水器的采暖热水输出口连通，电控三通阀的一个供水输出口与太阳能热水器的供水输入口连通，电控三通阀的另一个供水输出口与散热器的供水输入口连通; 控制器控制电控三通阀、供暖型燃气热水器工作，在控制器CK 外壳上设有转换工作模式的调节旋钮，系统具有低碳、节能环保的特点。
5、地板辐射采暖系统
常见的以热水为热媒的采暖末端散热器的形式有低温地板盘管散热器辐射供暖、墙壁金属散热器供暖、顶棚风机盘管式供暖、墙壁盘管散热器辐射供暖。
地板辐射采暖是一种以低温热水为媒介，通过室内盘管进行散热的供暖方式。通常盘管敷设于室内整个地面，热水流经盘管，均匀地向室内辐射热量。由于热稳定性好、室内温度均匀、免占室内空间、节能、干净、维护方便等优点而受到人们的欢迎。系统中的低温热水温度为35 ℃ ～ 50 ℃，不能超过60 ℃，供、回水温差不宜大于10 ℃，而这个温度段正好是太阳能热水器热利用最高的温度段。根据计算，我们可得到采暖房间的采暖功率，因此也就知道各房间散热器一天发散的总能量，按照散热器半天工作的原则我们知道散热器的功率是采暖功率的2 倍。再根据各种散热器的散热能力选择散热器面积。
结束语
总之，我国应加大投资力度，降低生产成本，大力开发利用农村太阳能资源，并结合《气候变化框架公约》下的清洁发展机制，合理规划资源利用方式，争取能形成规模效应，在国际碳交易市场出售减排额。这样不但可以减少温室气体排放，有助于国家积极应对气候变化， 还可以显著增加农村人口经济收入，促进农村地区的经济发展，推动社会主义新农村建设和国家的可持续发展。
参考文献
[1] 胡志领.我国太阳能供暖的研究与分析[J]. 科技创新导报. 2011(01) ：86—69
[2] 喜文华,贾玲萍,张兰英.西北农村住宅南墙太阳能采暖的可行性分析[J]. 甘肃科技. 2011(06)：74—83
[3] 富雪峰.太阳能供暖系统的应用[J]. 中国资源综合利用. 2011(07) ：53—48
[4] 贾英洲,高援朝.太阳能——农村乡镇建筑供暖的必然选择[J]. 农业工程技术(新能源产业). 2009(01) ：22—27