新农村太阳能供暖系统的设计
第一部分 引言：
农村太阳能弄暖系统的概述：农村太阳能供暖系统是以太阳能作为热源，供给建筑物冬季采暖和全年其他用热的系统。本文的研究主要是设计了一种太阳能采暖系统，该系统主要由集热系统、蓄热系统、末端供热采暖系统、自动控制系统、管道系统和其他能源辅助加热（换热）设备集合构成[1]，详细分析了太阳能供热利用技术的各项应用。近年来，随着国家经济的快速发展，常规能源的大量消耗和日趋枯竭，已经严重影响了人类社会的可持续发展[2]，因此节能问题在供暖系统的设计中越来越被人们重视。太阳能是永不枯竭的清洁能源，有着矿物能源不可比拟的优越性，既是近期急需的能源补充，又是未来能源的基础。我国对太阳能的利用始于20世纪70年代，30多年来我国各种太阳能利用技术获得了不同程度的发展。国家经贸组织制定《2000-2015年新能源与可再生能源产业发展规划重点》指出：我国今后将大力发展太阳能等新能源[3]，在建设部指定的《中国“住宅阳光计划”纲要》（草稿）中提出：根据当前太阳能技术与产业条件，考虑到今后发展趋势，结合我国住宅建设的实际情况，太阳能低温热水地板辐射采暖技术是实施中国“住宅阳光计划”的重点优先领域之一[4]，其中太阳热能为建筑物供热采暖可以获得非常良好的节能和环境效益，长期以来，一直受到世界各国的普遍重视，成为了太阳能热利用的趋势之一。
今年来，我国建筑住宅得到了跨越式的发展，居住条件大有改善，但是冬季采暖是一个尚未解决的问题。目前，南方地区大多采用燃煤碳取暖，能耗大且不卫生；北方地区大多采用土炕、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、生态坏境的恶化。
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[10]。我国南北方农村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。这为在南北方农村地区推广太阳能采暖技术提供了重要的依据[11]。
因此在我国广大的农村推广太阳能供暖系统是具有长远的意义的，为我国的可持续发展战略做出了巨大的贡献，从一大部分解决了我国能源紧缺的问题，但是在广大农村地区推广太阳能供暖系统 还是有不小的不确定性因数，我们应该根据不同的情况，制定出不同的方案，因地制宜，更有效的利用各个地方的资源.
1.太阳能供暖系统的特点
太阳能供暖系统与常规能源供暖系统的主要区别，在于它是以太阳能集热器
作为能源，替代或部分替代以煤、石油、天然气、电力等作为能源的锅炉。
太阳能集热器获取太阳辐射能而转化的热量，通过散热系统送至室内进行采
暖；过剩热量储存在储热水箱中内；当太阳能集热器收集的热量小于供暖负
荷时，由储存的热量来补充；若储存的热量不足时，由备用的辅助热源提供。
2.太阳能供暖特点
太阳能供暖系统与常规能源供暖系统相比，有如下几个特点：
系统运行温度低 太阳能集热器效率随运行温度升高而降低，要降低集热器和供暖系统温度。
推荐地盘管供暖，运行温度35～45℃。风机盘管和暖气运行温度为55～65℃。
有储存热量的设备 太阳辐射受气候和时间的支配，太阳能不能成为连续、稳定的能源。
系统必须有储存热量的设备；如储热水箱等。
与辅助热源配套使用 气候变化或阴雨天等没有日照时，太阳能不能成为独立的能源。
辅助热源可采用电力、燃气、燃油和生物质能等。
适合在节能建筑中应用 建筑物供暖的需求且达到一定的太阳能保证率，需要足够多的太阳能集热器。
保温水平低，门窗气密性差的建筑不适合使用太阳能供暖系统。
太阳能供暖系统工作原理
太阳能供暖系统，就是用太阳能集热器收集太阳辐射并转化成热能，以液体作为
传热介质，以水作为储热介质，热量经由散热部件送至室内进行供暖，太阳能采
暖一般由太阳能集热器、储热水箱、连接管路、辅助热源、散热部件及控制系统组成。
太阳能集热器 多采用平板太阳能集热器、真空管太阳能集热器。在此以平板集热器为例予以说明。
特点：集热快、运行稳定、运输安装方便、使用寿命长。
热能储存 利用保温水箱进行显热储存。
特点：保温良好、热损失小。
辅助能源 利用可采用电力、燃气、燃油和生物质能等。
特点：节能产品、运行稳定。
控制循环系统 采用模块时温度控制。
特点：可分户控制温度和使用时间、分户计量。
散热系统 可采用地暖盘管、暖气或风机盘管作为散热终端系统。
特点：地暖盘管比暖气和风机盘管作为散热终端更加节能。
3.太阳能供暖系统组成
平板太阳能集热器的基本工作原理十分简单。概括地说，阳光透过透明盖板
照射到表面涂有吸收层的吸热体上，其中大部分太阳辐射能为吸收体所吸收，
转变为热能，并传向流体通道中的工质。
这样，从集热器底部入口的冷工质，在流体通道中被太阳能所加热，温度逐
渐升高，加热后的热工质，带着有用的热能从集热器的上端出口，蓄入贮水
箱中待用，即为有用能量收益。
与此同时，由于吸热体温度升高，通过透明盖板和外壳向环境散失热量，构
成平板太阳集热器的各种热损失。这就是集热器的基本工作过程。
平板太阳能集热系统组成：
太阳能集热器 储热水箱 连接管路 辅助热源 散热部件 控制系统平板集热器：
平板型集热器的工作过程是阳光透过玻璃盖板照射在表面有涂层的吸热板上，吸
热板吸收太阳能辐射能量后温度升高。
要求：
有一定的承压能力，热工性能良好。一般使用的平板型太阳能尺寸为2×1米。
1、盖板：采用高强耐热透明钢化玻璃。实现高透光率、低反射率；抗冲击能力高；
2、保温层：以提高集热器的热效率可以有效减少热量的散失。
3、吸热板（简称板芯）：AAB目前用纯铜太阳能集热板。有耐腐蚀、寿命长等
优点。可以从多个角度最大限度的吸收太阳光。
4、涂层：在吸热面板上涂有选择性性涂层，可使吸热面板吸收更多的太阳能辐
射，又减少吸热板向环境的辐射散热损失。
5、壳体 ：AAB太阳墙使用整体镀锌板防止生锈或腐蚀；同时保持刚度和强度
便于安装。
6、支架：一般采用角钢、热镀锌等材质，，焊接于钢结构棚架上。
蓄热水箱：
由于太阳能并非稳定供应，为供应阴雨天、夜间时之负载需求，需藉由储热
体储存热能，稳定供应负载热能。储热体一般依外型长宽比分为卧式与立式
两种。通常蓄热体均以水作为储热介质。和电热水器的保温水箱一样，是储
存热水的容器。因为太阳能集热器只能白天工作，而人们一般在晚上才供暖
和使用热水，所以必须通过保温水箱把集热器在白天产出的热水储存起来。
稳定供应负载热能。容积是每天晚上用热水量的总和。要求内胆承压保温水
箱，保温效果好，耐腐蚀，水质清洁，使用寿命可长达20年以上。
散热系统
散热系统是将热能有效导出并通过散热系统将热能分散到所需之处的一种释放装置。散热形式有壁挂式、柜式、地暖式、棚暖式、散热片等。工程中使用较多的是地暖式和散热片式。
控制系统和管道
控制系统是为了调整和协调太阳能集热板、蓄热体、散热系统的运行，从而
实现经济、温度适度的运行方案。循环控制系统主要利用感温探头等控制元
件采集各控制点的温度输出信号给执行设备，并将信号传递给控制中心，随
时控制系统的起停。将热水从集热器输送到保温水箱、将冷水从保温水箱输
送到集热器的通道，使整套系统形成一个闭合的环路。 设计合理、连接正确
的循环管道对太阳能系统是否能达到最 佳工作状态至关重要。热水管道必须
做保温处理。管道必须有很高的质量，保证有20年以上的使用寿命。
应用范围：
太阳能供暖系统结构简单，运行可靠，热流密度较低，即工质的温度也较低，
安全可靠，具有承压能力强、吸热面积大等特点，是太阳能与建筑一体
化最佳选择供暖选择之一。其应用范围为：企业、事业单位、工厂、院校、
宾馆酒店、医院、社区、游泳池（包括机关等集体单位和家庭）等阳光资源
良好且需供暖的区域。
太阳能供暖系统的设计 主要包括以下几个部分：
太阳能集热系统的设计 太阳能蓄热系统的设计 太阳能自动控制系统的设计 太阳能末端管道供热采暖系统的设计 太阳能其他辅助能源系统的设计
下面将主要介绍以上几个系统的设计：
