淺談太陽能低溫地板輻射采暖系統(tǒng)的輔助熱源

摘要：介紹低溫地板采暖的優(yōu)越性，論述了太陽能在建筑節(jié)能中的應用和燃氣壁掛爐作為太陽能低溫地板采暖系統(tǒng)輔助熱源的可行性。
1、引言：
　　我國經(jīng)濟發(fā)展迅速,而能源生產(chǎn)的發(fā)展相對要滯后得多,因此,發(fā)展經(jīng)濟所需的能源應更多地依靠節(jié)能來解決。我國地域廣闊，人口眾多，建筑工程規(guī)模巨大，其中住宅建筑約占建筑工程的92％。由于居民經(jīng)濟條件大為改善，所以很長一段時期內(nèi)住宅建筑將呈上升趨勢，而且這個上升趨勢還將持續(xù)20～30年。由此看出，我國住宅建設正處于快速發(fā)展階段。
　　但我們必須清醒地看到,我國龐大的住宅建設的快速增長是以資源和能源的高消耗為代價換取的，除了利用土地這一最直接的資源以外，住宅能源消耗的增長是住宅建設發(fā)展的一大限制因素。當前，由于我國建筑物的保溫隔熱和氣密性能比較差，單位住宅建筑面積采暖能耗為相同氣候條件下發(fā)達國家的3倍。具體體現(xiàn)在供熱品質(zhì)差（即室溫冷熱不均），系統(tǒng)熱效率差，不僅多耗成倍的能源，而且用戶不能自行調(diào)節(jié)室溫。當前采暖費按平方米計費，無助于用戶的節(jié)能意識，以致出現(xiàn)一些不正常的現(xiàn)象，如室溫過高開窗，室溫過低投訴，使得設計人員及業(yè)主盡量加大鍋爐﹑水泵及散熱器容量，造成低效率﹑高能耗的重復浪費。目前我國的建筑能耗結構不甚合理，建筑用能仍以煤為主，可再生能源在建筑用能應用中的比例很少。采暖的高能耗不僅造成資源的浪費，而且還是大氣污染的一個重要因素。

2、低溫地板輻射采暖系統(tǒng)的優(yōu)越性：
　　散熱器采暖是多年來建筑物內(nèi)常見的一種采暖形式。隨著社會經(jīng)濟不斷向前發(fā)展，人們生活水平的不斷提高，新材料﹑新技術日益推廣應用，這種傳統(tǒng)采暖形式的弊端日益突出，如熱舒適性差﹑能耗大﹑耗鋼材多﹑不便于按熱計量﹑不能分戶分室控溫等等。而低溫熱水地板輻射采暖便是克服這些弊端的一種好的方式。
　　低溫熱水地板輻射采暖采用低于60℃的低溫水作為熱媒，通過直埋入建筑物地板內(nèi)的交聯(lián)鋁塑復合管（PAP,XPAP）或交聯(lián)聚乙烯管（PE-X）等盤管輻射而達到一種方便靈活的采暖形式。
　　實踐表明，低溫熱水地板輻射采暖具有以下特點：
　　2.1 舒適衛(wèi)生：
　　 由于輻射強度和溫度的雙重作用，減少了四周表面對人體的冷輻射，室內(nèi)地表溫度均勻，室溫由下而上逐漸遞減，改變了散熱器采暖室溫上高下低的分布狀況，給人以頭涼腳暖的良好感覺，造成了真正符合人體散熱及生理要求的熱狀態(tài)，符合我國傳統(tǒng)醫(yī)學“溫足涼頂”的健身理論，可以改善血液循環(huán)，促進新陳代謝，具有最佳的舒適感和保健功能。
　　2.2 高效節(jié)能：
　　在建立同樣舒適的前提下，因為輻射供暖方式較對流供暖方式熱效率高，可節(jié)能約35％左右。所以室內(nèi)設計溫度可以比其他采暖方式降低2℃。
　　2.3 熱穩(wěn)定性好：
　　由于地面層及混凝土層蓄熱量大，熱穩(wěn)定性好，因此在間歇供暖的條件下，室內(nèi)溫度變化緩慢。
　　2.4 使用面積增加，方便裝修
　　室內(nèi)取消了散熱器及其立支管，不但不占用建筑面積，而且房間可以任意分隔，根據(jù)實際測算，平均可以增加室內(nèi)5％左右的使用面積，等于降低了房屋造價。而且使室內(nèi)既美觀，又便于裝修和家具布置。
　　2.5 清潔衛(wèi)生：
　　地板采暖室內(nèi)空氣平均流速小，能有效減少因空氣急劇流動而引起的塵埃飛揚，以及明裝散熱設備和管道積塵面受熱揮發(fā)的異味，減少室內(nèi)空氣污染。
　　同樣，低溫熱水地板輻射采暖也存在初投資較高，層高及荷載增加，土建費用增加，可維修性差等不足之處。
3、太陽能地板采暖系統(tǒng)的可行性及系統(tǒng)形式：
　　我國是太陽能資源十分豐富的國家，除四川盆地等局部地區(qū)不適宜太陽能利用以外，我國大部分地區(qū)都適合利用太陽能。尤其是西北﹑西南﹑華北地區(qū)，應充分利用太陽能這種清潔的可再生能源，減少建筑物能耗。我國太陽能利用方式主要有太陽能的低溫熱利用和太陽能光電技術。目前，從我國的實際情況和居民的承受能力看，光電技術成本過高，不適于建筑節(jié)能中應用。而太陽能在建筑中的熱利用，尤其是與低溫地板輻射采暖系統(tǒng)的聯(lián)合應用，很大程度上提高了太陽能熱利用的效率，避免了太陽能只在熱水器領域使用的局限性。
　　低溫地板輻射采暖系統(tǒng)與傳統(tǒng)的散熱器供暖形式相比，一個突出特點是熱媒溫度低，熱媒溫度要求僅在35℃～45℃之間。而且地面填充層的蓄熱結構，增加了系統(tǒng)的熱惰性。由于低溫地板采暖系統(tǒng)的這些特點，太陽能這種低品位﹑清潔﹑利用技術成熟的能源作為低溫地板采暖系統(tǒng)的熱源，是比較合理可行的。
太陽能地板采暖主要有兩種形式，一種是間歇運行系統(tǒng)，是指太陽能供暖系統(tǒng)在日間收集太陽能并蓄存起來，在夜間運行對房間供暖的系統(tǒng)形式。這種系統(tǒng)結構簡單實用，初投資相對較低。此系統(tǒng)適合于冬季室外溫度不太低，日照充足的地區(qū)，如我國華北﹑西北的一些地區(qū)，以及西南的部分地區(qū)。利用南向的蓄熱墻體和地面，白天基本不需要熱源就可以維持16℃左右的室溫。如果白天的蓄熱溫度為40℃，夜間靠水箱中水的溫降來供暖，其最終水溫也不會低于30℃，也能基本滿足熱源要求。但目前采暖區(qū)的絕大多數(shù)建筑白天也需要熱量供給，而且由于太陽能利用受氣候，天氣的影響很大，所以連續(xù)運行的太陽能地板采暖間接式系統(tǒng)是適用更廣泛的一種系統(tǒng)形式(見圖1）。即太陽能集熱系統(tǒng)和采暖系統(tǒng)是兩個獨立的系統(tǒng)，兩個系統(tǒng)采用換熱器換熱的形式進行熱量交換。為了保證系統(tǒng)連續(xù)運行，太陽能采暖系統(tǒng)必須有其他的輔助熱源作為保障。輔助熱源的形式可以靈活考慮。如果太陽能供暖效率高，可以采用電加熱輔助熱源，否則從經(jīng)濟性考慮，配合燃氣壁掛爐使用是比較合理的。
4、太陽能低溫地板輻射采暖系統(tǒng)的輔助熱源：
　　如果該地區(qū)實行的是低谷電價，將電能作為輔助熱源，是比較理想的選擇，特點是清潔，設備易操作，但將高品位的電能作為采暖的熱源，只是節(jié)省了運行費用，并未真正意義上做到節(jié)能，況且我國大部分地區(qū)并未實行低谷電價。
　　燃氣壁掛爐供熱方式就是用功率足夠大的燃氣爐來為各單元住宅供熱及供應生活熱水。其設備小巧美觀，可壁掛式安裝在住宅的廚房內(nèi)，如同安裝了一個稍大些的燃氣熱水器，并不影響廚房的使用面積。它便于單戶計量，可使用磁卡燃氣表實現(xiàn)用熱分戶計量，解決了供暖費常年虧欠的難題，其另一個特點是節(jié)約能源，沒有鍋爐房﹑二次換熱﹑外網(wǎng)及樓內(nèi)管道的熱損失，可節(jié)省熱能7％左右。由于是輔助太陽能采暖系統(tǒng)的間歇運行方式，它實際的使用率并不高，運行費用較低。從地板采暖的情況看，雖然在我國運用的時間不是很長，但其設計施工基本也是成型的技術了，而且很多建筑采用地板采暖后都收到了很好的效果，這項技術可以說已經(jīng)比較成熟。對于太陽能集熱部分，由于系統(tǒng)是機械循環(huán)，需要集熱器有較高的承壓能力。目前家用的普通真空管集熱器顯然不能滿足要求，最近很多太陽能集熱器廠家已經(jīng)研制出多種U型管以及熱管式太陽能集熱器，其承壓能力達到1.2MPa以上，完全可以滿足機械循環(huán)的要求。
　　如果在經(jīng)濟條件允許的條件下，建筑物的圍護結構采用復合節(jié)能墻體，比如“聚苯板粘貼外墻保溫體系”，進行墻體外保溫后，由于內(nèi)部的實體墻熱容量大，室內(nèi)能蓄存更多的熱量，使諸如太陽能輻射或間歇采暖造成的室內(nèi)溫度變化減緩，室溫較為穩(wěn)定，生活環(huán)境較為舒適，也使太陽能輻射得熱﹑人體散熱﹑家用電器及炊事散熱等因素產(chǎn)生的“自由熱”得到較好的利用，有利于節(jié)能。
5、結論：
　（1）燃氣壁掛爐作為太陽能低溫地板采暖系統(tǒng)的輔助熱源，在系統(tǒng)形式﹑能量保證﹑舒適性要求等方面均是可行的。
�。�2）我國是太陽能資源比較豐富的國家，利用綠色﹑清潔的太陽能進行低溫地板采暖，再以燃氣壁掛爐作為系統(tǒng)的輔助熱源，在我國西北﹑華北地區(qū)不但從理論上還是實際操作上，都是完全可行的。
�。�3）目前由于太陽能集熱設備的成本較高，太陽能與建筑一體化的結合程度不高，大大限制了太陽能系統(tǒng)的使用。
�。�4）太陽能地板采暖系統(tǒng)的應用，對于節(jié)約非可再生燃料，減少建筑能耗，完成我國建筑節(jié)能的既定目標都有重要的意義。同時對于減輕大氣污染，防止環(huán)境的進一步惡化都會起到積極的作用，為我國建筑行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展提供了有力的支持。