摘要：本論壇闡述了太陽能在供暖中為主要熱媒，熱泵為輔助熱媒，地面輻射供暖為散熱未端，由兩個熱源一個未端構(gòu)成，當(dāng)前被稱之為“最佳的運(yùn)行節(jié)能方式”，也可稱為“三位一體太陽能綜合應(yīng)用系統(tǒng)”，可實(shí)現(xiàn)“高熱高用、低熱低用、溫度對口”的科學(xué)用熱思想。

太陽每年到達(dá)地球表面的太陽輻射能已相當(dāng)于燃燒173萬億噸標(biāo)準(zhǔn)煤所發(fā)出的熱量，這個數(shù)量大體上是目前全世界所消費(fèi)的各種能量總和的20000倍左右。太陽系已經(jīng)存在了大約50億年，估計還可以維持60億年以上。對于人類來說，太陽能可謂“取之不盡，用之不竭”。

我國是太陽能資源較為豐富的國家，2/3的國土年日照在2200小時以上，年輻射總量大約在每年3340MJ/㎡～8360MJ/㎡，相當(dāng)于110kg/㎡～250kg/㎡標(biāo)準(zhǔn)煤。因而如何有效利用太陽能這一可再生能源是解決當(dāng)今社會能源結(jié)構(gòu)不合理問題的突破點(diǎn)。

隨著科技的進(jìn)步，太陽能在建筑物耗能方面的應(yīng)用成為可能。

1 新的建筑能耗標(biāo)準(zhǔn)不斷出臺

我國節(jié)能建筑曾經(jīng)有三次節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)的修改，使得目前節(jié)能建筑的能耗大幅下降，其建筑物耗熱量指標(biāo)由31.8W/㎡下降到20.6W/㎡，而新標(biāo)準(zhǔn)又降到16.8W/㎡，現(xiàn)代節(jié)能技術(shù)為太陽能采暖提供了可靠基礎(chǔ)。

2 太陽能保證率不斷提高，使得太陽能集熱面積相應(yīng)減少

新型太陽能采暖產(chǎn)品和技術(shù)不斷出臺，使得同樣采暖面積前提下，太陽能集熱面積相應(yīng)減少；經(jīng)過潛心研究太陽能采暖專用管現(xiàn)已問世，國家對該太陽能熱水器質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心公布檢測報告結(jié)果：歸一化溫差為0K時，瞬時熱效率為74.2%，而按此計算冬季采暖熱太陽能轉(zhuǎn)化效率為58%，該技術(shù)的誕生大大提高了太陽能的熱轉(zhuǎn)換效率，該產(chǎn)品在太陽能采暖應(yīng)用上優(yōu)勢明顯。

若采用該項技術(shù)，建筑物耗熱量指標(biāo)按20.6W/㎡計算，在太陽能保證率按40%的條件下，經(jīng)計算得出集熱面積與建筑采暖面積之比為1:10，大大提高了太陽能采暖的應(yīng)用范圍。

3 熱泵技術(shù)的不斷發(fā)展，成為太陽能采暖最經(jīng)濟(jì)環(huán)保輔助熱源

“熱泵”是一種能從空氣、水或土壤中獲取“低品位熱能”，經(jīng)過電力做功，提供可被人們所用的“高品位熱能”的裝置。熱泵在工作時，它本身會消耗一部分能量，把環(huán)境介質(zhì)中貯存的能量加以挖掘，通過傳熱工質(zhì)循環(huán)系統(tǒng)提高溫度進(jìn)行利用，而整個熱泵裝置所消耗的功僅為輸出功中的一小部分，因此，采用熱泵技術(shù)可以節(jié)約大量一、二次能源。

由于熱泵能將低溫?zé)崮埽?15℃～35℃）提升為高溫?zé)崮埽?0℃～85℃），提高能源的有效利用率，因此是回收低溫余熱、利用環(huán)境介質(zhì)（地下水、地表水、土壤和室外空氣等）中儲存能量的重要途徑。熱泵主要分為空氣源熱泵、水源熱泵和地源熱泵三大類。

3.1 空氣源熱泵

空氣源熱泵低溫性能得到很大提高，超低溫空氣源熱泵保證系統(tǒng)在-25℃正常運(yùn)行，系統(tǒng)供熱效率大大提高，在-15℃～0℃范圍內(nèi)，系統(tǒng)供熱COP值平均達(dá)到2.0以上，地板的蓄能作用可以利用白天較高氣溫，進(jìn)一步提高系統(tǒng)供熱效率?？諝庠礋岜脗鳠峁べ|(zhì)是一種特殊物質(zhì)，常壓下其沸點(diǎn)為零下40℃，凝固點(diǎn)為零下100℃以下，該物質(zhì)冷的時候是液體，但很容易被蒸發(fā)成氣體，反之亦然。

在實(shí)際運(yùn)行中，空氣源熱泵中傳熱工質(zhì)的蒸發(fā)極限溫度為-20℃左右，因此5℃的環(huán)境溫度對比-20℃左右的溫度也是“熱的”，甚至更低的溫度，比如說0℃，相比-20℃也是熱的，因此，仍可交換熱能。

3.2 水源熱泵

水源熱泵是目前空調(diào)系統(tǒng)中能效比（COP值）最高的制冷、制熱方式，理論計算可達(dá)到7，實(shí)際運(yùn)行為4～6。水源熱泵機(jī)組可利用的水體溫度冬季為12℃～22℃，水體溫度比環(huán)境空氣溫度高，所以當(dāng)熱泵循環(huán)的蒸發(fā)溫度提高，能效比也會提高。

而夏季水體溫度為18℃～35℃，水體溫度比環(huán)境空氣溫度低，所以制冷的冷凝溫度降低，使得冷卻效果好于風(fēng)冷式和冷卻塔式，從而提高機(jī)組運(yùn)行效率。

水源熱泵消耗1kW·h的電量，用戶可以得到4.3kW·h～5.0kW·h的熱量或5.4kW·h～6.2kW·h的冷量。與空氣源熱泵相比，其運(yùn)行效率要高出20％～60％，運(yùn)行費(fèi)用僅為普通中央空調(diào)的40%～60%。

3.3 地源熱泵

地源熱泵在冬季運(yùn)行時，COP值約為4.2，即投入1kW電能，可得到4kW的熱能；夏季運(yùn)行時，COP值達(dá)5.3，投入1kW電能，可得到5kW的冷量，能源利用效率為電采暖方式的3～4倍；并且熱交換器不需要除霜，減少結(jié)霜和除霜的用電能耗，比常規(guī)空氣源空調(diào)節(jié)能50%左右。

3.4 熱泵作為太陽能采暖輔助能源的優(yōu)勢

A、熱泵屬可再生能源利用技術(shù)，熱泵技術(shù)間接利用太陽能，歸根結(jié)底還是利用太陽得到能量；

B、供熱時沒有燃燒過程，避免了排煙污染，供冷時節(jié)省了冷卻塔，避免了噪音及霉菌的污染；

C、占用空間小，省去了冷卻塔、鍋爐及與之配套的煤棚和渣場，節(jié)省了土地資源，產(chǎn)生了附加的經(jīng)濟(jì)效益，并改善了建筑物的外部形象；

D、運(yùn)行穩(wěn)定可靠，維護(hù)方便，熱泵機(jī)組運(yùn)行更可靠、穩(wěn)定，保證了系統(tǒng)的高效性和經(jīng)濟(jì)性；采用全電腦控制，自動程度高；維護(hù)費(fèi)用低，使用壽命長。

4 地面采暖低溫運(yùn)行為太陽能采暖的應(yīng)用提供可能

傳統(tǒng)散熱器采暖系統(tǒng)要求工質(zhì)運(yùn)行溫度在60℃以上；風(fēng)機(jī)盤管工質(zhì)運(yùn)行溫度在45℃以上；而地板采暖系統(tǒng)工質(zhì)運(yùn)行穩(wěn)定范圍可以最低在30℃～40℃之間，而太陽能熱泵采暖系統(tǒng)供熱溫度每下降1℃就可使太陽能集熱系統(tǒng)熱損下降2%～5%；熱泵熱效率提高2%～5%。

經(jīng)過十年太陽能采暖的經(jīng)驗可知，一般節(jié)能建筑，在室外平均氣溫-1.6℃時，供熱水溫33℃，回水水溫26℃，地面溫度即可達(dá)到27℃，室內(nèi)溫度保持20℃以上的舒適狀態(tài)，每平方米每日用電量僅為0.2kW·h。這就是太陽能、熱泵與地板采暖結(jié)合才能實(shí)現(xiàn)的效果。

并且，使用地板輻射采暖，可巧妙地將集熱器白天捕集、采集的太陽能熱量，存儲在熱惰性較大的地暖工質(zhì)和混凝土層中，省去了傳統(tǒng)集熱工程必備的大水箱，降低了成本，減少了設(shè)備占地面積。

經(jīng)過實(shí)測，在不啟用輔助熱源的情況下，密閉的節(jié)能房內(nèi)空間，10小時后室內(nèi)溫度僅下降2℃。

5 太陽能結(jié)合熱泵采暖是長遠(yuǎn)之計

太陽能結(jié)合熱泵采暖雖然會利用一部分電能，但它不依賴于石化資源，電能可以用可再生能源獲取。

太陽能、熱泵、地板結(jié)合采暖是現(xiàn)今最節(jié)能的采暖方式之一，三者互為補(bǔ)充，缺少一項就起不到節(jié)能和穩(wěn)定運(yùn)行的效果。

從長遠(yuǎn)考慮，太陽能結(jié)合熱泵采暖技術(shù)永遠(yuǎn)不會過時，它會隨著技術(shù)的不斷成熟和完善，得到更廣泛的應(yīng)用。

綜上所述，太陽能集熱器在系統(tǒng)中起到直接收集太陽能量、高效傳熱的作用，在太陽能輻照量不足時，熱泵可間接提取太陽的能量，保證在雨雪天氣或嚴(yán)寒天氣的情況下提取所需熱量，因此地板采暖可使系統(tǒng)低溫運(yùn)行成為可能，保證系統(tǒng)最低的熱損失率。

熱泵在不同工況下的運(yùn)行費(fèi)用與常規(guī)能源對比，可以100㎡/天采暖為例。

6 太陽能采暖的社會效益分析

首先對不同采暖熱源的運(yùn)行效益進(jìn)行分析：若假設(shè)北京地區(qū)100㎡的住宅，建筑能耗按20.6W/㎡，太陽能當(dāng)?shù)鼐暥葍A角平面冬季平均日輻照量按15.8MJ/(㎡·d)計算，運(yùn)行效益如表1和表2：

由表1和表2可看出，太陽能、熱泵及地面輻射采暖聯(lián)合供暖系統(tǒng)，比其他熱源方式采暖，如常規(guī)能源日消耗等量煤的16.7%、天然氣的27%、電加熱的30%，并且運(yùn)行費(fèi)最低，而且二氧化碳、二氧化硫、氮氧化物等有害氣體的排放量也相對減少。比較數(shù)據(jù)是依據(jù)煤發(fā)電，若采用煤、水、氣、風(fēng)、核，相比太陽能的綜合發(fā)電、碳排放量肯定是最低的。

另外，由于其他熱源的制熱溫度較高，比如地暖供熱熱源，就是礦物質(zhì)燃料資源的加大浪費(fèi)，因而我們當(dāng)前的首要任務(wù)就是盡量減少礦物質(zhì)燃料在采暖消耗上的比例。

隨著未來技術(shù)的不斷發(fā)展，太陽能利用的范圍更加廣泛，在大力推行可再生能源在采暖領(lǐng)域中的應(yīng)用，探討高品位能源的利用范圍，提高低品位能源在社會中的應(yīng)用，推廣太陽能采暖可改善現(xiàn)有的能源結(jié)構(gòu)。

太陽能“取之不盡，用之不竭”，想要環(huán)保、生態(tài)、低碳，并非必須到幾百米乃至幾千米的地下開采資源，應(yīng)留下可貴的資源物盡其用，實(shí)現(xiàn)“高熱高用、低熱低用、溫度對口”的科學(xué)用熱思想。