淺談太陽(yáng)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(yáng)能在建筑節(jié)能中的應(yīng)用和燃?xì)獗趻鞝t作為太陽(yáng)能低溫地板采暖系統(tǒng)輔助熱源的可行性。
1、引言：
　　我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅速,而能源生產(chǎn)的發(fā)展相對(duì)要滯后得多,因此,發(fā)展經(jīng)濟(jì)所需的能源應(yīng)更多地依靠節(jié)能來(lái)解決。我國(guó)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(jì)條件大為改善，所以很長(zhǎng)一段時(shí)期內(nèi)住宅建筑將呈上升趨勢(shì)，而且這個(gè)上升趨勢(shì)還將持續(xù)20～30年。由此看出，我國(guó)住宅建設(shè)正處于快速發(fā)展階段。
　　但我們必須清醒地看到,我國(guó)龐大的住宅建設(shè)的快速增長(zhǎng)是以資源和能源的高消耗為代價(jià)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(zhǎng)是住宅建設(shè)發(fā)展的一大限制因素。當(dāng)前，由于我國(guó)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(dá)國(guó)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(dāng)前采暖費(fèi)按平方米計(jì)費(fèi)，無(wú)助于用戶的節(jié)能意識(shí)，以致出現(xiàn)一些不正常的現(xiàn)象，如室溫過(guò)高開窗，室溫過(guò)低投訴，使得設(shè)計(jì)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(fù)浪費(fèi)。目前我國(guó)的建筑能耗結(jié)構(gòu)不甚合理，建筑用能仍以煤為主，可再生能源在建筑用能應(yīng)用中的比例很少。采暖的高能耗不僅造成資源的浪費(fèi)，而且還是大氣污染的一個(gè)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(lái)建筑物內(nèi)常見的一種采暖形式。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)不斷向前發(fā)展，人們生活水平的不斷提高，新材料﹑新技術(shù)日益推廣應(yīng)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(jì)量﹑不能分戶分室控溫等等。而低溫?zé)崴�地板輻射采暖便是克服這些弊端的一種好的方式。
　　低溫?zé)崴�地板輻�?span style="color:#000000;">采暖采用低于60℃的低溫水作為熱媒，通過(guò)直埋入建筑物地板內(nèi)的交聯(lián)鋁塑復(fù)合管（PAP,XPAP）或交聯(lián)聚乙烯管（PE-X）等盤管輻射而達(dá)到一種方便靈活的采暖形式。
　　實(shí)踐表明，低溫?zé)崴�地板輻射采暖具有以下特點(diǎn)：
　　2.1 舒適衛(wèi)生：
　　 由于輻射強(qiáng)度和溫度的雙重作用，減少了四周表面對(duì)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(guó)傳統(tǒng)醫(yī)學(xué)“溫足涼頂”的健身理論，可以改善血液循環(huán)，促進(jìn)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?yàn)檩椛涔┡�方式較對(duì)流供暖方式熱效率高，可節(jié)能約35％左右。所以室內(nèi)設(shè)計(jì)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(shí)際測(cè)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(jià)。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(dòng)而引起的塵埃飛揚(yáng)，以及明裝散熱設(shè)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?zé)崴�地板輻�?span style="color:#000000;">采暖也存在初投資較高，層高及荷載增加，土建費(fèi)用增加，可維修性差等不足之處。
3、太陽(yáng)能地板采暖系統(tǒng)的可行性及系統(tǒng)形式：
　　我國(guó)是太陽(yáng)能資源十分豐富的國(guó)家，除四川盆地等局部地區(qū)不適宜太陽(yáng)能利用以外，我國(guó)大部分地區(qū)都適合利用太陽(yáng)能。尤其是西北﹑西南﹑華北地區(qū)，應(yīng)充分利用太陽(yáng)能這種清潔的可再生能源，減少建筑物能耗。我國(guó)太陽(yáng)能利用方式主要有太陽(yáng)能的低溫?zé)崂�用和太�?yáng)能光電技術(shù)。目前，從我國(guó)的實(shí)際情況和居民的承受能力看，光電技術(shù)成本過(guò)高，不適于建筑節(jié)能中應(yīng)用。而太陽(yáng)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(yīng)用，很大程度上提高了太陽(yáng)能熱利用的效率，避免了太陽(yáng)能只在熱水器領(lǐng)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(gè)突出特點(diǎn)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(jié)構(gòu)，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(diǎn)，太陽(yáng)能這種低品位﹑清潔﹑利用技術(shù)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(yáng)能地板采暖主要有兩種形式，一種是間歇運(yùn)行系統(tǒng)，是指太陽(yáng)能供暖系統(tǒng)在日間收集太陽(yáng)能并蓄存起來(lái)，在夜間運(yùn)行對(duì)房間供暖的系統(tǒng)形式。這種系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單實(shí)用，初投資相對(duì)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(guó)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(lái)供暖，其最終水溫也不會(huì)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(yáng)能利用受氣候，天氣的影響很大，所以連續(xù)運(yùn)行的太陽(yáng)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(yáng)能集熱系統(tǒng)和采暖系統(tǒng)是兩個(gè)獨(dú)立的系統(tǒng)，兩個(gè)系統(tǒng)采用換熱器換熱的形式進(jìn)行熱量交換。為了保證系統(tǒng)連續(xù)運(yùn)行，太陽(yáng)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(yáng)能供暖效率高，可以采用電加熱輔助熱源，否則從經(jīng)濟(jì)性考慮，配合燃?xì)獗趻鞝t使用是比較合理的。
4、太陽(yáng)能低溫地板輻射采暖系統(tǒng)的輔助熱源：
　　如果該地區(qū)實(shí)行的是低谷電價(jià)，將電能作為輔助熱源，是比較理想的選擇，特點(diǎn)是清潔，設(shè)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(yùn)行費(fèi)用，并未真正意義上做到節(jié)能，況且我國(guó)大部分地區(qū)并未實(shí)行低谷電價(jià)。
　　燃?xì)獗趻鞝t供熱方式就是用功率足夠大的燃?xì)鉅t來(lái)為各單元住宅供熱及供應(yīng)生活熱水。其設(shè)備小巧美觀，可壁掛式安裝在住宅的廚房?jī)?nèi)，如同安裝了一個(gè)稍大些的燃?xì)鉄崴�器，并不影響廚房的使用面積。它便于單戶計(jì)量，可使用磁卡燃?xì)獗韺?shí)現(xiàn)用熱分戶計(jì)量，解決了供暖費(fèi)常年虧欠的難題，其另一個(gè)特點(diǎn)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(yáng)能采暖系統(tǒng)的間歇運(yùn)行方式，它實(shí)際的使用率并不高，運(yùn)行費(fèi)用較低。從地板采暖的情況看，雖然在我國(guó)運(yùn)用的時(shí)間不是很長(zhǎng)，但其設(shè)計(jì)施工基本也是成型的技術(shù)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(xiàng)技術(shù)可以說(shuō)已經(jīng)比較成熟。對(duì)于太陽(yáng)能集熱部分，由于系統(tǒng)是機(jī)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(yáng)能集熱器廠家已經(jīng)研制出多種U型管以及熱管式太陽(yáng)能集熱器，其承壓能力達(dá)到1.2MPa以上，完全可以滿足機(jī)械循環(huán)的要求。
　　如果在經(jīng)濟(jì)條件允許的條件下，建筑物的圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用復(fù)合節(jié)能墻體，比如“聚苯板粘貼外墻保溫體系”，進(jìn)行墻體外保溫后，由于內(nèi)部的實(shí)體墻熱容量大，室內(nèi)能蓄存更多的熱量，使諸如太陽(yáng)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(yáng)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(jié)論：
�。�1）燃?xì)獗趻鞝t作為太陽(yáng)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(guó)是太陽(yáng)能資源比較豐富的國(guó)家，利用綠色﹑清潔的太陽(yáng)能進(jìn)行低溫地板采暖，再以燃?xì)獗趻鞝t作為系統(tǒng)的輔助熱源，在我國(guó)西北﹑華北地區(qū)不但從理論上還是實(shí)際操作上，都是完全可行的。
�。�3）目前由于太陽(yáng)能集熱設(shè)備的成本較高，太陽(yáng)能與建筑一體化的結(jié)合程度不高，大大限制了太陽(yáng)能系統(tǒng)的使用。
�。�4）太陽(yáng)能地板采暖系統(tǒng)的應(yīng)用，對(duì)于節(jié)約非可再生燃料，減少建筑能耗，完成我國(guó)建筑節(jié)能的既定目標(biāo)都有重要的意義。同時(shí)對(duì)于減輕大氣污染，防止環(huán)境的進(jìn)一步惡化都會(huì)起到積極的作用，為我國(guó)建筑行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展提供了有力的支持。