張 睿 肖益民 趙翠娥 王 沖 趙晨煜

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太陽能供暖在大理地區(qū)應(yīng)用的可行性調(diào)研

張 睿 肖益民 趙翠娥 王 沖 趙晨煜

（重慶大學(xué) 重慶 400045）

太陽能供暖作為一種節(jié)能供暖技術(shù)，可降低常規(guī)能源消耗，舒適性好。云南大理地區(qū)太陽能資源豐富，雖然處于溫和地區(qū)，但在冬季仍有一定的供暖需求?；谔柲芄┡膬?yōu)勢及大理地區(qū)的氣候特點(diǎn)，就大理地區(qū)居民對冬季建筑環(huán)境的感受、供暖現(xiàn)狀、太陽能產(chǎn)品的使用情況、對太陽能供暖的看法等問題進(jìn)行了實(shí)地調(diào)研，并對該地區(qū)推廣太陽能供暖的可行性進(jìn)行了理論分析，認(rèn)為太陽能供暖在大理地區(qū)的推廣具有一定的可行性。

太陽能供暖；大理地區(qū)；可行性分析

0 引言

我國正處于高速發(fā)展時(shí)期，各方面能耗巨大，其中建筑能耗已達(dá)到社會(huì)總能耗的30%～40%。在全球氣候變暖、生態(tài)環(huán)境日趨惡化、常規(guī)能源日趨緊張的大背景下，建筑行業(yè)的節(jié)能減排受到國家高度重視。我國“十三五”規(guī)劃明確提出，要推進(jìn)能源消費(fèi)革命，大力開發(fā)、推廣節(jié)能技術(shù)和產(chǎn)品，強(qiáng)調(diào)要實(shí)施建筑能效提升和綠色建筑全產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展計(jì)劃。

太陽能供暖技術(shù)是當(dāng)下建筑節(jié)能領(lǐng)域的一個(gè)熱點(diǎn)。太陽能供暖系統(tǒng)，由集熱子系統(tǒng)和供熱子系統(tǒng)組合而成。集熱子系統(tǒng)利用太陽能集熱器收集熱量，并結(jié)合輔助熱源為供暖系統(tǒng)提供熱水，可以降低常規(guī)能源的消耗，減少環(huán)境污染；供熱子系統(tǒng)多采用低溫輻射地板，舒適性好、衛(wèi)生條件高，不占建筑空間、不影響室內(nèi)裝飾，可以有效利用低溫?zé)嵩础?/p>

云南省大理市雖然屬于氣候溫和地區(qū)，但冬季也有一定的供暖需求。隨著大理區(qū)域經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人民生活水平的提高，居民對住宅舒適性要求也日益提高。傳統(tǒng)的局部供暖方式已無法滿足居民的舒適性要求。為改變大理地區(qū)居民現(xiàn)有的供暖方式，提高居民生活水平和居住舒適性，結(jié)合當(dāng)?shù)靥柲苜Y源豐富的條件，可因地制宜，推廣太陽能供暖的應(yīng)用。

1 大理地區(qū)氣候條件

大理市位于北緯25°42’，東經(jīng)100°11’。根據(jù)氣象數(shù)據(jù)資料：大理地區(qū)年平均溫度14.9℃；一年中日平均溫度≤+8℃的天數(shù)為29天，時(shí)間由12月25日持續(xù)到01月12日；最冷月一月均溫5.34℃，極端最低氣溫為-4.2℃。大理位于太陽能資源較豐富帶，地處高原，大氣透明度高，太陽高度角大。冬季平均日照百分率達(dá)68%，年太陽輻射量在5800兆焦耳/平方米以上，太陽能資源僅次于西藏、內(nèi)蒙、青海等地，為太陽能供暖的應(yīng)用提供了良好的氣象條件。

2 調(diào)查內(nèi)容及分析

為調(diào)查分析太陽能供暖在大理地區(qū)推廣的可行性，就居民居住感受、現(xiàn)有供暖方式、太陽能產(chǎn)品的使用情況、對太陽能供暖的看法等問題進(jìn)行了實(shí)地調(diào)研，共發(fā)放調(diào)查問卷160份，收回有效問卷156份。

2.1 居民居住感受

大理雖然位于氣候溫和地區(qū)，但每年十二月到次年二月氣溫仍處于較低水平。調(diào)查結(jié)果顯示，36%的受訪者認(rèn)為大理地區(qū)冬季較冷，5%的受訪者覺得寒冷，認(rèn)為大理冬季氣候較暖的僅占10%。

圖1 大理居民對冬季建筑環(huán)境的感受

圖2 大理居民對供暖期長短的看法

2.2 大理地區(qū)居民供暖現(xiàn)狀

2.2.1 供暖現(xiàn)狀調(diào)查

所有參與問卷調(diào)查的大理人均表示在冬季需要采暖，但對供暖期長短的看法各有不同。調(diào)查結(jié)果顯示，認(rèn)為供暖期時(shí)長三個(gè)月及以上的用戶高達(dá)48%。在受訪用戶中，采用熱水袋、電暖器、炭火等局部熱源供暖的用戶高達(dá)73%。我們調(diào)查了這些用戶對現(xiàn)有供暖方式的滿意度，結(jié)果僅27%的用戶對現(xiàn)有的供暖方式表示滿意。大理地區(qū)在供暖方式上仍有很大的改進(jìn)空間。

圖3 大理地區(qū)供暖現(xiàn)狀

圖4 大理居民對現(xiàn)有供暖方式的滿意程度

2.2.2 現(xiàn)有供暖方式存在的問題

大理雖然屬于溫和地區(qū)，但大部分居民冬季仍需采暖，且有相當(dāng)一部分居民采暖期較長。

大理居民在冬季主要依靠電暖器、熱水袋、炭火等進(jìn)行供暖。但現(xiàn)有的供暖方式具有以下缺點(diǎn)：

（1）無論是電暖器、熱水袋，還是炭火，都只能夠進(jìn)行局部取暖，供熱范圍小，無法讓整個(gè)房間的溫度都達(dá)到合適的標(biāo)準(zhǔn)。

（2）大理地區(qū)秋冬季氣候干冷，而電暖器工作時(shí)表面溫度較高，會(huì)使周圍空氣變得更加干燥。長時(shí)間在電暖器旁取暖，皮膚容易失去水分而皸裂，還可能被高溫灼傷，造成人體的不舒適。

（3）供暖設(shè)備的使用場所受限。電暖器加熱時(shí)產(chǎn)生光線，在臥室無法使用；受潮容易漏電，在浴室無法使用。

（4）電暖器的功率較大、表面溫度較高，存在火災(zāi)隱患，操作不當(dāng)很容易出現(xiàn)安全事故。如果是炭火取暖，還易引發(fā)一氧化碳中毒，危害人身安全，污染環(huán)境。

2.3 太陽能供暖的推廣可行性調(diào)查

2.3.1 太陽能供暖的優(yōu)勢

基于現(xiàn)有供暖方式舒適性差，使用場所受限，安全系數(shù)低等的限制，結(jié)合當(dāng)?shù)貧庀筚Y源條件，因地制宜，我們提出在大理地區(qū)應(yīng)用推廣太陽能供暖系統(tǒng)。一方面大理地區(qū)太陽能資源豐富，冬季日照率高，熱負(fù)荷小，為太陽能供暖的應(yīng)用推廣提供了有利的客觀氣象條件；另一方面，太陽能供暖較電供暖、炭火供暖更加綠色環(huán)保，且一般采用低溫地板輻射供暖，可以很好地解決電暖器等局部熱源供暖存在的問題：

（1）低溫地板輻射供暖大大提高了室內(nèi)舒適度。供熱范圍大，地表溫度均勻，室溫由下而上隨著高度的增加而逐漸下降，給人以腳暖頭涼的舒適感受，符合人的生理需求。

（2）地表溫度不高，長時(shí)間停留皮膚也不會(huì)產(chǎn)生不舒適感。

（3）地暖的敷設(shè)可以滿足臥室、浴室等場所的供暖需要。

（4）不存在中毒危險(xiǎn)和火災(zāi)隱患。

2.3.2 推廣可行性調(diào)查

調(diào)查結(jié)果顯示，高達(dá)67%的大理人認(rèn)為太陽能供暖是值得推廣的。他們的理由是太陽能供暖節(jié)能減排、綠色環(huán)保；大理太陽能資源豐富，對比太陽能熱水系統(tǒng)在大理地區(qū)的高普及率，還可以考慮太陽能供暖和熱水供應(yīng)一體化。

剩余33%的大理人表示采用傳統(tǒng)的供暖方式（如熱水袋、電暖器等）即可滿足需求，太陽能供暖可有可無，但當(dāng)中大部分受訪者仍對太陽能供暖表示歡迎。只有15%的受訪者認(rèn)為，與寒冷地區(qū)相比，大理冬季沒那么冷，用太陽能供暖取代現(xiàn)有的供暖方式是得不償失的；31%的受訪者擔(dān)心太陽能供暖系統(tǒng)的成本和日常維護(hù)費(fèi)用過高，但如果政府給予一定的綠色建筑補(bǔ)貼，會(huì)考慮使用太陽能供暖；54%的受訪者表示，現(xiàn)在對太陽能供暖了解不多，在了解后可能會(huì)考慮使用。

圖5 大理居民對太陽能供暖的看法

通過調(diào)查可知，大多數(shù)居民都認(rèn)為太陽能供暖系統(tǒng)值得在大理地區(qū)推廣，少部分認(rèn)為可有可無的居民同樣對太陽能供暖的推廣持以友好態(tài)度。說明該地區(qū)推廣太陽能供暖具有很好的民意基礎(chǔ)。

3 太陽能供暖可行性分析

與太陽能熱水器不同，太陽能供暖系統(tǒng)所需集熱器的面積要大得多，因此需要通過計(jì)算來確定其應(yīng)用推廣的可行性。

考慮到大理地區(qū)的居民建筑以多層建筑為主，現(xiàn)以一棟六層居住建筑為例計(jì)算供暖所需集熱器面積。每層四戶，每戶建筑面積100平方米，則該樓建筑面積為2400平方米。

在工程中，建筑物輻射供暖熱負(fù)荷可近似按下式計(jì)算：

1=（1-）（1）

式中：1為輻射供暖熱負(fù)荷，W；為住宅供暖面積熱指標(biāo)，W/m2；為建筑物的供暖面積，m2；為通過窗戶傳入室內(nèi)的熱量相當(dāng)于采暖負(fù)荷的百分?jǐn)?shù)；為修正系數(shù)，=0.8～0.9。

住宅推薦供暖面積熱指標(biāo)為47～79W/m2。大理地區(qū)冬季供暖室外計(jì)算溫度為5.2℃，普遍高于我國其它供暖地區(qū)，取面積熱指標(biāo)47W/m2?？紤]到大理冬季晴天較多，假設(shè)通過窗戶傳入室內(nèi)的熱量相當(dāng)于供暖負(fù)荷的30%，則該建筑物設(shè)計(jì)熱負(fù)荷約為：

1=（1-）=47×2400×（1-0.3）×0.85=67116W/m2

只研究大理地區(qū)最冷三個(gè)月（12月、1月、2月）所需太陽能集熱器面積。已經(jīng)確定該建筑熱負(fù)荷為67116W/m2，可以按下式計(jì)算出集熱器面積：

2=Iη（2）

=1/[2(1-η)] （3）

其中：2為太陽能集熱器的集熱量，W/m2；為日太陽總輻射照度，W/m2；η為集熱器效率，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)取0.4；η為系統(tǒng)熱損失，取0.2；1為日供暖熱負(fù)荷，W；為所需集熱器面積，m2。

表1 大理地區(qū)12月、1月、2月所需太陽能集熱器面積計(jì)算表

集熱器面積可取50m2，熱量富余時(shí)利用蓄熱罐將其儲(chǔ)存起來在陰雨天使用，不足的熱量可由空氣源熱泵補(bǔ)充。該建筑屋面面積為400m2，足夠安裝太陽能集熱板，大理地區(qū)太陽能供暖是可以實(shí)現(xiàn)的。

4 結(jié)論與建議

根據(jù)當(dāng)?shù)貧庀筚Y料和實(shí)地調(diào)研，通過分析和計(jì)算，在大理地區(qū)推廣使用太陽能供暖是切實(shí)可行的。一方面，推廣太陽能供暖技術(shù)積極響應(yīng)了國家“十三五”規(guī)劃的節(jié)能減排政策，可以充分利用當(dāng)?shù)刎S富的太陽能資源，有效降低冬季的電力能耗，減少環(huán)境污染，為大理地區(qū)的可持續(xù)發(fā)展提供有力支持；另一方面，太陽能供暖能夠解決大理地區(qū)現(xiàn)有供暖方式存在的諸多問題，大大改善冬季室內(nèi)環(huán)境舒適性，提高當(dāng)?shù)鼐用竦纳钯|(zhì)量，造福民生。

[1] GB 50736-2012,民用建筑供暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2012.

[2] 鄒積慶,汪艷君.太陽能在采暖系統(tǒng)中的應(yīng)用分析[J].中國科技信息,2005,(13):102.

[3] 鄭瑞澄.太陽能供熱采暖工程應(yīng)用推廣[J].太陽能,2007, (2):37-41.

[4] 齊政新,楊基春.利用太陽能地板采暖減少建筑能耗[J].中國能源,2001,(6):28-30.

[5] 蔡偉,解國珍.新農(nóng)村建設(shè)中太陽能采暖技術(shù)的應(yīng)用[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué),2007,35(34):11177-11178.

[6] 江億,馮雅.對拉薩城市供暖模式的探討[J].暖通空調(diào), 2013,(6):1-7.

[7] 李雨瀟,馮煉.拉薩市太陽能供暖情況調(diào)查研究[J].制冷與空調(diào),2015,(1):106-109.

[8] 劉小春,吳佐蓮.泰安地區(qū)太陽能采暖可行性[J].應(yīng)用能源技術(shù),2006,(4):28-30.

Feasibility Analysis on the Promotion of Solar Heating System in Dali

Zhang Rui Xiao Yimin Zhao Cuie Wang Chong Zhao Chenyu

( Chongqing university, Chongqing, 400045 )

As a green heating technology, solar energy heating can reduce the conventional energy consumption and provide good thermal comfort. Dali, Yunnan is rich in solar energy resources, although in mild areas, there is still a certain demand for heating in winter. Based on the advantages of solar heating system and the climate characteristics of Dali, local residents’ feelings of building environment in winter, heating present situation, the use of solar energy products, the views of solar energy heating were studied. According to theoretical analysis, conclusion shows that the promotion of solar heating system is feasible in Dali.

solar heating system; Dali area; feasibility analysis

1671-6612（2017）03-304-03

TU83

A

張 睿（1994.11-），女，在讀本科生，E-mail：2574036141@qq.com

肖益民（1974.02-），男，博士，教授，博士生導(dǎo)師，E-mail：xiaoyimin1974@126.com

2016-05-24