太阳能采暖在山西省的适用性研究★

杨 凡

(山西省建筑科学研究院，山西 太原 030001)



太阳能采暖在山西省的适用性研究★

杨 凡

(山西省建筑科学研究院，山西 太原 030001)

结合太阳能采暖原理及太阳能采暖系统在国内的发展现状，对山西省太阳能资源进行了研究，分析了山西省太阳能热水利用的适应性，及太阳能采暖利用的适应性。结果表明：山西省太阳能资源丰富，不仅能高效的利用太阳能热水，同时对于利用被动式太阳能采暖也是较适宜的。

太阳能热水系统，太阳能采暖系统，资源区划，集热器

0 引言

当今社会能源短缺、环境恶化，清洁的可再生能源越来越受到人们的重视。在山西省，建筑能耗已占到总能耗的24.2%，因此，开展可再生能源在建筑中的应用研究对山西的可持续发展具有重要意义。

目前已开发的可再生能源有太阳能、风能、生物质能、地热能、海流能(温差能)、潮汐能等，其中太阳能是最有希望成为未来可替代能源之一。太阳能利用的方式可以分为：太阳能光热利用、太阳能光电利用、太阳能光生物利用以及太阳能光化学利用等。太阳能光热利用目前已经非常普及，技术比较成熟而且成本也比较低廉，是应用最为广泛的太阳能利用方式。在21世纪初，太阳能热水利用在山西省已经较为普遍，利用太阳能进行采暖在山西省也将逐步普及起来，本文将从资源角度来分析太阳能采暖在山西省应用的适用性。

1 太阳能采暖原理

太阳能供暖主要有三种方式：被动式太阳房供暖方式、主动式太阳房供暖方式、联合式太阳能建筑(包括零能耗建筑)供暖方式，具有较好的节能性。

被动式太阳房是通过对建筑自身的外部形体和内部空间的巧妙处理以及建筑结构与材料的合理选择，使其在冬季能对太阳辐射进行收集、存储及合理分配的一种建筑。

主动式太阳能采暖系统是将太阳能集热器与蓄热设备和载热介质结合起来通过蓄存设备向室内供热。由于太阳能集热器的集热效率与其工质温度与环境温度的差值有关，温度差越大，热损失越大，效率降低，因此在选择供暖系统末端时应选择供水温度要求低的形式。最常用的系统形式是低温热水地板辐射供暖系统。

联合式太阳能建筑是指太阳能采暖与其他太阳能系统进行组合使用。图1为太阳能地板辐射采暖系统的示意图，图2为太阳能联合式系统的示意图。

2 太阳能采暖系统在国内的发展现状

从20世纪70年代末起，我国就开始进行太阳能采暖系统的研究。相较于其他发达国家，起步比较晚，但是众多学者积极致力于对太阳能采暖系统的各方面研究，有的学者致力于太阳能集中式采暖的利用，有的学者致力于太阳能采暖系统中细节的研究，有的学者致力于太阳能与其他可再生能源的搭配研究，还有的学者致力于太阳能采暖末端装置的研究。通过众多学者的不懈努力，得到了较为显著的成果。国家住宅工程中心的张广宇等和上海理工大学的于国清经过计算研究，给出了大规模集中式住宅建筑太阳能跨季节蓄热供热的取值范围；同济大学的于航等通过将太阳能采暖系统与末端变流量结合起来，提高了太阳能采暖系统的保证率；工程应用人员程建国在西藏将太阳能与水源热泵联合起来进行供暖，兰州理工大学的李金平等在对别墅进行设计时，将太阳能采暖设计进去，并与生物质能相结合，进行多能互补；郑维杰对太阳能地板辐射采暖进行理论模拟，建立了稳态的数学模型。

我国对太阳能采暖系统的研究虽然比较多，但是由于种种原因，实际工程中太阳能采暖项目的数量比较少。目前，在全国各地都已有太阳热水器生产厂商及代理商与当地的设计院联合起来进行小区住宅太阳能一体化设计，取得了较好的效果，太阳能与建筑结合的示范工程越来越多。但是太阳能区域供热采暖工程还没有大规模的应用实践。

3 山西省太阳能资源概况

山西省包含11个地级市，从南到北依次如下：运城市、晋城市、长治市、临汾市、吕梁市、晋中市、太原市、阳泉市、忻州市、朔州市及大同市。山西省北部由于地势较高，空气较为干燥，大气透明状况好，太阳能资源较为丰富。比如右玉、大同、左云、五寨等地。太阳能总辐射最高的地方是左云县，总辐射量为6 130 MJ/m2，其次是右玉及五寨，总辐射量大概为5 980 MJ/m2，山西省各地市太阳能资源由南向北分布情况如表1所示。

表1 山西省太阳能资源分布

由表1数据可知，山西省太阳能总辐射量及年日照时数由南向北依次增大。分析原因，主要是因为越往南走，阴天越多，日照越少，年辐射总量相应较少。其中南部的运城最低为5 020.0 MJ/m2。从吕梁市往北，太阳能年总辐射量都在5 500 MJ/m2以上。此外从表1也可看出，纬度相近时，从西向东差别不大。但同一地区随高度变化，太阳辐射量也在变化。全省境内山区年日照时数偏多，盆地日照时数偏少。

4 山西省太阳能资源区划

4.1 太阳能资源区划依据

根据中国气象站点监测得出的太阳能年辐射总量的数据，可将中国划分为四个太阳能辐射资源带，如表2所示。

表2 太阳能资源区划

4.2 山西省太阳能资源区划

根据表1及表2可对山西省的太阳能资源进行区划，见表3。

表3 山西省太阳能资源区划

通过上述分区可知，山西省的太阳能资源大部分地区(大同、朔州、忻州、阳泉、太原、晋中)都属于资源较富带，少数地区(临汾、长治、晋城、运城)的太阳能资源一般，因此，在山西地区进行太阳能热水利用是相当具有优势的，应进行大力推广。

目前，太阳能供暖比较发达的地区是欧洲一些国家，但是其太阳能资源仅相当于我国的Ⅲ类、Ⅳ类地区。山西省大部分地区的太阳能资源都在Ⅱ类区，只有少数地区属于Ⅲ类地区。由此可见，山西省从太阳能资源角度出发，利用太阳能采暖是完全可行的。

5 山西省太阳能采暖区划

5.1 太阳能采暖区划依据

JGJ/T 267—2012被动式太阳能建筑技术规范对被动式太阳能采暖进行了气候分区，按照南向辐射温差比ITR及南向垂直面太阳辐射照度I，将被动太阳能采暖气候分区划分为四个气候区，如表4所示。

表4 被动式太阳能采暖气候分区

在冬季最冷月平均温度大于-4 ℃，水平面太阳能平均总辐射照度大于150 W/m2，日照率不小于70%的太阳能丰富地区，应采用被动式太阳能采暖为主，其他采暖系统为辅的方式进行采暖。在冬季日照率大于55%且小于70%的太阳能较丰富的地区，宜采用被动式太阳能进行辅助采暖。

5.2 山西省太阳能采暖资源区划

根据山西省各地市气候条件及太阳能资源状况以及被动式太阳能采暖气候分区依据，可以分析出山西省各地市太阳能采暖资源区划如表5所示。

表5 山西省各地市被动式太阳能采暖资源分区

根据分析结果可知，山西省各地市太阳能资源丰富，采暖资源区划分在适宜区，对于采用太阳能进行采暖是合理的选择，应进行大力的推广。

Study on the applicability of solar energy heating system in Shanxi province★

Yang Fan

(ShanxiAcademyofBuildingResearch,Taiyuan030001,China)

Combining with solar energy heating principles and solar energy heating system development status at home and abroad, the paper analyzes the applicability of solar energy heating water utilization in Shanxi province and solar energy heating utilization. Results show that: solar energy resources in Shanxi province is rich, which not only can improve the solar energy using efficiency, but also will be adaptable for using passive-style solar energy heating.

solar water heating system, solar energy heating system, resource division, collector

1009-6825(2017)18-0102-02

2017-04-10★:山西省农村建筑节能关键技术合作研究(项目编号：2013DFE63170)

杨 凡(1986- )，女，工程师

TU832

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