一、我國農村太陽能采暖技術應用現狀
　　1、發展概述
　　我國早期的太陽能采暖工程運行已經有10年多的歷史，如果算上被動房的實踐則歷史更長。但無論是規模還是發展速度均落后熱水，在2016年完成的3952（27664）萬平方米/（MWth）中，熱水還是占到90%以上，采暖、制冷、工農業應用加起來也不到10%。這種情況主要是受社會發展階段的制約。
　　如今，綠色發展理念的確立，人民生活水平的提高，環境保護的壓力，能源革命戰略的實施，“十三五”規劃的發布，特別是北方地區清潔供暖將催生采暖領域的快速發展，未來太陽能采暖將會以更快的速度發展，在廣大農村住房、學校、醫院衛生院、養老院、公共設施、農業生產設施等領域有著巨大且長遠的市場空間，覆蓋范圍也將席卷全國適宜地區。
　　2、區域分布
　　采暖區分為集中供暖區域和需要供暖地區。我國地域遼闊，氣候條件差別大，三分之二的國土面積屬嚴寒、寒冷和夏熱冬冷地區，需要采暖。
　　常說的采暖區域包括黑龍江、吉林、遼寧、新疆、青海、甘肅、寧夏、內蒙、山西、北京、天津、河北、以及陜西北部、山東北部、河南北部等十七省市，其地域面積占全國的70%。這個區域每年日平均溫度低于或等于5℃的天數都在90天以上。
　　3、管理與政策
　　采暖管理體制需要在創新中完善。過去職能分散。城市集中供暖主管部門是建設部門，農村和非采暖區的供暖主管部門不是很明確。北京目前煤改清潔能源由農委牽頭，山東建立農村供暖工作部門聯席會議制度，聯席會議辦公室設在省住房城鄉建設廳。采暖屬于供熱，還涉及能源管理部門。
　　近年來在習近平總書記講話指引下，供暖日益得到我國政府重視。2016年7月，中國可再生能源規模化發展項目《可再生能源供熱案例研究、潛力和政策框架研究》歷時2年的結題，提出了我國可再生能源供熱的政策和管理建議。
　　2017年3月2日國家能源局新能源司在北京召開了“非電可再生能源數據統計工作方案研究及設計”項目啟動會。4月18日國家能源局下發的“關于促進可再生能源供熱的意見（征求意見稿）”。5月16日財政部、住房城鄉建設部、環境保護部、國家能源局下發關于開展中央財政支持北方地區冬季清潔取暖試點工作的通知（財建〔2017〕238號文）。
　　6月6日國家能源局發出“關于開展北方地區可再生能源清潔取暖實施方案編制有關工作的通知”。
　　明確的資源潛力包括風能、太陽能、地熱能、生物質能等各類可再生能源資源。6月21日國家能源局新能源司司長朱明撰文“腳踏實地推動可再生能源持續健康發展”，文中提到能源革命“三步走”的任務，第一步實現天然氣和非化石能源成為供給增量主體，第二步實現非化石能源成為能源供給增量主體，第三步實現非化石能源成為能源供給主體。
　　但目前為止，總體來說，非電可再生能源統計體系尚在研究中，政府的目標引導機制被認為無法實施，可再生能源供熱尚沒有國家層面連續性政策，一些供熱體制和機制上的障礙還有待消除，熱能的計量和價格也部分缺失，熱能的商品化還不完全；改革還在進行中。
　　4、技術發展
　　作為應用技術，太陽能采暖技術需要在實踐中不斷創新、總結和提高。由于政策力度差異，北京等地早期的太陽能采暖示范設計的太陽能保證率不高，太陽能運行成本低的特點沒能充分體現。
　　隨著近幾年北方農村清潔供暖的實踐，技術進步明顯，各地都出現了較為成功的案例。業內對太陽能采暖已經總結出以下經驗教訓：采暖不同于熱水，除去盡可能高效的轉化和收集以外，關鍵是要維持特定圍護結構中的溫度。
　　因此，采暖要重視建筑保溫性能改造提升；要有足夠的集熱面積，要重視蓄熱技術應用，要重視與輔助能源的結合，要提高系統的可靠性；，要通過技術進步降低初裝費，要重視數據采集分析，特別是應用物聯網技術經過實踐驗證，積累經驗，總結提高。
　　我國企業在創新實踐中還開展了國際技術合作。如日出東方與丹麥阿康-桑瑪克的合資公司在華成立，與加拿大自然資源部能源技術中心簽署技術合作協議等。但由于體制機制障礙和政策差異，我國大規模太陽能蓄熱采暖科研項目缺少，應用實踐艱難，儲能和區域供熱技術發展緩慢，與國際先進水平還有較大差距。
　　國內外的供熱經驗都說明“集中式”和“大型化”具有建設成本低和節能減排的優勢，是未來太陽能采暖方向，但我國北方許多地區目前還是習慣以戶用采暖為主。北京市今年在延慶已經動工的180戶的區域中建設集中供熱管網，利用太陽能、地源熱泵、土壤蓄熱等技術實現太陽能區域供熱的示范項目。西藏地區已開標的太陽能跨季節蓄熱項目，都有望進一步推動太陽能采暖的技術進步。
　　二、典型案例及分析
　　1、太陽能戶用建筑采暖應用
　　案例一、2010~2016年分布在河北省9市、29縣1080余戶“太陽能+多能互補采暖系統”。工程實景如下圖：
　　工作原理：每戶供暖建筑面積100m2，安裝一套系統。系統由太陽能集熱器、保溫水箱、輔助能源（清潔爐具）、供暖末端設備、洗浴設備、管路和控制設備等組成。太陽能集熱器將吸收的太陽能加熱水存入保溫水箱，通過供暖末端設備（本圖為地暖，也可以為風機）用于建筑供暖，當太陽能不能使保溫水箱中水的溫度達到供暖要求時，由輔助能源（清潔爐具）提供供熱需求。系統同時具有提供生活熱水的功能。設計保證太陽能貢獻率達到70%，余下30%（如陰天、霧霾天）由輔助能源補充供暖，因此系統集熱器面積配置較大，達到33m2/100m2，這是該系統的突出特點。
　　1080戶數據和效果統計：室內溫度全部達到設計指標，用戶可根據需要調節；提供了全年充足的生活熱水；用戶可以自主調整和延長采暖期，滿足個性化需求；生活水平進一步改善提高。
　　下表為經濟性分析：
　　主能源是可再生能源，環境效益好，節約社會環保治理費用；主能源低碳，符合能源結構變革，能源消費革命的戰略方向；主能源廉價，除+電模式接近當地集中供暖費以外，全部模式運行費用低于當地集中供暖費，符合居民用得起方針；不再需要政府長期年度補貼，居民推廣阻力小；主能源是新能源，初裝費較高，但5年的總費用已經低于和接近單一常規能源總費用。
　　案例二、內蒙古包頭市幸福路1號街坊“太陽能+空氣源+電加熱”采暖系統。工程實景如下圖：
　　所在地冬季嚴寒，夏季炎熱，晝夜溫差大，無霜期較長，日照充足。全年日照時數2960小時。建筑采暖面積為100 ，屬于老舊建筑，保溫性能差，采暖末端為明裝老舊鑄鐵暖氣片。
　　工作原理如下圖：
　　系統由太陽能集熱器、儲熱水箱、空氣源熱泵、緩沖水箱、電加熱元件、鑄鐵暖氣片等組成。能源利用優先順序太陽能、空氣源熱泵、電。對該建筑提供采暖和生活熱水需求。集熱器面積配置達到25m2/100m2左右。經濟性分析：初裝費：6萬元以內。運行費用：目前室內溫度均保持在19-22℃之間。極端天氣室外零下28℃。最冷月平均每天采暖實際費用：0.43元/kWh×18kWh =7.74元；采暖季日平均耗電量：
　　9.5`11.2KWh；一個采暖季預計采暖費用：747~867元；采暖季每平方米采暖費用：7.5~8.7元。
　　2、帶季節蓄熱太陽能戶用建筑采暖應用
　　案例：河北經貿大學太陽能跨季節蓄熱采暖及熱水應用綜合項目（水體蓄熱）。
　　項目采暖面積為8.3萬m2，日用熱水總量為121噸。采用橫雙排全玻璃真空管集熱器1380組，鋪設在14個宿舍樓樓面，共使用真空管6.9萬支，總計集熱面積1.16萬m2，總儲熱水箱容量2萬余噸，末端采用翅片式散熱器采暖，集熱器面積配置14m2/100m2左右。項目初期投資：4000萬元，不含室內采暖末端和室內管路，折合到每平米建筑481元。年節約天然氣1000萬元左右。
　　工程實景如下圖：
　　案例四、北京大興榆垡鎮劉家鋪全村100戶采用太陽能+地源熱泵工程實景如下圖：
　　工作原理：系統由太陽能集熱器、地源熱泵、保溫水箱、采暖末端、土壤換熱器、循環泵、控制系統等組成。太陽能與地源熱泵結合，春季與秋季太陽能集熱器采集熱量，加熱熱水，儲存在水箱中，在保證生活熱水的前提下，將多余熱量通過地埋循環管儲存在地下土壤中。夏季建筑物制冷產生的熱量也通過地埋循環管被換入地下土壤中蓄存。全年收集的太陽熱能，向地下土壤輸送并蓄存，冬季利用地源熱泵采暖供熱，實現全年的熱量平衡。
　　經濟性：
　　項目初投入約400元/m2，包括設備與安裝的所有費用；項目2012年投入運行。經過2013年冬季和2014年全年運行后，性能達到夏季27℃，冬季18℃；第一年（2013年）冬季采暖開機時，地源側供回水溫度9-11℃。第二年（2014年）冬季采暖開機時，地源側供回水溫度13-15℃。100m2戶均用電量：冬季3200kWh，夏季500kWh。全年運行費用低于5000kWh。
　　本項目是太陽能應用示范的又一種類型；初裝費400元/m2，與案例一相當。項目特點是蓄熱技術的應用，而且是季節性蓄熱。一年后地源回水溫度提升了4℃的數據，初步表明了蓄熱技術的效果，地源供回水溫度的提高為熱泵性能的提升創造了條件；項目的運行費用低于目前北京地區熱泵采暖運行費30%以上，說明了項目經濟性可以通過技術進步而改善。
　　3、太陽能公共建筑采暖應用
　　案例五：太陽能在公共建筑上的應用——山東省樂陵市云紅小學采暖系統。
　　工程實景如下圖：
　　項目目屬于公共建筑，只有白天的供暖需求，與太陽能供熱時間十分匹配。該教學樓共計4層，采暖面積共計1907.79平方米。
　　項工作原理：系統由太陽能集熱器、空氣源熱泵、保溫水箱、采暖末端、控制系統、遠程監控系統等組成。太陽能用于冬季采暖，系統優先使用太陽能熱量進行采暖，如遇連續雨雪、霧霾天氣，不足部分熱量由空氣源熱泵提供。監測數據分析：正常晴天時，太陽能可以滿足采暖8小時用熱量，與設計指標吻合，說明該建筑保溫較好；晴天系統運行費用主要是集熱循環泵、采暖循環泵、控制系統的耗電。監測每天約50kWh，整個采暖季（120天）約6000kWh。陰天或霧霾天需要啟用熱泵輔助，熱泵匹配的為30P，監測每小時平均耗電為30千瓦時。此費用根據年度天氣情況波動，若按18個陰天霧霾天計算，則整個采暖季熱泵用電量為4320kWh。
　　合計：6000+4320=10320，整個采暖季用電10320kWh，10320kWh&pide;1908平米=5.4度電/平米，折合5.4度/平方米•每個采暖季，遠低于城鎮集中供暖價格。
　　農村有大量公共建筑，如養老院、衛生院、學校、村委會、公共服務中心等。
　　案例六、阿壩州人民醫院太陽能及水源熱泵采暖項目，工程實景如下圖。
　　項目地點：馬爾康（阿壩藏族羌族自治州下轄縣級市馬爾康市，位于青藏高原南緣，在四川盆地西北部）工程時間：2015.6-2016.1。項目規模：采暖面積25000平方米，集熱面積4200平方米，輸入功率265KW的水源熱泵機組2臺。采用真空管型集熱器、地面輻射采暖，輔助熱源水源熱泵，室內溫度20℃，系統已成功運行2個采暖季。
　　4、太陽能在其他建筑的采暖應用
　　案例：內蒙古錫林郭勒盟蒙古包采暖系統。
　　工程實景如下圖：
　　工作原理：系統由太陽能集熱器、集熱水箱、儲熱水箱、采暖末端、控制系統等組成。系統采用了保溫墻、雙層節能門窗、太陽能主被動采暖、光伏遮陽技術。
　　經濟性分析：
　　監測數據顯示為2017年2月5-11日，錫林浩特太蒙包室內溫度的數據，基本上就在20℃上下浮動，溫度振幅也符合人們生活舒服溫度。通過一個冬季的運行測試，完全可以保證室內18℃以上，在最低氣溫時每天耗電量在5～10kWh，整個冬季大約40天時間需要電加熱輔助采暖。
　　案例八、四川省理塘縣太陽能生態園供暖應用。項目地點：四川省甘孜藏族自治州理塘縣國稅局。工程時間：2015.9-2015.11。項目規模：20×10米，采用真空管型集熱器、低溫風機盤管末端，室內溫度15℃，該系統已成功運行2年。工程實景如下圖：
　　案例九、大連希奧特太陽能有限公司綜合樓采暖制冷熱水聯供系統。工程實景如下圖：
　　該項目建筑面積5120平方米，實現太陽能供熱、采暖、制冷的聯供系統，2011建成，2013年通過住建部鑒定，目前已穩定運行7年，2016年夏天日本矢崎專家考察后評價為中國太陽能低溫制冷最佳工程。項目總投資260萬元，折合每平米507.8元，年運行電費73747元，折合每平米14.4元，使用壽命期20年，通過近幾年技術進步，總投資可降為180萬元，折合每平米350元，運行費用不變，經濟性又進一步提高。
　　三、展望
　　太陽能采暖特別是儲熱技術的研究在國際上已經有近40年了，從早期瑞典巖洞，水坑，鉆孔等方式建模；到90年代末德國水箱，鉆孔，水池等儲熱示范項目；再到丹麥世界領先水平的水坑蓄熱項目；以及2016年加拿大通過鉆井獲得太陽能保證率100%記錄。
　　今年5月北京市建筑節能與環境工程協會太陽能專委會組織了對加拿大阿爾伯塔省德雷克太陽能社區(DLSC)太陽能土壤蓄熱供暖項目進行了考察。該項目是由安裝在車庫屋頂上的太陽能集熱器得到熱量，通過地下土壤季節性儲熱實現52戶家庭，為期6個月的采暖期供暖。
　　項目由加拿大自然資源部能源技術中心實施，隨著蓄熱量的升高，輔助能源陸續退出系統，實現了全部由太陽能供暖，2016年全系統供暖COP值達到17。項目集熱、短期儲熱原理與我國目前太陽能采暖案例大同小異，季節蓄熱由分布在直徑35m區域，深35m的144個鉆井，插入U型管組成，形成33,700m3容積的土壤蓄熱體，相當水容積15,800m3。
　　科學技術是無國界的，北京市考察團回來后，信息迅速在業內傳開，在國家層面沒有支持政策的情況下，一些太陽能熱利用企業已經開始學習、研究和建設應用示范項目，有望進一步提高我國太陽能采暖的蓄熱技術水平，改變主要依賴化石能源采暖的能源結構。
　　四、結語
　　太陽能既是一次能源，又是可再生能源。它資源豐富，既可免費使用，又無需運輸，對環境無任何污染。發展太陽能采暖符合能源替代、能源革命的方向。大量案例說明太陽能采暖具有適合分布式供能，適應區域寬，運行費用低，既符合居民用得起的方針，又能顯著提高生活水平等特點。
　　太陽能采暖需要輔助能源配合，因此相對其他能源，初裝費較高，但一是太陽能貢獻率較高的太陽能+供暖系統不需要政府長期補貼，綜合成本并不高；二是可以通過技術進步降低初裝費；三是可以通過蓄熱提高太陽能貢獻率，進一步改善經濟性；四是可以通過區域供暖規模化降低初裝費。發揮好政府、市場兩只手的作用，勇于創新，善于總結，就一定能不斷提高我國太陽能采暖的技術水平。
　　注：作者系中國能源行業協會太陽能專委會張曉黎。

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