【文章內容簡介】 是我國的國民經濟還是全球的能源消費都不能僅僅依靠這些傳統(tǒng)的化石能源。 要想在更長的時間里支撐人類社會文明的可持續(xù)發(fā)展，我們還是要開發(fā)更多的新能源來滿足社會的能耗需求。這其中，太陽能利用技術是最有希望的。 2） 太陽能光熱產業(yè)現(xiàn)狀 針對太陽能光熱轉換產品，目前國際國內市場 仍處于不成熟的階段。根據(jù)用戶對熱能品位要求的不同大概分成太陽能高溫熱利用 、中溫熱利用和低溫熱利用三個層面。 太陽能高溫熱利用 技術 ， 要求實現(xiàn) 集熱器空曬溫度可達 400～ 600℃ ，正常工作溫度200～ 400℃ 。 該 技術 主要針對太陽能高溫熱發(fā)電， 太陽能生物質制氫、海水淡化、太陽能高溫裂解制取清潔或替代燃料等 應用領域 。 太陽能熱發(fā)電就是利用聚光集熱器把太陽能聚集起來，將某種工質加熱到數(shù)百攝氏度的高溫，然后以過熱交換器產生高溫高壓的過熱蒸汽，驅動汽輪機并帶到發(fā)電機發(fā)電。從汽輪機出來的蒸汽，其壓力和溫度均已大為降低，經過冷凝器冷凝結成液體后，被重新泵回熱交換器，又開始新的循環(huán)。利用太陽能進行熱發(fā) 電的能量轉換過程，首先是將太陽輻射轉換為熱能，然后是將熱能轉換為機械能，最后是將機械能轉換為電能。 為了 提高太陽能集熱效率，并 達到集熱熱源的高工作溫度，整體系統(tǒng)必須包括集熱組件和反射聚焦組件 ，聚焦組件多為球面 或多碟式 點聚焦的結構形式 。而且要求太陽能反射聚焦組件具有太陽能跟蹤的功能。 太陽能高溫熱發(fā)電技術 在學術界 被認為是除風力發(fā)電之外最有經濟競爭力的可再生能源發(fā)電技術。歐美均制定了龐大的太陽能高溫熱發(fā)電技術開發(fā)計劃，目前投入了大量的人力物力開發(fā)太陽能高溫熱發(fā)電技術。太陽能高溫吸熱蓄熱技術是太陽能高溫熱發(fā)電的關鍵 技術、它涉及高寬熱流密度下的傳導對流輻射耦合計算、高溫傳熱、強化傳熱等諸多學術難題。因此開展太陽能高溫吸熱蓄熱技術研究一方面具有重要的戰(zhàn)略意義，另一方面對于高溫傳熱學的發(fā)展也具有重要的學術價值。 . 但是太陽能高溫集熱 蓄熱 技術 大多 針對 國家 級別的大型項目， 比較小的太陽能熱發(fā)電站也要幾兆瓦 到幾十兆瓦 ，占地面積 數(shù) 平方公里。 因此 項目只適合地廣人稀且太陽能充足的 個別 地區(qū)。技術開發(fā)成本高，市場應用面也比較窄 ，當前的市場 氛圍 也不濃厚 。對民營企業(yè)來說，開發(fā)的技術經濟性比較差。 當然對于基礎雄厚的企 業(yè)，如國內的皇明碟 式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng) Solar dish thermal power system 塔式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng) Solar tower thermal power system 則將太陽能高溫集熱技術作為企業(yè)的中遠期戰(zhàn)略發(fā)展目標。 太陽能中溫利用技術 ， 要求 實現(xiàn)集熱器空曬溫度達到 200～ 300℃ ，正常工作溫度100～ 180℃ ， 同時 集熱效率 仍能 保持在 50%以上。 該技術主要針對工業(yè)用蒸汽，吸收式制冷 ， 建筑供暖， 高溫干燥等領域。 為了保證太陽能集熱系統(tǒng)能夠達到設計運行溫度，系統(tǒng)也必須具有集熱組件和反射聚焦組件。反射聚焦組件多為槽式線聚焦結構，同時具備 一維 徑向跟蹤功能，也有可二維跟蹤的技術。 槽式線聚焦太陽能集熱器 中溫太陽能集熱技 術目前在國外應用也比較多，但大部分都用于工業(yè)用熱，民用市場并沒有很好的成長空間。這主要的問題就是高溫集熱器要占用大量開闊空間，產品的建筑一體化問題沒有得到很好的解決。 當然問題背后便是存在著巨大的發(fā)展機遇和廣闊的市場前景。 中溫太陽能集熱技術的進一步發(fā)展將徹底改變現(xiàn)有建筑節(jié)能產業(yè)的面貌。當前 ，國內的太陽能光熱產品只集中在太陽能熱水市場上， 這對太陽能產業(yè)來說充其量也就是春意盎然， 但 已經引 社會 起多方關注 ； 明天性能更加優(yōu)越的中溫太陽能集熱產品在建筑節(jié)能市場上的全面展開時， 才是太陽能光熱產業(yè)蓬勃發(fā)展的新時代。 太陽能低 溫利用技術則只要求集熱器空曬溫度可以達到 120℃， 正常工作溫度在50～ 80℃ 。由于所得到的熱源溫度低，這類技術主要面向民用生活熱水或工業(yè)用低溫熱水領域。 太 陽能低溫熱利用技術基本只考慮系統(tǒng)能量收益總量，不考慮熱源要達到某 個工作溫度，因此基本不設反射聚焦組件。基本只是低溫太陽能集熱元件的組裝。但正是因為系統(tǒng)減少了反射聚焦環(huán)節(jié)，系統(tǒng)也減少了 一個熱損環(huán)節(jié) ，同時因為系統(tǒng)工作溫度低，集熱效率較高，所以低溫熱利用技術單位集熱面積的能量收益是最大的 。 我國太陽能 光熱產業(yè)主要以低溫應用技術為主， 目標市場只能集中在生活熱水和 工業(yè)用低溫熱水。 太陽能 熱水 產品 市場正處于購銷兩旺的時期，這方面在全世界范圍內也是 占主導地位 的。 目前比較成熟的太陽能集熱產品有平板型太陽能集熱器、真空管太陽能集熱器及熱管式太陽能集熱器。因為它們的結構不同，其保溫性能有一定差異，因此它們的集熱效率也明顯不同。 平板集熱器的特點是采光面積大，壽命長。最早的桑普平板集熱器的用戶已經使用超過 15 年了，而 且仍然效果不錯。目前在歐美和我國的南方地區(qū)，大都使用平板集熱器 。 平板集熱器在氣溫比較高的條件下，集熱效率好一些，但隨著環(huán)境溫度的下降，其集熱效率衰減的最大。 因此這類集熱 器在南方還有一定市場，在北方的冬季時分，它的熱效率明顯不如真空管集熱器和熱管集熱器。 全玻璃真空管就類似于一個拉長的暖水瓶，是雙層玻璃結構。外管是透明的玻璃管；內管內部走水，外壁是吸收涂層，將光能轉換為熱能；內外層之間真空。全玻璃真空管結構簡單，制造工藝非常成熟，所以國內廠家很多，產品質量差別不大。由于玻璃本身抗擊冷熱沖擊的能力較差，所以用戶在使用時應當特別注意上水時間，以防炸裂。另外，由于全玻璃真空管和水箱之間是靠橡膠圈密封的，所以只能做成普通的落差式熱水器，無法制造高級的承壓型熱水器。 金屬真空管區(qū)別于 全玻璃真空管的是：單層玻璃、金屬吸熱體。金屬真空管是靠金屬吸熱片直接接受太陽輻射并轉化為熱能，桑普的熱管式真空管、直流式真空管、儲熱式真空管都是金屬真空管。目前國內使用最多的是熱管式真空管，主要是做高級的承壓式熱水器。直流式和儲熱式以出口為主，但國內已經有越來越多的別墅用戶采用直流式真空管做分體承壓系統(tǒng)了。 太陽能光熱產業(yè)發(fā)展到現(xiàn)在，其技術的核心環(huán)節(jié) 有 三 點。其一是如何提高產品的 太陽能吸收率 ， 增大 集熱組件 的熱能收益 ，這方面的技術開發(fā)主要是圍繞著集熱器吸熱體表面的選擇性吸收涂層的結構和組成來展開的 ，平板型集熱器 的吸熱翅片上常用的選擇性吸收涂層是鍍黑鉻，全玻璃真空管內管的集熱面上的常用選擇性吸收涂層是鋁 氮 鋁磁控濺射涂層 ；其二是 保證集熱產品很好的絕熱保溫性能，減小集熱過程中的熱損失 ，這方面的技術開發(fā)主要是圍繞著提高產品保溫性能及構造產品中的真空絕熱腔來展開的 ，從實際使用情況看真空管的保溫絕熱效果要明顯好于平板集熱器的保溫背板的效果 ；其三是增設反射聚焦組件，保持集熱組件可以獲得充足的太陽輻照度 ，如前所述，對于中溫和高溫太陽能集熱技術，反光聚焦組件都是必不可少的 ，低溫集熱產品與反射聚焦組件的結合仍是個待開發(fā)的問題 。 在 過去的二十年甚至更長的時間里， 國內 太陽能 光熱產業(yè) 面向主流市場 的 低溫集熱 產品技術開發(fā)都是針對 前 兩點或其中之一進行的。太陽能真空集熱管之所以在國內得到了市場的廣泛認可并逐漸替代平板型集熱器，就是因為真空管的真空結構大大降低了集熱元件的熱損失 ，這一點是平板型集熱器無法比擬的。 而近些年來真空管集熱產品性能的逐步提高則是其內管吸熱表面的選擇性吸收涂層的進一步研究開發(fā)的明證。 新一代的熱管式真空集熱管在 原有真空管優(yōu)良的保溫性能的基礎上提高了內部集熱組件的傳熱效率，整體集熱管的集熱效率有進一步的明顯提高。正是 在諸多技術進步 的推動下，太陽能光熱產業(yè)在國際國內市場上均取得了飛速的發(fā)展。 可見如果要進行太陽能光熱產品的開發(fā)，上述 前 兩個重要環(huán)節(jié)將是最有價值的著眼點。 盡管當前的太陽能光熱產品市場正在飛速成長，但是 以上談到的太陽能 低溫 集熱產品都是針對生活熱水而設計的。其特點是盡量保證系統(tǒng)熱能收益的總量，而最終的熱能溫度并沒有太高要求，畢竟對于常用常新的熱水系統(tǒng)，每天的起始工作溫度（即補水的溫度）只有 10℃左右。 能獲得多少太陽能都是收益，如果熱水達不到使用溫度可以啟動輔助熱源來補足。 但是，當我們談到太陽能光熱產業(yè)未來的發(fā)展方向，針對下一 個更大的目標市場 —— 建筑節(jié)能 的時候 ?，F(xiàn)有產品的性能就無法 滿足 使用要求了。因為無論對于建筑供暖還是夏季的吸收式制冷，太陽能熱源 總要保持一定 的 工作溫度 ，散熱器供暖系統(tǒng)的供回水溫度為 80℃ /60℃，即使是低溫輻射供暖也要求供暖溫度在 50℃左右，對于吸收式制冷系統(tǒng)，發(fā)生器的熱源工作溫度就更高了，至少要到 90℃ 。 顯然針對上述 溫度 要求，太陽能 低溫集熱產品本身是不具備能力的。 要想進一步提高太陽能系統(tǒng)的集熱溫度，就必須考慮上述第三個技術環(huán)節(jié)，增設反光聚焦組件，向中溫集熱技術發(fā)展。 談到太陽能中溫集熱產品，設計人員將更多的 精力放在了如何升高太陽能集熱系統(tǒng)的工作溫度上，第一思路就是增加反射聚焦裝置 ，還要安裝自動跟蹤系統(tǒng) 。當然這自然要耗費更多的成本 ，但是這樣的集熱系統(tǒng)在提高熱源 溫度的同時，也降低了系統(tǒng)整體的采光 集熱面積，這會造成能量收益總量的流失 。 可見 太陽能集熱 在集熱總量和保證熱源溫度方面存在 一定的 矛盾。 尤其是針對未來的建筑節(jié)能產業(yè)，無論是建筑供暖還是空調 ，沒有熱能總量 收益 的保證 ，節(jié)能效果根本無從體現(xiàn)。 因此 在 談到 具體的應用環(huán)節(jié) ， 也并不能一味的追求提高太陽能的集熱溫度，而忽視了收益總量。對于當前具有廣闊市場的低密度建筑供暖問題，太 陽能集熱系統(tǒng)的可靠性就取決于，系統(tǒng)產品是否能夠依靠有限 的集熱采光面，在保證建筑供暖工作溫度的同時盡可能多的吸收利用太陽能，以體現(xiàn)其節(jié)能減排的效果。 3） 建筑節(jié)能產業(yè)現(xiàn)狀 隨著人類社會的進步，建筑以越來越豐富多變的形態(tài)與社會經濟活動相結合。它逐漸成為人類文明的最重要組成部分。 在資源方面，全球 50%的土地、礦石、 木材 資源被用于建筑； 45%的能源被用于建筑的供暖、照明 、通風， 5%的能源用于其設備的制造；40%的水資源被用于建筑的維護， 16%的水資源用于建筑的建造； 60%的良田被用于建筑開發(fā)； 70%的木制品被用于建筑。建筑作為人類文明最重要的產物，耗費了地球約 50%的資源，建筑業(yè)已成為最不可持續(xù)發(fā)展的產業(yè)。而在今后 50 年的建筑設計和建造中，還將有大量的建筑維系著過去 5000 年的模式，因此，探索建筑的可持續(xù)發(fā)展模式已成為建筑業(yè)可持續(xù)發(fā)展的迫切需要。 結合二十一世紀，全球共同面臨的能源危機和日趨嚴重的污染問題， 建筑能耗 的 過渡膨脹和由此造成的 巨大 浪費已經成為我們不能再回避的重大 問題 。 在我國 從建筑能耗在社會綜合能耗比例來看， 1992 年為 15%，目前已達到 %， 2020 年將會增加到 40%，再加上原材料運輸和損耗等，建筑能耗可能高達 50%；我國現(xiàn)有超過 400 億平方米的高耗能建筑，不但對常規(guī)能源依賴性巨大，而且隱含著難以估計的能源浪費 。 推動建筑向節(jié)能、綠色、智能化方向發(fā)展，將是國際建筑界實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展理念的大趨勢，也是中國經濟社會面臨的重要任務。 廣義上的建筑能耗包括建筑運行使用能耗和建材生產與建筑建造過程的能耗，但由于兩者屬于不同領域的問題，節(jié)能的重點和技術措施也有不同，下面僅討 論建筑運行使用能耗。我國建筑可分為 工業(yè)建筑 、農村 居住建筑 和城鎮(zhèn) 民用建筑 三大類。我只討論城鄉(xiāng) 民用建筑 （包括 居住建筑 和 公共建筑 ）使用過程中的能源消耗及相關節(jié)能問題。 當前 ， 我國建筑總能耗約占社會終端能耗的 ％。其中，北方城鎮(zhèn)建筑采暖和農村生活用煤約為 ／年，占我國 2020 年煤產量的 ％；建筑用電和其它類型的建筑用能（炊事、照明、家電、生活熱水等）折合為電力，總計約為 5500 億度／年，占全國社會終端電耗的 27％～ 29％。因此，降低建筑能耗是節(jié)能工作中最重要的任務之一。 我國城鄉(xiāng)民用建筑總面積約為 400 億 平方米 ，能源消耗狀況可分 4 類進行分析。 a、 北方城鎮(zhèn)供暖能耗 我國北方城鎮(zhèn) 供 暖能耗占全國建筑總能 耗的 36%，為建筑能源消耗的最大組成部分。 我國建筑節(jié)能水平遠落后于發(fā)達國家，以與北京氣候條件相近的德國為例， 1984 年前建筑采暖能耗標準和北京目前水平差不多，每平方米每年消耗 至 公斤標準煤，但到了 2001 年，德國的這一數(shù)字卻降低至每平方米 至 公斤標準煤，其建筑能耗降低至原有的 1/3左右，而北京卻一直是 公斤。 供暖 能耗高的原因主要有 3 個。一是圍護結構 保溫 不良 ， 國內絕大多數(shù)采暖地區(qū)維護結構的熱功能都比氣候相近的發(fā)達國家差許多。外墻的傳熱系數(shù)是他們的 至 倍，外窗為 2至 3 倍，屋面為 3 至 6 倍，門窗的空氣滲透為 3至 6倍。 這使得冬季采暖需要熱量較之高出 2～ 3 倍。二是供熱系統(tǒng)效率不高，各輸配環(huán)節(jié)熱量損失嚴重。我國70%以上的采暖建筑采用 集中供熱 方式，由于系統(tǒng)本身的問題導致末端冷熱不均和熱 源難以隨氣溫的變化及時調節(jié)，從而使系統(tǒng)損失的熱量高達 30%。三是熱源效率不高。由于大量小型燃煤鍋