【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 不足 3%。 綜合來(lái)說(shuō)，天然氣 也 只是一種過(guò)渡性的能源解決方式，在更長(zhǎng)遠(yuǎn)的未來(lái)，無(wú)論是我國(guó)的國(guó)民經(jīng)濟(jì)還是全球的能源消費(fèi)都不能僅僅依靠這些傳統(tǒng)的化石能源。 要想在更長(zhǎng)的時(shí)間里支撐人類社會(huì)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(lái)滿足社會(huì)的能耗需求。這其中，太陽(yáng)能利用技術(shù)是最有希望的。 2） 太陽(yáng)能光熱產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀 針對(duì)太陽(yáng)能光熱轉(zhuǎn)換產(chǎn)品，目前國(guó)際國(guó)內(nèi)市場(chǎng) 仍處于不成熟的階段。根據(jù)用戶對(duì)熱能品位要求的不同大概分成太陽(yáng)能高溫?zé)崂?、中溫?zé)崂煤偷蜏責(zé)崂萌齻€(gè)層面。 Page 12 of 48 太陽(yáng)能高溫?zé)崂?技術(shù) ， 要求實(shí)現(xiàn) 集熱器空曬溫度可達(dá) 400～ 600℃ ，正常工作溫度200～ 400℃ 。 該 技術(shù) 主要針對(duì)太陽(yáng)能高溫?zé)岚l(fā)電， 太陽(yáng)能生物質(zhì)制氫、海水淡化、太陽(yáng)能高溫裂解制取清潔或替代燃料等 應(yīng)用領(lǐng)域 。 太陽(yáng)能熱發(fā)電就是利用聚光集熱器把太陽(yáng)能聚集起來(lái)，將某種工質(zhì)加熱到數(shù)百攝氏度的高溫，然后以過(guò)熱交換器產(chǎn)生高溫高壓的過(guò)熱蒸汽，驅(qū)動(dòng)汽輪機(jī)并帶到發(fā)電機(jī)發(fā)電。從汽輪機(jī)出來(lái)的蒸汽，其壓力和溫度均已大為降低，經(jīng)過(guò)冷凝器冷凝結(jié)成液體后，被重新泵回?zé)峤粨Q器，又開始新的循環(huán)。利用太陽(yáng)能進(jìn)行熱發(fā) 電的能量轉(zhuǎn)換過(guò)程，首先是將太陽(yáng)輻射轉(zhuǎn)換為熱能，然后是將熱能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，最后是將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能。 為了 提高太陽(yáng)能集熱效率，并 達(dá)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(diǎn)聚焦的結(jié)構(gòu)形式 。而且要求太陽(yáng)能反射聚焦組件具有太陽(yáng)能跟蹤的功能。 太陽(yáng)能高溫?zé)岚l(fā)電技術(shù) 在學(xué)術(shù)界 被認(rèn)為是除風(fēng)力發(fā)電之外最有經(jīng)濟(jì)競(jìng)爭(zhēng)力的可再生能源發(fā)電技術(shù)。歐美均制定了龐大的太陽(yáng)能高溫?zé)岚l(fā)電技術(shù)開發(fā)計(jì)劃，目前投入了大量的人力物力開發(fā)太陽(yáng)能高溫?zé)岚l(fā)電技術(shù)。太陽(yáng)能高溫吸熱蓄熱技術(shù)是太陽(yáng)能高溫?zé)岚l(fā)電的關(guān)鍵 技術(shù)、它涉及高寬熱流密度下的傳導(dǎo)對(duì)流輻射耦合計(jì)算、高溫傳熱、強(qiáng)化傳熱等諸多學(xué)術(shù)難題。因此開展太陽(yáng)能高溫吸熱蓄熱技術(shù)研究一方面具有重要的戰(zhàn)略意義，另一方面對(duì)于高溫傳熱學(xué)的發(fā)展也具有重要的學(xué)術(shù)價(jià)值。 . 但是太陽(yáng)能高溫集熱 蓄熱 技術(shù) 大多 針對(duì) 國(guó)家 級(jí)別的大型項(xiàng)目， 比較小的太陽(yáng)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(xiàng)目只適合地廣人稀且太陽(yáng)能充足的 個(gè)別 地區(qū)。技術(shù)開發(fā)成本高，市場(chǎng)應(yīng)用面也比較窄 ，當(dāng)前的市場(chǎng) 氛圍 也不濃厚 。對(duì)民營(yíng)企業(yè)來(lái)說(shuō)，開發(fā)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性比較差。 當(dāng)然對(duì)于基礎(chǔ)雄厚的企 業(yè)，如國(guó)內(nèi)的皇明碟式太陽(yáng)能熱發(fā)電系統(tǒng) Solar dish thermal power system 塔式 太陽(yáng)能熱發(fā)電系統(tǒng) Solar tower thermal power system Page 13 of 48 則將太陽(yáng)能高溫集熱技術(shù)作為企業(yè)的中遠(yuǎn)期戰(zhàn)略發(fā)展目標(biāo)。 太陽(yáng)能中溫利用技術(shù) ， 要求 實(shí)現(xiàn)集熱器空曬溫度達(dá)到 200～ 300℃ ，正常工作溫度100～ 180℃ ， 同時(shí) 集熱效率 仍能 保持在 50%以上。 該技術(shù)主要針對(duì)工業(yè)用蒸汽，吸收式制冷 ， 建筑供暖， 高溫干燥等領(lǐng)域。 為了保證太陽(yáng)能集熱系統(tǒng)能夠達(dá)到設(shè)計(jì)運(yùn)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(jié)構(gòu)，同時(shí)具備 一維 徑向跟蹤功能，也有可二維跟蹤的技術(shù)。 槽式線聚焦太陽(yáng)能集熱器 中溫太陽(yáng)能集熱技 術(shù)目前在國(guó)外應(yīng)用也比較多，但大部分都用于工業(yè)用熱，民用市場(chǎng)并沒(méi)有很好的成長(zhǎng)空間。這主要的問(wèn)題就是高溫集熱器要占用大量開闊空間，產(chǎn)品的建筑一體化問(wèn)題沒(méi)有得到很好的解決。 當(dāng)然問(wèn)題背后便是存在著巨大的發(fā)展機(jī)遇和廣闊的市場(chǎng)前景。 中溫太陽(yáng)能集熱技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展將徹底改變現(xiàn)有建筑節(jié)能產(chǎn)業(yè)的面貌。當(dāng)前 ，國(guó)內(nèi)的太陽(yáng)能光熱產(chǎn)品只集中在太陽(yáng)能熱水市場(chǎng)上， 這對(duì)太陽(yáng)能產(chǎn)業(yè)來(lái)說(shuō)充其量也就是春意盎然， 但 已經(jīng)引 社會(huì) 起多方關(guān)注 ； 明天性能更加優(yōu)越的中溫太陽(yáng)能集熱產(chǎn)品在建筑節(jié)能市場(chǎng)上的全面展開時(shí)， 才是太陽(yáng)能光熱產(chǎn)業(yè)蓬勃發(fā)展的新時(shí)代。 太陽(yáng)能低 溫利用技術(shù)則只要求集熱器空曬溫度可以達(dá)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(shù)主要面向民用生活熱水或工業(yè)用低溫?zé)崴I(lǐng)域。 太 陽(yáng)能低溫?zé)崂眉夹g(shù)基本只考慮系統(tǒng)能量收益總量，不考慮熱源要達(dá)到某 個(gè)工作溫度，因此基本不設(shè)反射聚焦組件。基本只是低溫太陽(yáng)能集熱元件的組裝。但正是因?yàn)橄到y(tǒng)減少了反射聚焦環(huán)節(jié)，系統(tǒng)也減少了 一個(gè)熱損環(huán)節(jié) ，同時(shí)因?yàn)橄到y(tǒng)工作溫度低，集熱效率較高，所以低溫?zé)崂眉夹g(shù)單位集熱面積的能量收益是最大的 。 Page 14 of 48 我國(guó)太陽(yáng)能 光熱產(chǎn)業(yè)主要以低溫應(yīng)用技術(shù)為主， 目標(biāo)市場(chǎng)只能集中在生活熱水和 工業(yè)用低溫?zé)崴?太陽(yáng)能 熱水 產(chǎn)品 市場(chǎng)正處于購(gòu)銷兩旺的時(shí)期，這方面在全世界范圍內(nèi)也是 占主導(dǎo)地位 的。 目前比較成熟的太陽(yáng)能集熱產(chǎn)品有平板型太陽(yáng)能集熱器、真空管太陽(yáng)能集熱器及熱管式太陽(yáng)能集熱器。因?yàn)樗鼈兊慕Y(jié)構(gòu)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(diǎn)是采光面積大，壽命長(zhǎng)。最早的桑普平板集熱器的用戶已經(jīng)使用超過(guò) 15 年了，而 且仍然效果不錯(cuò)。目前在歐美和我國(guó)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(chǎng)，在北方的冬季時(shí)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(gè)拉長(zhǎng)的暖水瓶，是雙層玻璃結(jié)構(gòu)。外管是透明的玻璃管；內(nèi)管內(nèi)部走水，外壁是吸收涂層，將光能轉(zhuǎn)換為熱能；內(nèi)外層之間真空。全玻璃真空管結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造工藝非常成熟，所以國(guó)內(nèi)廠家很多，產(chǎn)品質(zhì)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(shí)應(yīng)當(dāng)特別注意上水時(shí)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(wú)法制造高級(jí)的承壓型熱水器。 金屬真空管區(qū)別于 全玻璃真空管的是：?jiǎn)螌硬Ａ?、金屬吸熱體。金屬真空管是靠金屬吸熱片直接接受太陽(yáng)輻射并轉(zhuǎn)化為熱能，桑普的熱管式真空管、直流式真空管、儲(chǔ)熱式真空管都是金屬真空管。目前國(guó)內(nèi)使用最多的是熱管式真空管，主要是做高級(jí)的承壓式熱水器。直流式和儲(chǔ)熱式以出口為主，但國(guó)內(nèi)已經(jīng)有越來(lái)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(yáng)能光熱產(chǎn)業(yè)發(fā)展到現(xiàn)在，其技術(shù)的核心環(huán)節(jié) 有 三 點(diǎn)。其一是如何提高產(chǎn)品的 太陽(yáng)能吸收率 ， 增大 集熱組件 的熱能收益 ，這方面的技術(shù)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(jié)構(gòu)和組成來(lái)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(nèi)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(chǎn)品很好的絕熱保溫性能，減小集熱過(guò)程中的熱損失 ，這方面的技術(shù)開發(fā)主要是圍繞著提高產(chǎn)品保溫性能及構(gòu)造產(chǎn)品中的真空絕熱腔來(lái)展開的 ，從實(shí)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(shè)反射聚焦組件，保持集熱組件可以獲得充足的太陽(yáng)輻照度 ，如前所述，對(duì)于中溫和高溫太陽(yáng)能集熱技術(shù)，反光聚焦組件都是必不可少的 ，低溫集熱產(chǎn)品與反射聚焦組件的結(jié)合仍是個(gè)待開發(fā)的問(wèn)題 。 在 過(guò)去的二十年甚至更長(zhǎng)的時(shí)間里， 國(guó)內(nèi) 太陽(yáng)能 Page 15 of 48 光熱產(chǎn)業(yè) 面向主流市場(chǎng) 的 低溫集熱 產(chǎn)品技術(shù)開發(fā)都是針對(duì) 前 兩點(diǎn)或其中之一進(jìn)行的。太陽(yáng)能真空集熱管之所以在國(guó)內(nèi)得到了市場(chǎng)的廣泛認(rèn)可并逐漸替代平板型集熱器，就是因?yàn)檎婵展艿恼婵战Y(jié)構(gòu)大大降低了集熱元件的熱損失 ，這一點(diǎn)是平板型集熱器無(wú)法比擬的。 而近些年來(lái)真空管集熱產(chǎn)品性能的逐步提高則是其內(nèi)管吸熱表面的選擇性吸收涂層的進(jìn)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(chǔ)上提高了內(nèi)部集熱組件的傳熱效率，整體集熱管的集熱效率有進(jìn)一步的明顯提高。正是 在諸多技術(shù)進(jìn)步 的推動(dòng)下，太陽(yáng)能光熱產(chǎn)業(yè)在國(guó)際國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上均取得了飛速的發(fā)展。 可見(jiàn)如果要進(jìn)行太陽(yáng)能光熱產(chǎn)品的開發(fā)，上述 前 兩個(gè)重要環(huán)節(jié)將是最有價(jià)值的著眼點(diǎn)。 盡管當(dāng)前的太陽(yáng)能光熱產(chǎn)品市場(chǎng)正在飛速成長(zhǎng)，但是 以上談到的太陽(yáng)能 低溫 集熱產(chǎn)品都是針對(duì)生活熱水而設(shè)計(jì)的。其特點(diǎn)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(méi)有太高要求，畢竟對(duì)于常用常新的熱水系統(tǒng)，每天的起始工作溫度（即補(bǔ)水的溫度）只有 10℃左右。 能獲得多少太陽(yáng)能都是收益，如果熱水達(dá)不到使用溫度可以啟動(dòng)輔助熱源來(lái)補(bǔ)足。 但是，當(dāng)我們談到太陽(yáng)能光熱產(chǎn)業(yè)未來(lái)的發(fā)展方向，針對(duì)下一 個(gè)更大的目標(biāo)市場(chǎng) —— 建筑節(jié)能 的時(shí)候 ?，F(xiàn)有產(chǎn)品的性能就無(wú)法 滿足 使用要求了。因?yàn)闊o(wú)論對(duì)于建筑供暖還是夏季的吸收式制冷，太陽(yáng)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(duì)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(duì)上述 溫度 要求，太陽(yáng)能 低溫集熱產(chǎn)品本身是不具備能力的。 要想進(jìn)一步提高太陽(yáng)能系統(tǒng)的集熱溫度，就必須考慮上述第三個(gè)技術(shù)環(huán)節(jié)，增設(shè)反光聚焦組件，向中溫集熱技術(shù)發(fā)展。 談到太陽(yáng)能中溫集熱產(chǎn)品，設(shè)計(jì)人員將更多的 精力放在了如何升高太陽(yáng)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(dòng)跟蹤系統(tǒng) 。當(dāng)然這自然要耗費(fèi)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(shí)，也降低了系統(tǒng)整體的采光 集熱面積，這會(huì)造成能量收益總量的流失 。 可見(jiàn) 太陽(yáng)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(duì)未來(lái)的建筑節(jié)能產(chǎn)業(yè)，無(wú)論是建筑供暖還是空調(diào) ，沒(méi)有熱能總量 收益 的保證 ，節(jié)能效果根本無(wú)從體現(xiàn)。 因此 在 談到 具體的應(yīng)用環(huán)節(jié) ， 也并不能一味的追求提高太陽(yáng)能的集熱溫度，而忽視了收益總量。對(duì)于當(dāng)前具有廣闊市場(chǎng)的低密度建筑供暖問(wèn)題，太 陽(yáng)能集熱系統(tǒng)的可靠性就取決于，系統(tǒng)產(chǎn)品是否能夠依靠有限 Page 16 of 48 的集熱采光面，在保證建筑供暖工作溫度的同時(shí)盡可能多的吸收利用太陽(yáng)能，以體現(xiàn)其節(jié)能減排的效果。 3） 建筑節(jié)能產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀 隨著人類社會(huì)的進(jìn)步，建筑以越來(lái)越豐富多變的形態(tài)與社會(huì)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)相結(jié)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(fēng)， 5%的能源用于其設(shè)備的制造；40%的水資源被用于建筑的維護(hù)， 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(chǎn)物，耗費(fèi)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(chǎn)業(yè)。而在今后 50 年的建筑設(shè)計(jì)和建造中，還將有大量的建筑維系著過(guò)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(jié)合二十一世紀(jì)，全球共同面臨的能源危機(jī)和日趨嚴(yán)重的污染問(wèn)題， 建筑能耗 的 過(guò)渡膨脹和由此造成的 巨大 浪費(fèi)已經(jīng)成為我們不能再回避的重大 問(wèn)題 。 在我國(guó) 從建筑能耗在社會(huì)綜合能耗比例來(lái)看， 1992 年為 15%，目前已達(dá)到 %， 2020 年將會(huì)增加到 40%，再加上原材料運(yùn)輸和損耗等，建筑能耗可能高達(dá) 50%；我國(guó)現(xiàn)有超過(guò) 400 億平方米的高耗能建筑，不但對(duì)常規(guī)能源依賴性巨大，而且隱含著難以估計(jì)的能源浪費(fèi) 。 推動(dòng)建筑向節(jié)能、綠色、智能化方向發(fā)展，將是國(guó)際建筑界實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展理念的大趨勢(shì)，也是中國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)面臨的重要任務(wù)。 廣義上的建筑能耗包括建筑運(yùn)行使用能耗和建材生產(chǎn)與建筑建造過(guò)程的能耗，但由于兩者屬于不同領(lǐng)域的問(wèn)題，節(jié)能的重點(diǎn)和技術(shù)措施也有不同，下面僅討 論建筑運(yùn)行使用能耗。我國(guó)建筑可分為 工業(yè)建筑 、農(nóng)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(guò)程中的能源消耗及相關(guān)節(jié)能問(wèn)題。 當(dāng)前 ， 我國(guó)建筑總能耗約占社會(huì)終端能耗的 ％。其中，北方城鎮(zhèn)建筑采暖和農(nóng)村生活用煤約為 億噸標(biāo)煤／年，占我國(guó) 20xx 年煤產(chǎn)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(jì)約為 5500 億度／年，占全國(guó)社會(huì)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(wù)之一。 我國(guó)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(jìn)行分析。 a、 北方城鎮(zhèn)供暖能耗 我國(guó)北方城鎮(zhèn) 供 暖能耗占全國(guó)建筑總能 耗的 36%，為建筑能源消耗的最大組成部分。 Page 17 of 48 我國(guó)建筑節(jié)能水平遠(yuǎn)落后于發(fā)達(dá)國(guó)家，以與北京氣候條件相近的德國(guó)為例， 1984 年前建筑采暖能耗標(biāo)準(zhǔn)和北京目前水平差不多，每平方米每年消耗 至 公斤標(biāo)準(zhǔn)煤，但到了 20xx 年，德國(guó)的這一數(shù)字卻降低至每平方米 至 公斤標(biāo)準(zhǔn)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(gè)。一是圍護(hù)結(jié)構(gòu) 保溫 不良 ， 國(guó)內(nèi)絕大多數(shù)采暖地區(qū)維護(hù)結(jié)構(gòu)的熱功能都比氣候相近的發(fā)達(dá)國(guó)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(yán)重。我國(guó)70%以上的采暖建筑采用 集中供熱