先说结论:北方可以用太阳能供地暖,但"能不能用"和"好不好用"是两回事。在东北、西北这些冬季严寒地区,单靠太阳能地暖几乎不可能扛过整个采暖季;而在华北、黄淮一带,太阳能配合辅助热源,能省下一大笔采暖费。至于南方自采暖地区,太阳能地暖反而是性价比相当高的方案。下面从地域适配的角度,把这件事说清楚。
地暖最需要热量的时候,恰恰是太阳能最不给力的时候。以华北地区为例,12月到次年1月是采暖负荷最高的时段,一栋100平方米、保温一般的住宅,热负荷大约在50-60W/㎡,也就是需要5-6kW的持续供热能力。而这段时间的太阳辐照量,华北地区日均只有2.5-3.0 kWh/㎡左右,是一年中最低的。
更麻烦的是,太阳能集热器的效率还受环境温度影响。真空管集热器在夏季晴天效率能到50%-60%,但到了零下10℃的冬天,散热损失大增,实际有效得热量可能只有夏季的一半。也就是说,冬天最冷的那几天,太阳能系统能提供的热量,往往只有设计负荷的20%-30%。
所以问题的关键不是"能不能用太阳能",而是"太阳能承担多少比例,剩下的靠什么补"。
黑龙江、吉林、辽宁北部、内蒙古、新疆北部这些地方,采暖期长达5-6个月,极端最低温度能到零下30℃甚至更低。以哈尔滨为例,采暖设计室外温度是零下26℃,采暖度日数(HDD18)超过4500。
在这种气候条件下,如果硬要上太阳能地暖,需要面对几个现实问题:
第一,集热面积严重不足。一栋100平方米的房子,要满足冬季采暖,理论上需要30-40平方米的集热面积,这在城市住宅里根本不现实。即使农村自建房有屋顶空间,集热器、储热水箱、管路、支架的初投资也要5-8万元,而且冬季还要防冻,管路必须用防冻液或做排空处理。
第二,储热容量跟不上。要跨夜储热,至少需要2-3立方米的储热水箱,放在室内占地方,放在室外散热损失大。连续阴雪天一周,储热根本撑不住。
第三,经济性算不过来。东北地区集中供暖价格大约是30-40元/㎡/采暖季,100平方米的房子一年采暖费3000-4000元。太阳能系统多花的初投资,靠省采暖费要十几年才能回本,还不算维护和更换成本。
所以东北和西北严寒地区的建议是:不要以太阳能作为主力热源。如果确实想用,可以做成"太阳能预热+集中供暖/燃气壁挂炉/空气源热泵"的组合,太阳能只承担生活热水和采暖季前后期的部分负荷,全年综合节能率能做到15%-25%就不错了。
北京、天津、河北、山东、河南、山西南部这些地方,采暖期大约4个月,冬季平均气温在零下5℃到5℃之间,日照条件比东北好不少。以北京为例,冬季日均太阳辐照量约3.0-3.5 kWh/㎡,晴天中午集热器出水温度能到40-50℃。
这个区域是太阳能地暖最有发挥空间的地方。具体怎么配?
以一个100平方米的农村自建房为例,如果保温做得还行(外墙有保温层、窗户是双层中空玻璃),采暖热负荷大约40-50W/㎡。可以配20-25平方米的真空管集热器,配2吨储热水箱,再配一台6kW的空气源热泵作为辅助热源。
运行策略是这样的:晴天白天,太阳能集热器把水箱加热到45-50℃,直接供地暖;阴天或夜间,水箱温度低于35℃时,空气源热泵启动补热。整个采暖季下来,太阳能保证率大概能做到40%-50%,也就是说一半左右的采暖热量来自太阳能,另一半来自热泵。
这样一套系统,初投资大约4-6万元(含集热器、水箱、热泵、地暖管、控制系统),比纯空气源热泵地暖多花1.5-2万元。但运行费用能省多少?纯空气源热泵采暖,100平方米一个采暖季电费大约2500-3500元;加上太阳能后,电费能降到1500-2200元,一年省1000-1300元。多花的初投资,大约8-12年回本。考虑到系统寿命15-20年,整体还是划算的。
如果是城市集中供暖区域的用户,想改太阳能地暖,情况就复杂了。因为集中供暖是全天候的,太阳能只能作为补充,而且改造涉及管路切换、控制系统,成本更高。除非是独立别墅或自建房,否则不建议在集中供暖区做太阳能地暖改造。
长江流域及以南地区,冬季虽然短,但湿冷难熬,采暖需求越来越普遍。以上海、杭州、武汉、成都为例,采暖期大约2-3个月,冬季平均气温在2-8℃,极端最低温度在零下5℃左右。
这个区域的特点是:采暖负荷低(30-40W/㎡),日照条件好(冬季日均辐照量3.5-4.5 kWh/㎡),而且没有集中供暖,自采暖用户对运行费用敏感。
太阳能地暖在南方有几个天然优势:
第一,冬季气温高,集热器效率高,没有防冻问题(或防冻成本很低)。
第二,采暖负荷低,需要的集热面积小。100平方米的房子,配15-20平方米集热器就够。
第三,南方冬季晴天多,太阳能保证率能做到50%-60%,甚至更高。
第四,南方建筑保温普遍较差,但地暖本身对水温要求低(35-45℃),正好匹配太阳能集热器的出水温度。
实际案例:杭州一栋120平方米的自建房,配18平方米真空管集热器、1.5吨水箱、3kW电辅助加热,地暖管间距200mm。整个采暖季(12月-2月)运行下来,电费只花了800多元,而同面积用燃气壁挂炉的邻居,燃气费花了2800多元。
当然,南方用太阳能地暖也有需要注意的地方:夏季集热器过热问题要处理好,否则容易炸管;梅雨季节连续阴雨,需要电辅助加热兜底;系统控制要做精细,避免水箱温度过高或过低。
东北、西北严寒地区(HDD18>4000):不建议以太阳能为主力。如果要用,只做生活热水+采暖季前后期补充,太阳能保证率控制在20%以内。主力热源选集中供暖、燃气壁挂炉或低温空气源热泵。
华北、黄淮地区(HDD18 2500-4000):推荐"太阳能+空气源热泵"组合地暖。集热面积按20-25㎡/100㎡配置,太阳能保证率40%-50%。初投资4-6万元,8-12年回本。
南方自采暖地区(HDD18<2500):推荐"太阳能+电辅助"或"太阳能+空气源热泵"地暖。集热面积按15-20㎡/100㎡配置,太阳能保证率50%-60%。初投资3-5万元,5-8年回本。
最后提醒一点:无论哪个地区,做太阳能地暖之前,先把建筑保温做好。外墙保温、屋顶保温、双层中空玻璃,这些基础工作做到位,采暖负荷能降30%-50%,太阳能系统的规模和成本也能跟着降下来。保温没做好就上太阳能,等于往漏水的桶里加水,花再多钱也效果有限。