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熱水采暖即地暖，全稱為低溫熱水地板輻射供暖，具有高舒適性、衛生、安全、節能、有益身體健康等優勢，早已得到人們的普遍認同，并被廣泛地應用于住宅、公寓、別墅、老年社區、幼兒園以及賓館大廳、游泳池等眾多場所，地暖正逐漸成為未來建筑采暖的趨勢。
采暖在國內建筑用能中占據較大份額， 北方地區采暖占家庭能耗的一半以上，同時利用原煤作為采暖能源是造成冬季大氣污染的主要根源。因此，減少和替代采暖用煤最有效的途徑是推廣使用太陽能采暖等可再生能源技術。太陽能采暖在歐洲等發達國家已大規模推廣，已成為太陽能熱利用新的應用領域。歐洲到2005 年共安裝1536 萬m2 太陽能集熱器[1]，采暖系統使用集熱器約占集熱器總量的20 %，每年新建太陽能采暖系統約12 萬個，每個系統可節約常規能源20 %～60 %。根據國內太陽能市場的發展經驗，太陽能供暖必將成為繼太陽能熱水器、太陽能光電之后的第三次太陽能應用浪潮。
太陽能采暖系統的設計
太陽能采暖系統是利用太陽能集熱器收集太陽能并結合輔助能源滿足采暖和熱水的供熱需求的系統，因此常稱為太陽能聯合系統( Solar Combisystem) 。
如圖1，太陽能采暖系統主要由三部分構成： ① 熱能提供部分，即太陽能集熱器和輔助能源；② 儲熱和換熱設備；③ 熱能利用部分，提供生活熱水和采暖。
圖1 太陽能熱水/采暖聯合系統
太陽能采暖系統與太陽能熱水器相比存在以下差異： ① 采暖負荷在不同月份變化很大，熱水負荷四季差別較??；② 熱水系統進水溫度較低，供水溫度較高，而采暖系統供回水溫差較??；③ 太陽能與采暖負荷存在明顯矛盾： 太陽能輻照強度高的月份( 3～10月) 不需要采暖，太陽輻照強度高的白天采暖負荷較夜晚低。由于太陽能采暖系統和熱水系統存在以上差異，因此在采暖系統設計中不能簡單把熱水系統放大，必須考慮以下幾個方面： ① 輔助能源；② 太陽能保證率；③ 系統的防凍問題；④ 系統的過熱問題；⑤ 換熱系統的設計。在系統設計中，尤其需注意系統的過熱問題和換熱水箱的設計。
1.1 輔助能源
太陽能輻照強度隨著時間、季節和天氣是顯著變化的，大部分的太陽能采暖系統需配備輔助能源系統，當陰天、夜晚等太陽能滿足不了采暖需求時，由輔助能源系統提供全部或部分熱能。
輔助能源系統有： ① 燃煤鍋爐；② 燃油或氣鍋爐；③ 電鍋爐；④ 生物質鍋爐；⑤熱泵熱水機等。以上輔助能源按出力調控方式不同分兩類： 一類是可及時控制的能源，如燃油或燃氣鍋爐、電鍋爐和帶燃燒器的生物質鍋爐；另一類是非及時控制的能源，如燃煤鍋爐和燒劈柴鍋爐、熱泵熱水機等。在采暖系統設計中，對于非及時控制的輔助能源，可以利用容量較大水箱進行儲熱緩沖，保證采暖系統進水溫度波動較小，提高采暖的舒適度和便于對水泵和控制閥等部件的控制。
1.2 太陽能保證率
太陽能保證率是指太陽能提供的能源占系統熱水和采暖所需總熱量的比例。對于太陽能采暖系統，其保證率一般在20 %～60 %，國外也有一些系統采用季節性儲熱辦法達到很高的太陽能保證率，甚至實現熱水和采暖所需的熱量全部由太陽能提供，但從系統投資回報來說，太陽能保證率在30 %～50 %比較好。對于太陽能保證率較高的系統，必須考慮儲熱問題，但季節性儲熱會大大增加初投資。
1.3 系統的防凍問題
太陽采暖系統是一個四季運行的系統，系統須考慮冬季的防凍問題，采取的方案有： ① 集熱器回路傳熱工質采用防凍液；② 落水式排空防凍系統；③ 夜晚利用儲熱水箱中熱水回流集熱器防凍；④ 敷設電熱帶防凍。
1.4 系統的過熱問題
采暖系統集熱器面積較大，非采暖季節會出現太陽能得熱量遠大于供應熱水所需要熱量，因此會出現過熱問題。如果設計不當，會造成系統溫度高于系統部件工作允許溫度，導致部件壽命縮短和連接件漏水，甚至會產生安全問題。解決系統過熱的措施有： ① 集熱器排空；② 集熱器悶曬運行；③ 設計散熱系統，以保證系統在安全溫度下運行。
1.5 采暖系統的儲熱水箱
太陽能集熱系統、熱水系統和采暖系統對工作溫度要求是不同的： 太陽能集熱系統的工作溫度越低，熱效率越高，因此系統設計中應盡量降低太陽能集熱系統工作溫度，太陽能采暖適宜采用低溫地板采暖系統，供水溫度在40 ℃左右；生活熱水供水溫度為50 ℃～60 ℃。為實現不同的供水溫度要求，太陽能采暖系統一般采用垂直分層水箱。垂直分層水箱工作原理是利用水在不同溫度下的密度差，實現同一水箱可以產生不同的溫度分區，即低溫的水位于水箱底部，高溫的水位于水箱上部時，并可以相互不摻混。分層水箱下部布置與太陽能集熱器相連的換熱器；中部水溫適合于采暖，與采暖系統相連；上部水溫最高，布置生活熱水的換熱器。
1.6 系統換熱設計
太陽能采暖系統之間換熱利用換熱器實現，換熱器種類有： ① 盤管式換熱器；② 套筒式水箱壁面換熱；③ 板式換熱器。盤管式換熱器是太陽能采暖系統使用最廣泛的換熱方式，目前使用的材料有銅管、不銹鋼波紋管和耐高溫塑料管，為提高換熱能力，很多廠家使用外翅片管；套筒式水箱是把生活熱水水箱放置在儲熱水箱中，利用內置生活水箱的壁面進行換熱；外接板式換熱器一般適合集熱器面積較大的系統，換熱器兩側的工質采用強制循環，優點是換熱能力不受換熱水箱大小的制約，換熱溫差較小。
1.7 采暖系統的控制
采暖系統的控制主要是根據系統各部分的溫度控制水泵和閥門。例如： ① 集熱器回路控制： 當集熱器出水溫度高于儲熱水箱的換熱器處水溫時，開啟集熱器系統循環水泵，否則關閉；② 防凍控制： 當集熱器進水溫度低于設定溫度( 如4 ℃) ，開啟水泵進行溫循環防凍或排空系統工質；③ 防過熱控制： 當儲熱水箱溫度高于設定溫度( 如75 ℃) ，關閉集熱器系統循環水泵使集熱器系統進入悶曬運行或啟用其他防過熱措施。
1.8 集熱器的選擇
國外的太陽能采暖系統主要采用平板型集熱器，并且其應用還在不斷發展壯大，平板太陽能集熱器在國外能獲得快速的發展和應用，究其原因主要有下面幾點：
(1) 平板太陽能集熱器能承壓、壽命長、容易組成二次回路系統。國外的太陽能熱水器基本上都是雙回路承壓型分體結構。真空管太陽能熱水器若制成承壓分體結構產品后,其成本將顯著高于平板型產品。相對而言平板太陽能熱水器將更受用戶歡迎。
(2) 平板太陽能集熱器容易與建筑結合，安裝后能保持建筑的美觀。建筑設計師容易接受以平板型太陽能集熱器與建筑結合的一體化方案。
(3) 平板型太陽能集熱器多以銅鋁等金屬材料為主,其產品材料回收利用率高。
(4) 產品熱性能好。國外平板型太陽能集熱器已研發多年,其產品熱性能已接近或等同真空管太陽能集熱器。
(5) 平板型太陽能集熱器和熱水系統安全可靠,有效采光面積大，熱效率高。國外平板式太陽能熱水工程主要用于熱水和采暖?？煽渴潜匾臈l件。此外,在同等輸出功率條件下，平板太陽能集熱器占地面積小(真空管之間有空隙占地面積較大)。
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