石寧鈺

李穆然的太陽能利用方案原理簡明，操作方便，創(chuàng)意巧妙，經(jīng)濟(jì)高效，是節(jié)能減碳應(yīng)對(duì)全球氣候變化的利器，關(guān)鍵是要推廣到尋常百姓家。

對(duì)李穆然最深的印象，是在一個(gè)雨天，他帶我們爬到了天臺(tái)。在六組六平米的集熱器前，李穆然像介紹自己的寶貝一樣，不厭其煩地一遍遍講著它的原理。這小小的36平米，卻凝聚了李穆然的無數(shù)心血。

冬天不用供暖，夏天不用空調(diào)，室內(nèi)空氣卻常年保持恒溫，就是靠這36平米的集熱器。這座被動(dòng)式超低能耗建筑的節(jié)能環(huán)保給到會(huì)的每一個(gè)人都留下了極為深刻的印象。

普及太陽能技術(shù)，實(shí)現(xiàn)純太陽能供暖，讓環(huán)保、低耗能、低成本的太陽能走進(jìn)老百姓的家里，這一直是李穆然畢生的夢想。

太陽能供暖的春天

今年數(shù)九寒冬的取暖季里，京郊許多村莊已不見了煤煙煤灰。

“今年400個(gè)村不再燒煤取暖”這一政策令李穆然欣喜，今后在這400個(gè)村莊內(nèi)，將再也看不到燃煤黑煙扶搖直上的景象。對(duì)天然氣和電力將成為采暖主力能源，眾多深受霧霾之害的市民舉雙手贊成。

400個(gè)村莊15萬戶經(jīng)過“煤改清潔能源”工程，將告別燒煤取暖，預(yù)計(jì)減少45萬噸煤燃燒。按北京市計(jì)劃，到2020年平原地區(qū)村莊將全部用上清潔能源。

但李穆然卻在思考：既然作為清潔能源替代的一場戰(zhàn)役，怎么沒看到最清潔的能源太陽能的身影？電力和天然氣雖然比煤清潔，但畢竟仍屬于化石能源，會(huì)越用越少。而太陽能不僅絕對(duì)清潔，且永不枯竭長期無償供給，尤以平房為主，在家家具備充分采光條件的平原地帶，用起來更是得天獨(dú)厚。

“現(xiàn)在未被考慮，肯定不是決策者一時(shí)疏忽，而是經(jīng)過市場調(diào)查的一個(gè)決斷。”李穆然公平地分析，歷年來北京市對(duì)太陽能采暖在農(nóng)村的應(yīng)用嘗試，財(cái)政支持力度并不低，絕對(duì)穩(wěn)居各省市之首，理論探討和實(shí)際工程案例都不缺乏?？赡軐?shí)在是看多了太陽能采暖案例在前期投入、供暖效果方面乏善可陳，為免遭農(nóng)戶詬病，才未被列入。

機(jī)會(huì)總是垂青于有準(zhǔn)備的人。2015年，就在北京昌平，一個(gè)純太陽能采暖工程的落地與運(yùn)行，以獨(dú)具一格的采光造型，難以置信的集熱能力，徹底改變了人們對(duì)太陽能采暖投入大效果差的負(fù)面評(píng)價(jià)，獲各界親歷現(xiàn)場人士好評(píng)，讓太陽能供暖不再是“雞肋”。

首座被動(dòng)式低能耗房屋

北京市首座被動(dòng)式低能耗建筑體驗(yàn)中心，落戶昌平區(qū)小湯山鎮(zhèn)講禮村。

7月的一個(gè)上午，我和衛(wèi)社長驅(qū)車前往昌平區(qū)小湯山鎮(zhèn)講禮村的體驗(yàn)中心房屋。該中心室內(nèi)空氣新鮮、溫度宜人。令人稱奇的是，體驗(yàn)中心屋內(nèi)并未安裝任何傳統(tǒng)的采暖或制冷裝置，但室內(nèi)溫度卻能長年保持在19～26攝氏度之間，當(dāng)然具有良好的保溫性和隔熱性，這也是被動(dòng)式房屋最基本的要求。

綠建寶CEO宋心衛(wèi)介紹，該被動(dòng)房建設(shè)項(xiàng)目2000平方米，內(nèi)設(shè)展廳、會(huì)議廳、客房和聲光電配套設(shè)施，是北京市首座利用工業(yè)廠房改建的被動(dòng)式超低能耗建筑。作為樣板工程，項(xiàng)目建設(shè)發(fā)起到目前即將峻工，吸引了國內(nèi)外相關(guān)機(jī)構(gòu)、企業(yè)的密切關(guān)注。今后，將通過組織各種活動(dòng)，讓更多的人直接體驗(yàn)和感受到被動(dòng)式建筑的實(shí)際效果。

冬天已經(jīng)到了，春天還會(huì)遠(yuǎn)嗎？

由于被動(dòng)式建筑的節(jié)能、舒適、環(huán)保和“體驗(yàn)中心”的示范，圍繞節(jié)能減排，住建部等相關(guān)機(jī)構(gòu)的行業(yè)會(huì)議、培訓(xùn)和推廣活動(dòng)將陸續(xù)在這里舉行；已有50多座高檔別墅和一批被動(dòng)式超低能耗建筑項(xiàng)目委托綠建寶組織實(shí)施……

“向霧霾宣戰(zhàn)！為美麗的中國夢做出貢獻(xiàn)！”——在北京首座被動(dòng)式超低能耗建筑建設(shè)過程中，曾有不少關(guān)心、參與建設(shè)的專家及企事業(yè)單位以“眾籌共建”的實(shí)際行動(dòng)，在這里為遏制全球氣候變暖、改善人居環(huán)境做貢獻(xiàn)。

太陽能“做”到的事

被動(dòng)房建設(shè)項(xiàng)目由會(huì)議廳、會(huì)議室、展廳三部分組成，分別安排了純太陽能、純空氣源熱泵和太陽能+熱泵三種供暖方案。三種供暖模式的同場pk在昌平講禮被動(dòng)房項(xiàng)目上演，基本同時(shí)進(jìn)場，同時(shí)投入運(yùn)行。

至當(dāng)月29日開會(huì)時(shí)，分別達(dá)到的溫度值為24.5度、15度和21度。由于適逢強(qiáng)寒流來襲。所以另兩個(gè)帶熱泵的系統(tǒng)，4臺(tái)3kw輸入功率的熱泵從未見有半刻停息。而純太陽能項(xiàng)目則只有兩只600瓦小循環(huán)泵，每天運(yùn)轉(zhuǎn)4小時(shí)左右。哪個(gè)更節(jié)能已無懸念，顯然是純太陽能最低。

純太陽能供暖的會(huì)議廳，面積415平米，內(nèi)高5.2米。屋頂布設(shè)了58×1800×50全玻璃真空管集熱方陣6組。輪廓面積36平米，反光鏡40平米。鏡面和地面夾角20°，集熱面和鏡面夾角90°。今年1月15日安裝完畢，經(jīng)調(diào)試和局部改動(dòng)，20日開始運(yùn)行，整個(gè)系統(tǒng)除去兩臺(tái)600w水泵以外，沒有配置其他耗能裝置，也未設(shè)輔助能源。晴好天氣系統(tǒng)日耗電約1kwh，陰雨雪天耗電為零。從1月中旬到采暖期結(jié)束，兩個(gè)多月，雖然只是半個(gè)采暖周期，但1月28日到31日的世紀(jì)寒流卻一天都沒有躲開，29日，住建部一個(gè)行業(yè)協(xié)會(huì)300人年會(huì)在會(huì)議廳召開，現(xiàn)場溫度顯示為24.6℃，室外-15℃。

那一刻，當(dāng)被告知會(huì)議廳的供暖熱源百分百是由太陽能提供時(shí)，與會(huì)人員無不嘖嘖稱奇。此后，由于霧霾降雪天氣斷續(xù)來襲，給不設(shè)常規(guī)能源的會(huì)議廳供暖帶來嚴(yán)酷的考驗(yàn)。

李穆然欣喜地發(fā)現(xiàn)，即便這樣，會(huì)議廳的溫度記錄也從未低過18℃。說明采用了新的承曬集熱方式，用36平米集熱器就可以滿足415平米建筑的全冬室溫18℃以上采暖需求。而這個(gè)比例和現(xiàn)有太陽能供暖方案動(dòng)輒100：30的集熱器比例相比，連三分之一都不到，說明此方案在提高室溫方面，仍有極大余地。綠建寶基地本身就地處農(nóng)村，環(huán)境條件和農(nóng)舍無差別。太陽能在這里能做到的事，沒有理由說放到普通農(nóng)舍會(huì)行不通，應(yīng)該說效果會(huì)更好。

而李穆然便是負(fù)責(zé)這一項(xiàng)目的技術(shù)總監(jiān)，他還有另一職務(wù)“北京市新能源與可再生能源協(xié)會(huì)太陽能專委會(huì)顧問”。他始終堅(jiān)信，使用太陽能熱水器就等于節(jié)約了電能和燃?xì)獾葘氋F能源，同時(shí)相應(yīng)地減少了溫室氣體的排放。

高效率背后的奧秘

“基地會(huì)議廳太陽能系統(tǒng)效率之所以高，道理其實(shí)很簡單?！崩钅氯徽f，奧秘就在于真空管集熱器擺放上和其他采暖系統(tǒng)都不同：別人的太陽能采暖系統(tǒng)設(shè)計(jì)，為了在冬季能多得些熱，是靠拼面積。盡量把屋頂擺放得滿滿的，中國的房屋又多為平頂或緩坡屋頂。集熱器平鋪其上，和冬季太陽投射光線形成很大交角。橫排式的真空管依次阻擋了下一根真空管的太陽光照。盡管面積不小，但得熱量卻很低。

李穆然的系統(tǒng)反其道而行之。為了讓每一根集熱管都最大限度獲取太陽光照。特別設(shè)計(jì)了一種在別人看來匪夷所思的安裝方式，趴著裝方式：讓集熱器采熱面立起來并向太陽來光方向前傾，故意使其和冬季的太陽投射形成夾角。表面看起來這會(huì)降低集熱器采光量。其實(shí)不然，這個(gè)角度是經(jīng)過計(jì)算的，對(duì)橫排管式太陽能集熱器來說，總得光量并不是只有垂直照射時(shí)才達(dá)最大。由于管間距的存在。即使有所偏斜，只要不形成阻擋，每根管都可得到充分的照射，集熱器總得光量是不變的。且這個(gè)偏斜度容許值達(dá)到45度之多，它恰好為我們?cè)谄湎路桨惭b一面反射鏡創(chuàng)造了條件。

“而太陽能借助鏡面增光，至少有上千年歷史了。直至現(xiàn)代也還在廣泛應(yīng)用。我們當(dāng)然不能錯(cuò)過?！崩钅氯徽f，增加一面和集熱面積等同的平鏡，無論是理論計(jì)算還是幅照儀實(shí)測，都證明可以使集熱器得到的光照接近翻番。和其他太陽能采暖工程擺放方式相比效率大幅度提高，自然就毫不奇怪了。

還有一點(diǎn)值得欣慰的是，李穆然他們的設(shè)計(jì)初衷只是希望能夠提高集熱效率就很滿足了，并沒有敢想要去解決集熱器夏季過熱的難題。盛夏來臨，大面積集熱器由于熱量無處傾瀉，開鍋、爆管給多少工程商帶來無數(shù)處理煩惱和經(jīng)濟(jì)損失?，F(xiàn)在隨著我們這種集熱方式的推出，過熱已意外地成為歷史記憶了。因?yàn)?，它可以自?dòng)地讓集熱器在盛夏減少甚至消除產(chǎn)熱量。

當(dāng)然，如果需要系統(tǒng)擔(dān)當(dāng)全年生活熱水供給，也很容易。只要稍微調(diào)整一下布放角度就可以了。系統(tǒng)當(dāng)然還有其他一些防凍，防漏，防溢，防污染等技術(shù)對(duì)策。

全太陽能采暖的煉成

全太陽能采暖意味著建筑僅僅依靠太陽的輻射能，無需借助任何其它類型制熱能源即可解決整個(gè)采暖季的采暖需求。聽起來有些離譜，畢竟任何地區(qū)都不可能整整一冬天都天氣晴朗。陰、霾、雪天拿什么保持室內(nèi)溫度不會(huì)降低？

李穆然是這樣解釋的：“農(nóng)業(yè)生產(chǎn)需要灌溉，但到了該澆水的時(shí)候，天不下雨怎么辦，可能有兩種選擇，一是借水，二是等死。還有第三種辦法，那就是利用蓄水?！比彼貐^(qū)自建水窖，就是把平時(shí)雨水引入水窖儲(chǔ)存起來，到需要時(shí)拿來救急。

李穆然認(rèn)為，太陽能采暖也可以采用此法，水蓄能或其他蓄能方式都可以。無非是配備一個(gè)大容量的儲(chǔ)水容器，做好保溫。按李穆然的測算只要能存夠10天用的，就完全可以滿足全采暖季的要求了。因?yàn)槿钡貐^(qū)冬天出現(xiàn)連續(xù)10天陰天的概率很低，大雪下完，跟著就是大風(fēng)。掃掉集熱器積雪，照樣正常供熱?！俺ニ湫顭幔瑢?shí)際上房屋自身也有很強(qiáng)的蓄熱功能。供暖系統(tǒng)和熱水系統(tǒng)最大區(qū)別就是供暖有滯后效應(yīng)?！崩钅氯慌e例說。

李穆然在基地會(huì)議廳做的純太陽能采暖系統(tǒng)，并沒有來得及裝大型儲(chǔ)熱水箱，但由于太陽能的投入運(yùn)行時(shí)間比會(huì)議廳啟用提前了一個(gè)星期，到了正式開會(huì)時(shí)室溫已從原來的15度逐步升到了25度。而后1個(gè)月內(nèi)盡管沒有任何常規(guī)能源介入，室溫一直在18到22度之間變動(dòng)。這期間既有下雪，也有霧霾天氣現(xiàn)象發(fā)生?！白C明了墻體等儲(chǔ)熱作用不可小覷。試想如若再有一只可儲(chǔ)10天熱量的水箱后備，全冬保持20度以上將是何等容易。”因此他得出這樣結(jié)論：三北地區(qū)純太陽能采暖是完全可以實(shí)現(xiàn)的，某種程度上供暖可靠性甚至比帶輔助能源的系統(tǒng)更高。

反觀太陽能系統(tǒng)，天氣極冷一定是寒流大風(fēng)所賜。意味著天氣晴好，太陽幅照度大增。以真空管為采熱元件的集熱器，得熱量不降反增，越北越甚。所以說，純太陽能采暖，將在采暖工程中大展身手，是可以預(yù)期的。

成功改造太陽能熱水器

早在1981年單位分房時(shí)，李穆然就自己動(dòng)手，在自家樓頂上裝了一臺(tái)太陽能熱水器，“我自己就很喜歡研究太陽能，所以堅(jiān)持到現(xiàn)在?！崩钅氯徽f。

那時(shí)候的李穆然學(xué)的專業(yè)雖是地質(zhì)，卻跨行業(yè)思考，珍惜每一次的失敗，走到今天。專注太陽能研究幾十年，并為這個(gè)行業(yè)獨(dú)辟蹊徑，做出了自己的貢獻(xiàn)。

“集中集熱集中供熱系統(tǒng)——北京順義望泉寺公租房項(xiàng)目，得益于華源新第太陽能熱水改造項(xiàng)目的成功案例，我說服了北京順義望泉寺公租房開發(fā)單位，承接了共計(jì)22棟公租房太陽能工程項(xiàng)目?！崩钅氯徽f。

華源新第小區(qū)是上世紀(jì)90年代北京比較高檔的小區(qū)，在售樓時(shí)三棟樓便打出了24小時(shí)供應(yīng)熱水的口號(hào)，并與業(yè)主簽訂了13.7元/噸熱水的合同。但2003年之后北京市不允許使用燃煤供應(yīng)熱水，小區(qū)改用電供熱水，成本急劇增加，造成物業(yè)公司持續(xù)虧損。在此背景下，華源新第物業(yè)開始尋求解決方案，對(duì)項(xiàng)目進(jìn)行改造，找來了北京多家太陽能企業(yè)，都不理想。

無奈之下，華源新第物業(yè)方通過熟人找到了李穆然。當(dāng)時(shí)李穆然及所在的科技公司接受了這個(gè)改造工程。投資了20多萬元、耗時(shí)兩個(gè)多月，在現(xiàn)有高層建筑樓頂上安裝了600平方米的太陽能熱水器。每棟樓安裝平板太陽能集熱器224平方米，利用了樓頂原有的20噸供熱水箱，系統(tǒng)可保證24小時(shí)供熱水，春夏秋3季水溫設(shè)定為40攝氏度，冬季水溫為42攝氏度。通過安裝太陽能熱水器，目前物業(yè)公司供熱水的成本降到了10元/噸以下。

對(duì)于李穆然的系統(tǒng)改造，華源新第物業(yè)負(fù)責(zé)人非常滿意?！拔覀儸F(xiàn)在對(duì)業(yè)主只收14元/噸的熱水費(fèi)，不僅不會(huì)賠錢，這三個(gè)集中式太陽能熱水系統(tǒng)還能免費(fèi)供應(yīng)我們60多個(gè)工作人員的洗浴和生活熱水需求。”

力求純太陽能供暖

李穆然認(rèn)為，欲從根本解決鄉(xiāng)鎮(zhèn)散煤供暖難題，有3種可選方案：一種是空氣能熱泵，一種是“空氣能+太陽能” ，另一種是“太陽能+儲(chǔ)能”。第一種，省錢但不節(jié)能；第二種，節(jié)能但不省錢（投雙份資）；第三種，既節(jié)能又省錢。您選哪項(xiàng)？

就跨季節(jié)采暖問題，李穆然曾請(qǐng)教過一些院士和教授，大家都勸他放棄：“沒有資金，除了大量的設(shè)備，就是賠錢。”而李穆然對(duì)太陽能采暖儲(chǔ)能的看法是：只要選擇的集熱器質(zhì)量和數(shù)量能夠在當(dāng)?shù)刈詈涞娜兆永?，在晴天條件下，能夠產(chǎn)生出足夠目標(biāo)建筑當(dāng)天正常供暖的熱量。

也就是說，遇到陰、雪、霾天氣你用儲(chǔ)存熱量頂上。其他時(shí)間自給自足就可以了。而這點(diǎn)熱量對(duì)于太陽能方陣來說，只要預(yù)設(shè)一個(gè)所謂跨季儲(chǔ)熱水箱體積的十分之一就完全夠用。方陣在進(jìn)入采暖季以前的一兩個(gè)月內(nèi)也足以把箱溫升到很理想的溫度。這樣一來。整個(gè)冬季可以做到百分百太陽能供暖。還要什么油、煤、氣爐做補(bǔ)充？被動(dòng)房建設(shè)項(xiàng)目在最冷這一時(shí)段的運(yùn)行結(jié)果就是證明。

李穆然堅(jiān)信，純太陽能供暖的實(shí)現(xiàn)真的沒有什么難度。

“其實(shí)可以采取跨季儲(chǔ)能。”李穆然建議，對(duì)于獨(dú)立宅院（如農(nóng)舍）承建伊始可在宅基下方預(yù)留儲(chǔ)熱池空間。邊、底敷防水層，中間充以碎石細(xì)砂并灌滿清水。設(shè)外循環(huán)水泵，以便從外設(shè)太陽能集熱器獲取熱能。每年9、10月份即啟動(dòng)溫差循環(huán)功能，只要采熱面積和儲(chǔ)能空間足夠大，則到采暖季開始時(shí)，定能儲(chǔ)存到相當(dāng)基礎(chǔ)熱量。從而避免了當(dāng)前所流行的事到臨頭才抱佛腳式的采熱方式所必然出現(xiàn)的種種弊端。儲(chǔ)熱池不占用任何可用地面和空間，可以成為房屋基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的組成部分，充以碎石細(xì)沙既可有效節(jié)約清水用量，又不妨礙熱量的吸儲(chǔ)與輸出。

相比于短期太陽能采暖，其優(yōu)勢十分明顯?？晒?jié)約集熱器面積；不會(huì)因寒流造成室內(nèi)溫度驟降；可以通過在隔墻內(nèi)敷設(shè)散熱水管的方式，讓墻體成為散熱器。既增加有效使用空間，又提高舒適度；可以做到整個(gè)采暖期完全不需要備用能源，實(shí)現(xiàn)百分百無碳過冬。

另辟蹊徑孜孜不倦

當(dāng)然，以上優(yōu)勢的實(shí)現(xiàn)，必須以被動(dòng)房的其它要素，諸如外保溫、新風(fēng)裝置等相配合才有可能。李穆然曾和清華大學(xué)江億院士做了整整兩個(gè)小時(shí)的交談，詳細(xì)介紹了公司正在北京順義做的大型公租房太陽能熱水系統(tǒng)的各種設(shè)計(jì)思路和進(jìn)展情況。

當(dāng)?shù)弥擁?xiàng)目的22棟樓居然都采用了集中集熱集中儲(chǔ)熱分戶計(jì)量的系統(tǒng)方案時(shí)，江億問：“樓有多少層？”“15層?！苯瓋|又問，住建部都規(guī)定12層以下才能安裝集中式熱水系統(tǒng)，那可指的是普通商品房，戶均面積少說也百平以上，這個(gè)項(xiàng)目戶均面積只有40幾平，又是一梯六戶，樓頂哪來的那么大平臺(tái)安裝足夠的太陽能集熱器？“我們有一項(xiàng)全世界獨(dú)一無二的技術(shù)叫做太陽能無動(dòng)力雙軸跟蹤，可以在一不擴(kuò)大占地二不增加集熱面積的前提下，讓每一塊集熱板一年產(chǎn)出近兩年的熱水量。樓頂平臺(tái)不僅裝得下足夠的集熱板面，還很充?！崩钅氯徽f。

接著，李穆然把這種無動(dòng)力雙軸跟蹤技術(shù)的原理和現(xiàn)場照片向教授做了展示。還把隨身帶去的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?，做了演示，獲得了教授的連聲稱贊，表示這個(gè)創(chuàng)新，既簡單易行又效果卓著，還成本低廉，很有推廣價(jià)值。此后又介紹了系統(tǒng)的其他創(chuàng)新點(diǎn)，如單箱恒溫控制，立管入戶，呼叫供水等等。

李穆然多年從事太陽能光熱利用領(lǐng)域的研究，在他的帶領(lǐng)下，加快了太陽能熱水系統(tǒng)開發(fā)、設(shè)計(jì)步伐，致力于太陽能熱水工程難題攻關(guān)，取得了重大突破。解決了“防凍抗凍、系統(tǒng)全自動(dòng)運(yùn)行、24小時(shí)保證熱水、與建筑完美結(jié)合”四大技術(shù)難題，并孜孜不倦，在這條路上完成新的研究和使命。

當(dāng)下，農(nóng)村采暖煤改電很火，并且基本上是空氣源的天下。而空氣能不僅需要大量政府投資，運(yùn)行后也離不開高額財(cái)政補(bǔ)貼。不少人擔(dān)心，今天的空氣源遲早會(huì)落到當(dāng)年戶戶一個(gè)沼氣池的命運(yùn)?！懊焊碾娭挥懈奶柲懿攀俏ㄒ怀雎贰！崩钅氯粓?jiān)信，因?yàn)樗粌H比熱泵投資少，重要的是它的運(yùn)行能耗，連熱泵的十分之一都不到。“不把太陽能擺在第一位，天理不容?！崩钅氯粓?jiān)定地說。

李穆然另辟蹊徑和孜孜不倦的精神得到了清華大學(xué)建筑學(xué)院教授栗德祥高度評(píng)價(jià)：“李穆然的太陽能利用方案原理簡明，操作方便，創(chuàng)意巧妙，經(jīng)濟(jì)高效，是節(jié)能減碳應(yīng)對(duì)全球氣候變化的利器，關(guān)鍵是要推廣到尋常百姓家。”