在新農(nóng)村建設(shè)中太陽能采暖／熱水系統(tǒng)的工程應(yīng)用

鄭　磊

隨著我國經(jīng)濟(jì)的持續(xù)發(fā)展，能源短缺問題日益顯現(xiàn)。作為耗能大戶的建筑能耗，更成為當(dāng)前節(jié)能工作的重點關(guān)注對象。能源節(jié)約問題在廣大農(nóng)村也十分突出。

為了解決農(nóng)村能源問題、保護(hù)生態(tài)環(huán)境，促進(jìn)農(nóng)村經(jīng)濟(jì)發(fā)展，調(diào)整農(nóng)村能源結(jié)構(gòu)形式，國家提出了建設(shè)社會主義新農(nóng)村的方針，新民居建設(shè)工作逐步展開。而在新民居的建設(shè)過程中，技術(shù)成熟、應(yīng)用廣泛的太陽能熱利用技術(shù)得到了廣泛推廣。本文主要介紹太陽能采暖/熱水系統(tǒng)在新農(nóng)村的應(yīng)用。

一、 太陽能低溫?zé)崴匕遢椛洳膳?熱水系統(tǒng)簡介

1.1 太陽能低溫?zé)崴匕遢椛洳膳?熱水系統(tǒng)是以太陽能為系統(tǒng)集熱熱源，同時輔以常規(guī)能源系統(tǒng)，采用低溫地板輻射方式供應(yīng)建筑物能量的新型節(jié)能供暖方式。

1.2 系統(tǒng)組成

太陽能供暖系統(tǒng)由太陽能集熱系統(tǒng)、輔助能源保障系統(tǒng)、低溫?zé)崴匕遢椛洳膳到y(tǒng)及生活熱水供應(yīng)系統(tǒng)幾部分組成。

1.2.1太陽能集熱系統(tǒng)由集熱器、循環(huán)水泵及儲熱水箱等組成，其作用是通過集熱器最大限度地收集熱量，并通過儲水箱進(jìn)行熱量的儲備及緩沖。

1.2.2輔助能源保障系統(tǒng)可由各種類型的常規(guī)能源組成，作為太陽能集熱系統(tǒng)的補(bǔ)充，在連續(xù)陰雨天氣或其他特殊供暖需求時啟動，以滿足系統(tǒng)供熱需求。

1.2.3太陽能集熱器屬中低溫?zé)嵩丛O(shè)備，因而應(yīng)針對其效率特性曲線進(jìn)行散熱端的選擇，以達(dá)到系統(tǒng)的整體高效性。一般太陽能供暖系統(tǒng)均采用低溫地板輻射散熱系統(tǒng)，其設(shè)計熱媒溫度為40℃～50℃的低溫?zé)崴?，這使太陽能集熱系統(tǒng)始終工作在高效率區(qū)域。

二、工程實例介紹

1 工程概況

太平莊村是北京市平谷區(qū)2006年新民居建設(shè)整體改造的示范村鎮(zhèn)之一，該村首期改造工程為71戶，建筑物為單層，建筑面積110m2，內(nèi)外墻體為200mm厚砼空心磚砌塊結(jié)構(gòu)，中間采用30mm厚聚苯保溫，屋面采用60mm厚聚苯保溫。該項目的供暖及生活熱水由太陽能系統(tǒng)提供。

2系統(tǒng)設(shè)計方案

2.1建筑物負(fù)荷分析

2.1.1北京地區(qū)太陽輻射及氣候狀況；

北京地區(qū)北緯39°57′，東經(jīng)116°19′；

T——月平均室外溫度（℃）；

H——等緯度角太陽月平均日輻射量（MJ/㎡d）；

（數(shù)據(jù)來源：民用建筑太陽能熱水系統(tǒng)工程技術(shù)手冊）

2.2、建筑物采暖期熱負(fù)荷值計算：

2.3、生活熱水熱負(fù)荷分析

根據(jù)建筑物的面積情況，每天平均用水人數(shù)按4人考慮，每人每天50℃生活熱水用量按60L計，則每天用水量為240L，非采暖期245天生活熱水總量58800L，按10℃冷水計算溫度考慮：

58800L×（50-10）℃×1KCAL/KG. ℃=2352000KCAL

即總熱負(fù)荷為9847.35MJ。

3、太陽能得熱量及貢獻(xiàn)率分析

3.1采暖期太陽熱水系統(tǒng)有效太陽得熱量及貢獻(xiàn)率分析

3.2非采暖期太陽熱水系統(tǒng)得熱量及貢獻(xiàn)率分析

非采暖季的太陽總得熱量為22624.62MJ，遠(yuǎn)大于實際熱負(fù)荷值（9847.35MJ）。

4 系統(tǒng)整體設(shè)計方案

太陽能采暖熱水系統(tǒng)的設(shè)計綜合考慮了建筑物的功能需求、實際使用特點、系統(tǒng)的投資及保證率等多種因

素。

4.1工程項目中采用14.4 m2的集熱器作為集熱設(shè)備，同時配套200L采暖/熱水水箱、輔助鍋爐（14Kw）共同組成復(fù)合能量供應(yīng)系統(tǒng)。

4.2集熱器采用“構(gòu)件型平板集熱器”，一方面，集熱器具有安全、可靠、承壓性能高、故障率低等特點，同時集熱器易與建筑物相結(jié)合，達(dá)到建筑物的美觀性。另一方面，相對于生活熱水來講，集熱器面積過大，平板集熱器能有效地防止夏季出現(xiàn)集熱器過熱問題。

4.3系統(tǒng)中采用雙層套筒式水箱技術(shù)，水箱結(jié)構(gòu)為外套開式，內(nèi)套承壓，將采暖功能與熱水供應(yīng)集中于同一個設(shè)備；外套為太陽能系統(tǒng)及采暖系統(tǒng)循環(huán)水，內(nèi)套為生活熱水，這樣采用一個水箱就能同時解決了太陽能系統(tǒng)的排空防凍和承壓方式供應(yīng)生活熱水問題，節(jié)省了設(shè)備的投資及占地。

4.4系統(tǒng)末端為低溫地板輻射供暖方式，敷設(shè)管材為PEX管。

4.5太陽能集熱系統(tǒng)運(yùn)行方式為溫差循環(huán)、系統(tǒng)排空防凍方式，達(dá)到了充分利用太陽能的目的；

系統(tǒng)控制方式:

（1）太陽能系統(tǒng)采用溫差循環(huán)，太陽能泵的啟停條件為：集熱器溫度≥參考溫度T2+設(shè)定溫差上限時，循環(huán)泵P1啟動;當(dāng)集熱器溫度≤參考溫度T2+設(shè)定溫差下限時，P1泵停止。當(dāng)水箱溫度T3≥75℃時太陽能泵停止，當(dāng)水箱溫度T3≤60℃時系統(tǒng)重新投入運(yùn)行。

（2）采暖泵:采暖季節(jié)時將控制器設(shè)定為采暖模式，采暖泵將根據(jù)室內(nèi)溫度（室內(nèi)溫度可以設(shè)定）啟動和停止，同時也可以通過面板上的按鍵手動控制采暖泵的啟停。當(dāng)水箱溫度T3≥75℃時采暖泵停止，當(dāng)水箱溫度T3≤60℃時系統(tǒng)重新投入運(yùn)行。

（3）電加熱: 系統(tǒng)運(yùn)行時按動控制器面板"電加熱"控制按鈕，電加熱將按設(shè)定水箱溫度上、下限啟動和停止，在此按動"電加熱"控制按鈕時，電加熱停止工作。（4)洗浴室打開淋浴噴頭即可；

（5）采暖季節(jié)時采暖水箱溫度低于要求時，通過輔助鍋爐循環(huán)進(jìn)行補(bǔ)熱（也可以通過電加熱加熱）。

（6）本系統(tǒng)采用電子液位自動補(bǔ)水，補(bǔ)水電磁閥受液位和時間雙重控制，在液面相對靜止時進(jìn)行。

4.6工程測試分析

由于太陽能供暖在應(yīng)用上存在著季節(jié)性及晝夜性的供應(yīng)與消耗反差，因而存在著冬季熱量不足、貢獻(xiàn)率不高但夏季系統(tǒng)過熱的問題，該項目技術(shù)在實際應(yīng)用上還處于起步階段，缺乏實際的數(shù)據(jù)，為了取得第一手的資料，我們對多個采暖系統(tǒng)進(jìn)行了跟蹤測試。現(xiàn)以平谷區(qū)太平莊村為例，將部分測試數(shù)據(jù)匯總制表，供用戶及技術(shù)部門參考。

4.7 系統(tǒng)設(shè)計技術(shù)條件

通過對設(shè)計及實際測試的分析，對于太陽能采暖熱水系統(tǒng)技術(shù)推廣，關(guān)鍵需要解決幾大模塊的問題：

4.7.1、建筑物的節(jié)能性：相對于建筑物的能耗，太陽能的采集熱量是有限的，因而需要建筑物有較好的節(jié)能性，太陽能采暖系統(tǒng)才具備實際的工程應(yīng)用及經(jīng)濟(jì)可行性。

4.7.2、系統(tǒng)的全天候運(yùn)行設(shè)計及控制思路：包括系統(tǒng)的集熱面積設(shè)計、輔助能源設(shè)計及系統(tǒng)整體設(shè)計、控制思路的合理性；

4.7.3、集熱系統(tǒng)與建筑的融合：包括集熱器與建筑結(jié)構(gòu)的結(jié)合型式、附屬設(shè)備及管路布置，在保證系統(tǒng)安全性、可靠性（集熱器類型的選擇、系統(tǒng)的防凍）的同時，滿足與建筑的整體協(xié)調(diào)性。

4.7.4、系統(tǒng)散熱模塊選擇：采暖系統(tǒng)散熱端應(yīng)選擇與太陽能集熱系統(tǒng)相適應(yīng)的型式。

三、結(jié) 論

太陽能采暖/熱水系統(tǒng)對于解決農(nóng)村冬季采暖和熱水問題，切實可行，是農(nóng)村節(jié)能減排的有效方式。

九陽公司太陽能采暖/熱水系統(tǒng)技術(shù)作為推廣項目，已廣泛應(yīng)用到眾多村鎮(zhèn)的改造模式中去，在北京市新農(nóng)村及大連市成功推廣應(yīng)用。

以新能源、新材料技術(shù)為主的新民居建設(shè)工程，通過重新規(guī)劃及改造，對于改變農(nóng)村現(xiàn)狀、保護(hù)當(dāng)?shù)刈匀画h(huán)境、改變農(nóng)民居住生活條件，具有積極的促進(jìn)作用。