晟煜·東湖灣別墅太陽能輔助采暖系統(tǒng)設(shè)計(jì)及應(yīng)用

張健

(黑龍江省晟煜科技發(fā)展有限公司，哈爾濱150010)

1 取暖方式的確定

晟煜·東湖灣別墅項(xiàng)目坐落在哈爾濱市阿城區(qū)阿什河以東，由于山水新城基礎(chǔ)設(shè)施不健全，其集中供暖設(shè)施2～3 a內(nèi)難以提供。黑龍江省晟煜科技發(fā)展有限公司是為實(shí)施國家節(jié)能減排，發(fā)展低碳經(jīng)濟(jì)的戰(zhàn)略方針，決定在東北地區(qū)首次采用太陽能輔助采暖系統(tǒng)做為該小區(qū)采暖方式。

2 別墅設(shè)計(jì)方面要求

1)系統(tǒng)采暖熱負(fù)荷:根據(jù)《城市熱力網(wǎng)設(shè)計(jì)規(guī)范》［1］(圖集編號(hào):CJJ34—2002)和《民用建筑熱工設(shè)計(jì)規(guī)范》［2］(圖集編號(hào):GB50176—93)及甲方設(shè)計(jì)要求，別墅熱負(fù)荷按照80 w/m2(建筑面積考慮)。

2)晴好天氣以太陽能為主，陰雨雪天氣或陽光不足時(shí)，利用電輔助設(shè)備加熱。

4)安裝位置:太陽集熱器安裝在別墅屋頂，水箱、控制系統(tǒng)等設(shè)備放置在室內(nèi)。

3 氣象資料

1)根據(jù)國家氣象中心提供的2001年全國各地日均及年總輻射數(shù)據(jù)(單位MJ/m2)，哈爾濱觀測(cè)站地區(qū)的太陽輻照情況，數(shù)據(jù)見表1。

表1 2011年哈爾濱地區(qū)太陽輻射情況表

年平均日照時(shí)數(shù)為2 450.5 h;日平均日照時(shí)數(shù)為6.7 h;生活基礎(chǔ)水溫為6℃～10℃。

室外計(jì)算干球溫度－20℃;采暖天數(shù)為190 d。太陽輻照度為4 942 MJ/m2，屬太陽能資源一般地區(qū)。

2)冷水計(jì)算溫度，見表1［3］。

表2 冷水計(jì)算溫度一覽表

參照表1，黑龍江省基礎(chǔ)水溫按地下水溫度6℃設(shè)計(jì)。

4 太陽能輔助電熱水鍋爐采暖熱水系統(tǒng)設(shè)計(jì)

4.1 系統(tǒng)原理圖

系統(tǒng)原理見圖1。

近年來隨著生物測(cè)序技術(shù)的發(fā)展，越來越多的circRNA逐漸被發(fā)現(xiàn)，同時(shí)有關(guān)circRNA的起源、特征、作用以及其與疾病的關(guān)系方面的報(bào)道也越來越多，但是目前大部分相關(guān)研究還處于探索階段[16]。circRNA研究成為了ncRNA調(diào)控疾病和生理過程研究的熱點(diǎn)，以circRNA為基礎(chǔ)的診斷和疾病治療研究也必將成越來越多地受到學(xué)界的關(guān)注。

圖1 采暖熱水系統(tǒng)原理圖

4.2 系統(tǒng)運(yùn)行原理說明

系統(tǒng)運(yùn)行說明包括以下4個(gè)方面:

1)熱水箱設(shè)有溫度參考點(diǎn)，太陽能集熱器設(shè)有溫度測(cè)點(diǎn)，當(dāng)集熱器檢測(cè)點(diǎn)溫度比熱水箱水溫升高至溫度差上限時(shí)，太陽能系統(tǒng)水泵啟動(dòng)，提升采暖水箱溫度。

2)當(dāng)集熱器檢測(cè)溫度比采暖水箱溫度達(dá)到設(shè)定溫差下限時(shí)，太陽能系統(tǒng)水泵停止，集熱器及系統(tǒng)管道中的水排回水箱中，達(dá)到排空防凍作用。

3)輔助用電鍋爐可同時(shí)作為采暖及熱水的補(bǔ)充。當(dāng)采暖水箱溫度達(dá)不到設(shè)定溫度時(shí)，系統(tǒng)鍋爐對(duì)采暖水箱的水循環(huán)加熱，達(dá)到設(shè)定溫度以滿足供暖需求;對(duì)生活熱水的輔助采用即熱的方式，當(dāng)水箱中供應(yīng)的生活熱水溫度達(dá)不到用水溫度需求時(shí)，通過電鍋爐進(jìn)行即時(shí)加熱即可。

4)供暖水泵可根據(jù)房間設(shè)定溫度要求進(jìn)行啟停:

定溫循環(huán):當(dāng)集熱器介質(zhì)出口溫度大于設(shè)定值60℃時(shí)，循環(huán)泵啟動(dòng)循環(huán)，管道內(nèi)的介質(zhì)將熱量從集熱器傳遞到戶內(nèi)水箱;當(dāng)溫差小于預(yù)設(shè)值50℃時(shí)，溫差循環(huán)泵停止。

只要水箱內(nèi)的水溫不高于50℃，集熱系統(tǒng)就不會(huì)將用戶儲(chǔ)水箱內(nèi)的熱量帶走;當(dāng)天氣不太好時(shí)，也能把儲(chǔ)水箱內(nèi)的水溫進(jìn)行一定程度的提升，若仍達(dá)不到洗浴溫度需要電輔助加熱。這樣也可節(jié)省一部分電能。

溫度顯示、電輔控制:每戶儲(chǔ)水箱有1臺(tái)控制器，能顯示水箱溫度?？刂破骺梢钥刂齐娂訜釂?dòng)時(shí)間，用戶可自己根據(jù)實(shí)際情況設(shè)定電加熱啟動(dòng)時(shí)間，當(dāng)?shù)竭_(dá)設(shè)定時(shí)間而儲(chǔ)水箱溫度達(dá)不到設(shè)定溫度時(shí)電加熱自動(dòng)啟動(dòng)，到達(dá)設(shè)定溫度電加熱自動(dòng)停止。

4.3 集熱面積設(shè)計(jì)

集熱器采光面積計(jì)算公式:

式中:Ac為直接系統(tǒng)集熱器總面積，m2;Qf為建筑物全天總耗熱量，MJ;Jt為當(dāng)?shù)夭膳竟?jié)水平面月平均日太陽輻照量，MJ/m2;注:當(dāng)集熱器的傾角為30°～50°，水平面輻照量轉(zhuǎn)化到傾斜面上一般乘以1.1～1.3的系數(shù)。f為太陽能保證率，無量綱;f根據(jù)系統(tǒng)使用期內(nèi)的太陽輻照、系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性及用戶要求等因素綜合考慮后確定;ηcd為集熱器日平均熱效率，國標(biāo)經(jīng)驗(yàn)值取0.25～0.50;ηL為管路及蓄熱水箱熱損失率，無量綱，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)值宜為0.2～0.3。

對(duì)模式一，計(jì)算出采用太陽能采暖時(shí)每平米建筑面積所需要的集熱器面積，對(duì)照A1戶型 Qf=80 w/m2×1 m2× 3600s×24h=6.9MJ/m2，f=1.0，ηcd=0.5，ηL=0.25，Jt= 8.295×1.2=9.948MJ/m2，算得:Ac=1.84m2。

5 設(shè)計(jì)方案確定與效益分析

1)根據(jù)以上計(jì)算，若全部采用太陽能作為采暖熱源時(shí)，每平米的建筑面積需要配置約1.84 m2的集熱器，見表3。

表3 太陽能計(jì)算成果表

別墅屋頂面積有限，根本無法提供足夠面積鋪設(shè)采暖所需數(shù)量的集熱器，因此我們采用50塊集熱板和采電鍋爐共同采暖的設(shè)計(jì)方案。

2)設(shè)計(jì)方案計(jì)算情況為:

A1戶型:建筑面積298.5 m2，設(shè)計(jì)建筑面積298.5 m2，設(shè)計(jì)熱負(fù)荷24 kW，根據(jù)海爾太陽能集熱器的計(jì)算，由于屋面只能安裝50塊集熱板(125 m2)，占熱負(fù)荷的23%，即24 kW× 0.23=5.52 kW，剩余的24－5.52=18.48 kW用電鍋爐輔助加熱，按照每天輔助加熱3 h計(jì)算，每年180 d采暖期需用電量:

18.48 kW×3 h×180 d/0.95(效率)=10 504 kW·h

折合電費(fèi):0.50元×10504 kW·h=5255元

5255元/200 m2=26.3元/m2

按照哈市采暖收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)每年1 m2建筑面積40.35元/m2建.年，298.5 m2建筑面積折合使用面積298.5 m2/1.5≈200 m2，全年應(yīng)繳熱費(fèi)40.34元×200=8070元，

40.34 元/m2－26.3元/m2=14.04元/m2

因此利用太陽能采暖和電鍋爐輔助采暖每年可節(jié)約費(fèi)用8070元－5255元=2815元，同時(shí)還實(shí)現(xiàn)了低碳減排。

該設(shè)計(jì)方案運(yùn)行費(fèi)用比燃油、燃?xì)夂碗婂仩t更便宜，如采用經(jīng)濟(jì)運(yùn)行年采暖費(fèi)用僅為26.3元/m2，不同地區(qū)和不同建筑物的標(biāo)準(zhǔn)不同，采暖條件和方式不同，耗電量即采暖費(fèi)會(huì)有差別，該系統(tǒng)無泄露、無噪聲、無任何污染。系統(tǒng)運(yùn)行安全，全自動(dòng)控制常壓設(shè)計(jì)并有漏電、缺水保護(hù)裝置，無需專人職守。使用方便，智能溫控器自動(dòng)控制(可分4時(shí)段定溫)，使用靈活方便，室溫可由自己需要設(shè)定，采暖費(fèi)用多少可以由自己掌握控制。可滿足北方地區(qū)冬季采暖需要(如采用低谷電費(fèi)用更低)。

［1］ 天津市熱電設(shè)計(jì)院，等.CJJ34—2002城市熱力網(wǎng)設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.北京:中國建筑工業(yè)出版社，2002.

［2］ 中國建筑科學(xué)研究院.GB50176—93民用建筑熱工設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.北京:建設(shè)部標(biāo)準(zhǔn)定額研究所，1993.

［3］ 鄭瑞澄.民用建筑太陽熱水系統(tǒng)工程技術(shù)手冊(cè)［S］.北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2011.