在新農村建設中太陽能采暖／熱水系統的工程應用

鄭　磊

隨著我國經濟的持續發展，能源短缺問題日益顯現。作為耗能大戶的建筑能耗，更成為當前節能工作的重點關注對象。能源節約問題在廣大農村也十分突出。

為了解決農村能源問題、保護生態環境，促進農村經濟發展，調整農村能源結構形式，國家提出了建設社會主義新農村的方針，新民居建設工作逐步展開。而在新民居的建設過程中，技術成熟、應用廣泛的太陽能熱利用技術得到了廣泛推廣。本文主要介紹太陽能采暖/熱水系統在新農村的應用。

一、 太陽能低溫熱水地板輻射采暖/熱水系統簡介

1.1 太陽能低溫熱水地板輻射采暖/熱水系統是以太陽能為系統集熱熱源，同時輔以常規能源系統，采用低溫地板輻射方式供應建筑物能量的新型節能供暖方式。

1.2 系統組成

太陽能供暖系統由太陽能集熱系統、輔助能源保障系統、低溫熱水地板輻射采暖系統及生活熱水供應系統幾部分組成。

1.2.1太陽能集熱系統由集熱器、循環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，并通過儲水箱進行熱量的儲備及緩沖。

1.2.2輔助能源保障系統可由各種類型的常規能源組成，作為太陽能集熱系統的補充，在連續陰雨天氣或其他特殊供暖需求時啟動，以滿足系統供熱需求。

1.2.3太陽能集熱器屬中低溫熱源設備，因而應針對其效率特性曲線進行散熱端的選擇，以達到系統的整體高效性。一般太陽能供暖系統均采用低溫地板輻射散熱系統，其設計熱媒溫度為40℃～50℃的低溫熱水，這使太陽能集熱系統始終工作在高效率區域。

二、工程實例介紹

1 工程概況

太平莊村是北京市平谷區2006年新民居建設整體改造的示范村鎮之一，該村首期改造工程為71戶，建筑物為單層，建筑面積110m2，內外墻體為200mm厚砼空心磚砌塊結構，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提供。

2系統設計方案

2.1建筑物負荷分析

2.1.1北京地區太陽輻射及氣候狀況；

北京地區北緯39°57′，東經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）；

（數據來源：民用建筑太陽能熱水系統工程技術手冊）

2.2、建筑物采暖期熱負荷值計算：

2.3、生活熱水熱負荷分析

根據建筑物的面積情況，每天平均用水人數按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

即總熱負荷為9847.35MJ。

3、太陽能得熱量及貢獻率分析

3.1采暖期太陽熱水系統有效太陽得熱量及貢獻率分析

3.2非采暖期太陽熱水系統得熱量及貢獻率分析

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

4 系統整體設計方案

太陽能采暖熱水系統的設計綜合考慮了建筑物的功能需求、實際使用特點、系統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備，同時配套200L采暖/熱水水箱、輔助鍋爐（14Kw）共同組成復合能量供應系統。

4.2集熱器采用“構件型平板集熱器”，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合，達到建筑物的美觀性。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集熱器過熱問題。

4.3系統中采用雙層套筒式水箱技術，水箱結構為外套開式，內套承壓，將采暖功能與熱水供應集中于同一個設備；外套為太陽能系統及采暖系統循環水，內套為生活熱水，這樣采用一個水箱就能同時解決了太陽能系統的排空防凍和承壓方式供應生活熱水問題，節省了設備的投資及占地。

4.4系統末端為低溫地板輻射供暖方式，敷設管材為PEX管。

4.5太陽能集熱系統運行方式為溫差循環、系統排空防凍方式，達到了充分利用太陽能的目的；

系統控制方式:

（1）太陽能系統采用溫差循環，太陽能泵的啟停條件為：集熱器溫度≥參考溫度T2+設定溫差上限時，循環泵P1啟動;當集熱器溫度≤參考溫度T2+設定溫差下限時，P1泵停止。當水箱溫度T3≥75℃時太陽能泵停止，當水箱溫度T3≤60℃時系統重新投入運行。

（2）采暖泵:采暖季節時將控制器設定為采暖模式，采暖泵將根據室內溫度（室內溫度可以設定）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。當水箱溫度T3≥75℃時采暖泵停止，當水箱溫度T3≤60℃時系統重新投入運行。

（3）電加熱: 系統運行時按動控制器面板"電加熱"控制按鈕，電加熱將按設定水箱溫度上、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）采暖季節時采暖水箱溫度低于要求時，通過輔助鍋爐循環進行補熱（也可以通過電加熱加熱）。

（6）本系統采用電子液位自動補水，補水電磁閥受液位和時間雙重控制，在液面相對靜止時進行。

4.6工程測試分析

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

4.7 系統設計技術條件

通過對設計及實際測試的分析，對于太陽能采暖熱水系統技術推廣，關鍵需要解決幾大模塊的問題：

4.7.1、建筑物的節能性：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能性，太陽能采暖系統才具備實際的工程應用及經濟可行性。

4.7.2、系統的全天候運行設計及控制思路：包括系統的集熱面積設計、輔助能源設計及系統整體設計、控制思路的合理性；

4.7.3、集熱系統與建筑的融合：包括集熱器與建筑結構的結合型式、附屬設備及管路布置，在保證系統安全性、可靠性（集熱器類型的選擇、系統的防凍）的同時，滿足與建筑的整體協調性。

4.7.4、系統散熱模塊選擇：采暖系統散熱端應選擇與太陽能集熱系統相適應的型式。

三、結 論

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

九陽公司太陽能采暖/熱水系統技術作為推廣項目，已廣泛應用到眾多村鎮的改造模式中去，在北京市新農村及大連市成功推廣應用。

以新能源、新材料技術為主的新民居建設工程，通過重新規劃及改造，對于改變農村現狀、保護當地自然環境、改變農民居住生活條件，具有積極的促進作用。