晟煜·東湖灣別墅太陽能輔助采暖系統設計及應用

張健

(黑龍江省晟煜科技發展有限公司，哈爾濱150010)

1 取暖方式的確定

晟煜·東湖灣別墅項目坐落在哈爾濱市阿城區阿什河以東，由于山水新城基礎設施不健全，其集中供暖設施2～3 a內難以提供。黑龍江省晟煜科技發展有限公司是為實施國家節能減排，發展低碳經濟的戰略方針，決定在東北地區首次采用太陽能輔助采暖系統做為該小區采暖方式。

2 別墅設計方面要求

1)系統采暖熱負荷:根據《城市熱力網設計規范》［1］(圖集編號:CJJ34—2002)和《民用建筑熱工設計規范》［2］(圖集編號:GB50176—93)及甲方設計要求，別墅熱負荷按照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，利用電輔助設備加熱。

4)安裝位置:太陽集熱器安裝在別墅屋頂，水箱、控制系統等設備放置在室內。

3 氣象資料

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

表1 2011年哈爾濱地區太陽輻射情況表

年平均日照時數為2 450.5 h;日平均日照時數為6.7 h;生活基礎水溫為6℃～10℃。

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

2)冷水計算溫度，見表1［3］。

表2 冷水計算溫度一覽表

參照表1，黑龍江省基礎水溫按地下水溫度6℃設計。

4 太陽能輔助電熱水鍋爐采暖熱水系統設計

4.1 系統原理圖

系統原理見圖1。

近年來隨著生物測序技術的發展，越來越多的circRNA逐漸被發現，同時有關circRNA的起源、特征、作用以及其與疾病的關系方面的報道也越來越多，但是目前大部分相關研究還處于探索階段[16]。circRNA研究成為了ncRNA調控疾病和生理過程研究的熱點，以circRNA為基礎的診斷和疾病治療研究也必將成越來越多地受到學界的關注。

圖1 采暖熱水系統原理圖

4.2 系統運行原理說明

系統運行說明包括以下4個方面:

1)熱水箱設有溫度參考點，太陽能集熱器設有溫度測點，當集熱器檢測點溫度比熱水箱水溫升高至溫度差上限時，太陽能系統水泵啟動，提升采暖水箱溫度。

2)當集熱器檢測溫度比采暖水箱溫度達到設定溫差下限時，太陽能系統水泵停止，集熱器及系統管道中的水排回水箱中，達到排空防凍作用。

3)輔助用電鍋爐可同時作為采暖及熱水的補充。當采暖水箱溫度達不到設定溫度時，系統鍋爐對采暖水箱的水循環加熱，達到設定溫度以滿足供暖需求;對生活熱水的輔助采用即熱的方式，當水箱中供應的生活熱水溫度達不到用水溫度需求時，通過電鍋爐進行即時加熱即可。

4)供暖水泵可根據房間設定溫度要求進行啟停:

定溫循環:當集熱器介質出口溫度大于設定值60℃時，循環泵啟動循環，管道內的介質將熱量從集熱器傳遞到戶內水箱;當溫差小于預設值50℃時，溫差循環泵停止。

只要水箱內的水溫不高于50℃，集熱系統就不會將用戶儲水箱內的熱量帶走;當天氣不太好時，也能把儲水箱內的水溫進行一定程度的提升，若仍達不到洗浴溫度需要電輔助加熱。這樣也可節省一部分電能。

溫度顯示、電輔控制:每戶儲水箱有1臺控制器，能顯示水箱溫度。控制器可以控制電加熱啟動時間，用戶可自己根據實際情況設定電加熱啟動時間，當到達設定時間而儲水箱溫度達不到設定溫度時電加熱自動啟動，到達設定溫度電加熱自動停止。

4.3 集熱面積設計

集熱器采光面積計算公式:

式中:Ac為直接系統集熱器總面積，m2;Qf為建筑物全天總耗熱量，MJ;Jt為當地采暖季節水平面月平均日太陽輻照量，MJ/m2;注:當集熱器的傾角為30°～50°，水平面輻照量轉化到傾斜面上一般乘以1.1～1.3的系數。f為太陽能保證率，無量綱;f根據系統使用期內的太陽輻照、系統經濟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，國標經驗值取0.25～0.50;ηL為管路及蓄熱水箱熱損失率，無量綱，根據經驗值宜為0.2～0.3。

對模式一，計算出采用太陽能采暖時每平米建筑面積所需要的集熱器面積，對照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 設計方案確定與效益分析

1)根據以上計算，若全部采用太陽能作為采暖熱源時，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 太陽能計算成果表

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

2)設計方案計算情況為:

A1戶型:建筑面積298.5 m2，設計建筑面積298.5 m2，設計熱負荷24 kW，根據海爾太陽能集熱器的計算，由于屋面只能安裝50塊集熱板(125 m2)，占熱負荷的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:0.50元×10504 kW·h=5255元

5255元/200 m2=26.3元/m2

按照哈市采暖收費標準每年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，全年應繳熱費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約費用8070元－5255元=2815元，同時還實現了低碳減排。

該設計方案運行費用比燃油、燃氣和電鍋爐更便宜，如采用經濟運行年采暖費用僅為26.3元/m2，不同地區和不同建筑物的標準不同，采暖條件和方式不同，耗電量即采暖費會有差別，該系統無泄露、無噪聲、無任何污染。系統運行安全，全自動控制常壓設計并有漏電、缺水保護裝置，無需專人職守。使用方便，智能溫控器自動控制(可分4時段定溫)，使用靈活方便，室溫可由自己需要設定，采暖費用多少可以由自己掌握控制?？蓾M足北方地區冬季采暖需要(如采用低谷電費用更低)。

［1］ 天津市熱電設計院，等.CJJ34—2002城市熱力網設計規范［S］.北京:中國建筑工業出版社，2002.

［2］ 中國建筑科學研究院.GB50176—93民用建筑熱工設計規范［S］.北京:建設部標準定額研究所，1993.

［3］ 鄭瑞澄.民用建筑太陽熱水系統工程技術手冊［S］.北京:化學工業出版社，2011.