太陽能供暖系統在新農村建設中的應用

王 濤

(黑龍江省節能技術服務中心，哈爾濱 150001)

太陽能供暖系統在新農村建設中的應用

王 濤

(黑龍江省節能技術服務中心，哈爾濱 150001)

文中介紹了太陽能供暖系統在新農村建設中的應用，并說明了其工作原理。該系統不僅具有節能環保效益，而且改善能源結構等方面上提供了有效的措施。

太陽能；節能環保

0 引 言

目前，北方農村建筑用能最突出的問題是冬季采暖用能。據調查，目前北方農村采暖普遍存在以下問題：

室內溫度過低。在冬季，相當多的農民全家集中到一兩間臥室中生活以減少采暖用能，但即使如此房間溫度也只能維持10 ℃左右；

污染嚴重。由于爐具的不合理，加之大量秸稈和燃煤的使用，造成室內外空氣環境的嚴重污染；

經濟負擔沉重。當采用燃煤作為采暖主要燃料時，由于建筑保溫性能的低下和采暖系統的低效，盡管室溫遠低于城市建筑的標準，但煤耗量卻高達30～40 kgce/(m2·a)，是城市采暖能耗的1.5～2倍。

因此如何根據北方農村的特點，找到既改善農民冬季的室內環境，同時又不造成過高的能源費用負擔，降低環境污染和能源供應系統負擔的采暖方式，是目前新農村建設和建筑節能工作的一項重要任務和課題。

本項目從減排溫室氣體和能源、經濟、社會和諧發展的高度，要求盡可能利用太陽能等可再生能源，解決新民居冬季采暖和生活熱水問題，并要求能源設備與建筑結合，實現與環境協調。

示范建筑為兩層南北朝向雙坡屋頂民宅，采暖建筑面積約140 m2，層高3 m，屋面坡度30°，240磚墻，6 cm聚苯板外墻外保溫，外貼防火板。本項目利用太陽能熱循環系統實現冬季供暖和常年供應生活熱水，體現了太陽能與建筑有機結合，實現了農村采暖城市化，提高了農村生活品質。

1 案例源地區簡介

平谷區位于北京市東北部，屬北京市轄區，西南距城區(東直門)70 km，南與河北省三河市為鄰，北與北京市密云縣接壤，西與順義區接界，東南分別與天津市薊縣、河北省興隆縣毗連，平谷區人民政府駐地在平谷鎮內府前大街，全區總面積1 075 km2，其中山區面積占59.7%，耕地面積11.51萬畝，轄15鎮、2鄉、1個辦事處，275個行政村，共有人口40萬。

2 案例源地區采暖現狀、技術水平能耗情況

2.1 采暖現狀

該地區主要依賴秸稈薪柴，存在使用麻煩、易造成室內外污染、炕上溫度不勻、熱舒適性低等問題，目前逐漸被各種火爐所取代。燃煤式火爐會帶來過高的燃料負荷和室內外空氣的污染等問題，低燃燒效率也導致采暖耗煤量大大高于城鎮建筑。

2.2 耗能分析

示范建筑為北京平谷區將軍關新村兩層南北朝向雙坡屋頂民宅，采暖建筑面積約140 m2，層高3 m，屋面坡度30°，240磚墻，6 cm聚苯板外墻外保溫，外貼防火板。

(1)采暖期能耗

北京地區采暖期120 d，室內計算溫度按18～19 ℃計算。

表1 采暖能耗一覽表

注：煤低位發熱值為3 600 kcal/kg。

(2)非采暖期能耗

生活熱水熱負荷分析：每人每日55 ℃生活熱水用水量按80 L計，用水單位數按6人考慮，則245 d非采暖期55 ℃生活熱水用水量為117 600 L(水的比熱4.2×103J/kg·℃,密度1 kg/L)，按4 ℃ 冷水計算溫度考慮約合熱量25 189.92 MJ。生活熱水采用電加熱方式。

表2 非采暖期生活熱水耗能一覽表

(3)綜合能耗

采用集體供暖+電加熱熱水系統年耗煤5.5 t，年耗電7774.67 kWh。

3 太陽能供暖/熱水系統改造及原理

3.1 節能改造設計方案

項目采用太陽能供暖/生活熱水系統改造。主要結構為房上設置太陽能主板，地下設置一不銹鋼熱水罐，中間由遍布墻體、房上、地下的散熱管聯通。白天蓄熱熱水自動循環，晚上由自動水泵向上循環輸熱水，達到取暖的目的，使太陽能技術與房屋設計融為一體。

太陽能集熱系統的主要部件由太陽能集熱器、輔助加熱或換熱裝置、儲水箱(采用容積式換熱器或即熱式熱水鍋爐等輔助熱源時可取消水箱)、循環管路、循環泵、控制部件和控制線路組成。

3.2 太陽能供暖/生活熱水系統的工作原理

供熱系統由太陽/輔助電熱水系統、煤爐保障系統及低溫熱水地板輻射采暖系統構成。

(1)太陽/輔助電熱水系統。太陽/輔助電熱水系統通過屋頂太陽集熱器收集熱量，采暖期通過低溫熱水地板輻射采暖系統向建筑供暖；非采暖期，通過承壓貯熱水箱向建筑提供生活熱水；天氣不好，有特殊需求時，系統可自動或手動啟動輔助電加熱，向建筑供暖或提供生活熱水。

(2)煤爐保障系統。連續陰天、有特殊需求的情況下或供暖熱負荷高值期，采用煤爐保障系統用于保障建筑供暖。

(3)低溫熱水地板輻射采暖系統。低溫熱水地板輻射采暖的工作原理是使加熱的低溫熱水流經鋪設在地板層中的管道，并通過管壁的熱傳導對其周圍的混凝土地板加熱，低溫地板以輻射方式向室內傳熱，從而達到舒適的采暖效果。

輻射地板一般由供暖埋管和覆蓋混凝土層構成，基層為鋼筋混凝土樓板，上鋪高效保溫材料隔熱層，隔熱層上敷設塑鋁復合管，塑鋁復合管上鋪鋼筋加強網，其上為混凝土地面和裝修層,如圖1所示。

4 太陽能供暖/熱水系統的實際運行狀況

示范建筑為兩層南北朝向雙坡屋頂民宅，采暖建筑面積約140 m2，層高3 m，屋面坡度30°，240磚墻，6 cm聚苯板外墻外保溫，外貼防火板(室內計算溫度按18～19 ℃計)。

選用面積為22 m2的集熱板，貯熱水箱為500 L，配備煤爐輔助加熱采暖系統。

除太陽能采暖外，陰天及太陽能不足天供暖輔助系統采暖，補充采暖一個采暖期耗煤量1.5 t(煤低位發熱值為3 600 kcal/kg)。

表3 耗電量計算表

注：連續陰天或供熱高值期生活熱水耗電量計算由表2中平均每天耗電量31.73 kWh計算得來。

采用太陽能供暖/生活熱水系統年耗能：煤1.5 t，耗電2 626.80 kWh。

5 項目節能量的計算

項目節能量的計算見表4。

表4 項目節能量分析表

注：煤低位發熱值為3 600 kcal/kg。

項目年節煤4 t，節電5 147.87 kWh。

6 適用對象及市場潛力

6.1 適用對象

太陽能供暖/生活熱水系統的適用范圍很廣，對于太陽能源豐富的我國來說，除了川、黔、渝等地區全年輻射總量在4 200 MJ/(m2·a)以下，陰雨天氣多，云量大，全年可利用的日照時數不多外，其它地區的太陽的輻射量都是適宜的。

對應不同建筑類型，為保證集熱效率及屋面設置集熱板的面積，其適用范圍為：(1)有南向或者南偏東西向坡屋面，屋面坡度大于20°的各種獨立式住宅及公共建筑或類似建筑。(1)對多層及小高層住宅,應有南向或者南偏東西向坡屋面，屋面坡度大于20°，坡屋面面積應按人均安裝1 m2集熱板設計。

6.2 市場潛力

隨著國民經濟的發展，能源需求量日益增加，能源利用情況緊張，而常規能源的大量使用必將對環境造成不利影響。太陽能作為可再生能源的一種，不會增加環境負荷，將成為未來能源結構中的重要組成部分。我國太陽年輻射總量平均在3 300～8 300 MJ/(m2·a)，全國2/3以上面積地區年日照小時數大于2 000 h，屬太陽能資源豐富的國家之一。太陽能利用技術在住宅中的使用相當成熟，因此在住宅建筑中利用太陽能技術是經濟可行且節能環保。

本項目充分發揮該采暖系統清潔、節能、安全的特點，通過因地制宜的改造，逐步適宜其它地區農村的推廣應用，市場潛力巨大。

[1] 太陽能熱利用儲能材料的研究[J].國外建材科技，2007.

[2] 太陽能供熱、采暖工程應用及經濟性分析[J].建設科技，2008.

[3] 北京地區太陽能采暖工程現狀及分析[J].農業工程技術(新能源產業)，2008.

[4] 太陽能集熱器熱性能動態測試方法研究[J].太陽能學報，2007.

[5] 太陽能集中供熱系統在歐洲城市住宅小區的應用[J].太陽能，2003.

Application of Solar Heating System in New Rural Construction

WANG Tao

(Energy Conservation Service Center of Heilongjiang Province, Harbin 150001, China)

This article introduces the application of solar heating system in new rural construction, and describes its working principle. This system is not only benefits to the energy conservation and environmental protection, but also provides the effective measures on aspects of improvement in energy structure and the others.

Solar; Energy conservation and environmental protection

2014-11-29

2015-01-10

王 濤(1982-)，男，畢業于哈爾濱理工大學，電子信息工程專業，現從事節能方面研究與測試工作。

10.3969/j.issn.1009-3230.2015.02.013

TK515

B

1009-3230(2015)02-0046-04