太阳能供暖介绍

太阳能供热采暖系统介绍太阳能供热采暖系统介绍 中国农村能源行业协会太阳能综合利用协调组 王建新 摘要：摘要：简要阐述太阳能供热采暖系统发展的原因，介绍系统运行原理。以 北京地区为例，阐释集热器面积确定的方法，效益分析，概括说明设计要点。 关键词：关键词：太阳能供热采暖 集热器面积 设计要点 一、太阳能供热采暖系统一、太阳能供热采暖系统 太阳能采暖系统是指将太阳能转换成热能，供给建筑物冬季采暖和全年其 它用热的系统。 整个采暖系统主要由太阳能集热系统、蓄热系统、末端供热采暖系统组成。 太阳能集热系统部分又由太阳能集热器、储水换热系统、自动控制系统、 辅助加热系统、管路系统等组成。 我国太阳能资源丰富，太阳能供暖主要适合寒冷地区和夏热冬冷地区的冬 季供暖。适用于三层及以下的建筑。 二、太阳能供热采暖发展的原因二、太阳能供热采暖发展的原因 1、建筑能耗逐年增加，建筑节能任务严重、建筑能耗逐年增加，建筑节能任务严重 建筑用能是指建筑使用过程中的能耗，主要包括建筑采暖、空调、热水供 应、炊事、照明、家用电器、电梯等。 建筑能耗各部分所占的比例： 建筑能耗的构成采暖空调热水供应电气照明炊事 各部分所占比例 65%15%14%6% 采暖空调能耗在建筑能耗所占比例高达 65%。另有数据显示，小城镇和农 村的建筑在全社会建筑中所占比重超过 70。全年供热水和冬季采暖占整年能 源消耗的 70%左右。近年来，随着人民生活水平的提高，严寒和寒冷地区城镇、 乡村居民，以及夏热冬冷地区居民为改善冬季供暖质量，采暖能耗逐年增加。 2006 年底，全国政协调研组就建筑节能问题提交的调研数据显示：按目前 的趋势发展，到 2020 年我国建筑能耗将达到 10.9 亿吨标准煤。 10.9 亿吨标 准煤意味着什么？它相当于北京五大电厂煤炭的合理库存的 400 倍。每吨标准 煤按照中国的发电成本折合大约等于 2700 度电；那么，2020 年，我国的建筑 2 能耗将达到 29430 亿度电，比三峡电站 34 年的发电量总和还要多。 2 2、常规能源数量有限，鼓励利用可再生能源、常规能源数量有限，鼓励利用可再生能源 我国能源资源比较丰富，但是人均占有总量较低。特别是石油和天然气仅 为世界平均水平的 7.7%和 7.1%。目前煤炭消费占我国一次能源消费的 69%，比 世界水平高 42 个百分点。 常规能源因其不可再生，逐年减少；经济的发展也导致了能源耗费的增加， 因此，煤炭、电力、石油的价格也一再提升。如何解决建筑能源问题，一直是 国家领导人和相关国家机关比较重视的问题。鼓励新民居单体建筑和公用建筑 采用太阳能和地源热泵等绿色低碳的能源，也已经成为目前某些相关单位的重 要工作内容。 建设部、国家发展和改革委员会、财政部、人事部、民政部、劳动和社会 保障部、国家税务总局、国家环境保护总局颁布的关于进一步推进城镇供热 体制改革的意见（建城2005220 号）中，在优化配置城镇供热资源方面提 出“要坚持集中供热为主，多种方式互为补充，鼓励开发和利用地热、太阳能 等可再生能源及清洁能源供热。”的方针。 因此，提供绿色、清洁、高保证率、高性价比的太阳能供热采暖，是解决 采暖地区建筑能源问题重要支撑技术。可以提高可再生能源的利用范围，促进 改变国民经济结构和能源结构。 3 3、太阳能光热技术、建筑节能保温技术成熟、太阳能光热技术、建筑节能保温技术成熟 我国建设部批准了夏热冬冷地区居住建筑节能设计标准和严寒和寒 冷地区居住建筑节能设计标准行业标准。目前，符合标准的保温节能建筑逐 年增加，为进行太阳能供暖提供了建筑基础。 近些年来，我国太阳能光热行业获得长足发展，几吨、几十吨甚至上百吨 的太阳能热水系统在宾馆、酒店、学校、医院等建筑广泛应用，日产几百吨热 水的大型的太阳能集热系统已经开始应用于工业企业，国家也陆续出台了相关 的行业标准和国家标准。 在太阳能热水应用发展的基础上，许多科研单位、企业组织工程技术人员 研究光热在供热采暖方面的应用，并进行了大量的实验。北京周边地区及西北 地区，也建设了大面积的太阳能供热采暖试点。太阳能供热采暖的技术逐渐成 3 熟，并有太阳能供热采暖工程技术规范为依据，太阳能供热采暖因此逐步 推广开来。 三、太阳能供热采暖系统运行原理三、太阳能供热采暖系统运行原理 太阳能供暖系统的主要组成部分是太阳能集热器。需要根据建筑物所在地区 的太阳能资源、建筑物的保温节能状况和供热采暖需求等基本数据，来计算太 阳能集热器的面积，并选择适合的太阳能集热器类型和型号。 除严寒地区外，太阳能集热器使用的介质主要是水。太阳能集热器将太阳 辐射能转化为热能，冷水变成中高温热水，被运输到储热水箱，再由管道将热 水输送到终端散热系统。散热器将热量通过对流或辐射传递给供热空间，回水 再输送到集热器。这里会运用循环泵作为循环系统的动力。 安装自动上水系统和控制循环泵的温控器，使系统成为自动控制系统或半 自动控制系统，还可以根据用户的需求，设计安装辅助加热系统，以备阴雨雪 天气和冬至前后极冷天气辅助加热使用。 四、太阳能供热采暖集热器面积确定方法四、太阳能供热采暖集热器面积确定方法 1、采暖设计热负荷指标采暖设计热负荷指标 以北京地区 100 平米现有建筑为例。 全国主要城市采暖期耗热量指标和采暖设计热负荷指标全国主要城市采暖期耗热量指标和采暖设计热负荷指标 节能建筑现有建筑 城市 名 采暖 期天 数(d) 采暖室 外 计算温 度(d) 采暖室 外 平均温 度(d) 耗热量指 标 qh(W/m2) 设计负荷 指标 qh(W/m2) 耗热量指 标 qh(W/m2) 设计负荷 指标 qh(W/m2) 北京120-9-1.620.628.3731.8243.82 采暖设计热负荷指标，是在采暖室外计算温度条件下，为保持室内计算温 度，单位建筑面积在单位时间内需由锅炉房或其他供热设施供给的热量。 根据相关国家标准，北京地区节能建筑设计负荷指标为 43.82W/。即， 北京地区采暖室外计算温度为-9的条件下，为保持室内计算温度 18，1 的建筑面积 1 小时需要由供热设施提供的热量为 43.82W/，为方便计算，取 45W/。 4 根据以上计算，北京地区现有非节能 100建筑，采暖期一日 24 小时所需 供热设施提供的热量为:108 kWh，即 388.8 兆焦。 2、集热器面积确定、集热器面积确定 直接系统太阳能集热器总面积按下式计算： (4-1) 式中：Ac直接系统集热器总面积，(m2)； QH建筑物耗热量，(W)；此处我们设计按采暖设计热负荷指标计算。 JT当地集热器采光面上的平均日太阳辐照量，北京地区取 11 月、12 月、 1 月、2 月、3 月的平均值，约为 16.04 MJ/d。 f太阳能保证率，取 80%；这个配备比例，除冬至前后两个月内极冷天 气外，晴好的状况下，可以使建筑物基本不用辅助热源，也能够保持室内舒适 温度。 cd基于总面积的集热器平均集热效率，按 50%计算；采用冬季集热效 率高的曲尺型集热器，并采用三高紫金真空管，集热效率可以提高至 55%。 L管路及贮热装置热损失率，按 15%计算。 经计算，集热器面积为 41.5。 考虑降低系统投资，提高系统效益，防止系统在非采暖季过热因素，可以 适当增加辅助热源的比例，降低集热器配比，根据经验，北京地区 100的现 有建筑，配备集热器面积在 36为宜。 五、太阳能供暖系统基本设备五、太阳能供暖系统基本设备 1 1、集热器的形式、集热器的形式 普通真空管集热器 冬季高温错位密排真空管集热器 平板集热器 2 2、辅助设备形式、辅助设备形式 电锅炉 燃气锅炉 燃油锅炉 5 地源热泵 空气源热泵 3 3、全自动控制系统、全自动控制系统 4 4、储热换热设备及水箱、储热换热设备及水箱 5 5、保温管道、保温管道 了解各种设备和配件的特点，根据具体项目的建筑形式和客户供暖需求，了解各种设备和配件的特点，根据具体项目的建筑形式和客户供暖需求， 进行合理设计和匹配。进行合理设计和匹配。 六、六、太阳能供热采暖系统效益分析太阳能供热采暖系统效益分析 仍以北京地区 100 平米现有建筑为例。 1 1、经济效益分析、经济效益分析 北京地区 100的现有建筑，配备 36集热器的太阳能供热采暖系统，整 体造价在 3.5 万至 5 万元之间。 一个采暖期内，若由太阳能集热系统供给的热量的时间为 100 天，保证率 为 80%的话，则系统每天节电近 44 元，整个采暖季会节省 4400 元。8-10 年收 回投资。而太阳能供热采暖系统的使用寿命在 15-20 年，其余 7-10 年的使用， 则等于节约了 3 到 4 万元的能源费用。 另外，全年生活用热水的设备和能源也会节省下来，此处不多做计算。 2 2、环境效益分析、环境效益分析 根据 2007 年中国可再生能源行业报告数据 1 1）每）每 m m2 2太阳热水器节约能源标煤太阳热水器节约能源标煤 : : 150180 kgce/m2 2 2）每）每 m m2 2太阳热水器减排太阳热水器减排 : : CO2 300 多 kg SO2 2 kg NO2 2 kg 粉尘 3 kg 3 3）每）每 m m2 2太阳热水器年环境效益太阳热水器年环境效益：75 元 由以上数据计算出，本项目使用寿命期平均年采暖期可代替其它常规能源： 6 名称名称 太阳能集热面太阳能集热面 积积 平米节能数量平米节能数量 年采暖期年采暖期 138138 天天 节能减排环境效益值节能减排环境效益值 标煤标煤 36165kgce59405940kgce COCO2 236300kg1080010800kg SOSO2 2362kg7272kg NONO2 2362kg7272kg 粉尘粉尘 363kg108108kg 环境效益环境效益 3675 元 27002700 元 综上所述，北京地区 100现有建筑，采用太阳能供热采暖后，平均每年 可以节约标准煤约 5.94 吨，减少二氧化碳排放 10.8 吨，减少二氧化硫排放 72 公斤，减少 N02排放 72 公斤，减少空气中的粉尘 108 公斤，项目年环境效益 2700 元。目前国标太阳能集热器，若维护到位，实际的寿命可达至 20-30 年， 按保守的 20 年计算，环境效益高至 54000 元，这还没有考虑通货膨胀的因素。 利用太阳能供热采暖系统，不仅在冬季享有温暖舒适的室内环境，而且为 保护一片蓝天，维护地球绿色做出了自己的贡献。 七、七、太阳能供热采暖系统设计要点太阳能供热采暖系统设计要点 1、太阳能供热采暖系统应纳入建筑工程建设的规定程序，统一规划、同步 设计、同步施工、统一验收、同时投入使用。 2、太阳能供热采暖系统应做到全年综合利用，采暖期为建筑物供热采暖， 非采暖期向本建筑物或相邻建筑物提供生活热水或其他用热。 3、设置太阳能供热采暖系统的新建、改建和扩建的供暖建筑物，其建筑热 工与节能设计应符合或高于所在气候区国家、行业和地方建筑节能设计标准和 实施细则的要求。 4、太阳能供热采暖系统应根据不同地区和使用条