晟煜·东湖湾别墅太阳能辅助采暖系统设计及应用

张健

(黑龙江省晟煜科技发展有限公司，哈尔滨150010)

1 取暖方式的确定

晟煜·东湖湾别墅项目坐落在哈尔滨市阿城区阿什河以东，由于山水新城基础设施不健全，其集中供暖设施2～3 a内难以提供。黑龙江省晟煜科技发展有限公司是为实施国家节能减排，发展低碳经济的战略方针，决定在东北地区首次采用太阳能辅助采暖系统做为该小区采暖方式。

2 别墅设计方面要求

1)系统采暖热负荷:根据《城市热力网设计规范》［1］(图集编号:CJJ34—2002)和《民用建筑热工设计规范》［2］(图集编号:GB50176—93)及甲方设计要求，别墅热负荷按照80 w/m2(建筑面积考虑)。

2)晴好天气以太阳能为主，阴雨雪天气或阳光不足时，利用电辅助设备加热。

4)安装位置:太阳集热器安装在别墅屋顶，水箱、控制系统等设备放置在室内。

3 气象资料

1)根据国家气象中心提供的2001年全国各地日均及年总辐射数据(单位MJ/m2)，哈尔滨观测站地区的太阳辐照情况，数据见表1。

表1 2011年哈尔滨地区太阳辐射情况表

年平均日照时数为2 450.5 h;日平均日照时数为6.7 h;生活基础水温为6℃～10℃。

室外计算干球温度－20℃;采暖天数为190 d。太阳辐照度为4 942 MJ/m2，属太阳能资源一般地区。

2)冷水计算温度，见表1［3］。

表2 冷水计算温度一览表

参照表1，黑龙江省基础水温按地下水温度6℃设计。

4 太阳能辅助电热水锅炉采暖热水系统设计

4.1 系统原理图

系统原理见图1。

近年来随着生物测序技术的发展，越来越多的circRNA逐渐被发现，同时有关circRNA的起源、特征、作用以及其与疾病的关系方面的报道也越来越多，但是目前大部分相关研究还处于探索阶段[16]。circRNA研究成为了ncRNA调控疾病和生理过程研究的热点，以circRNA为基础的诊断和疾病治疗研究也必将成越来越多地受到学界的关注。

图1 采暖热水系统原理图

4.2 系统运行原理说明

系统运行说明包括以下4个方面:

1)热水箱设有温度参考点，太阳能集热器设有温度测点，当集热器检测点温度比热水箱水温升高至温度差上限时，太阳能系统水泵启动，提升采暖水箱温度。

2)当集热器检测温度比采暖水箱温度达到设定温差下限时，太阳能系统水泵停止，集热器及系统管道中的水排回水箱中，达到排空防冻作用。

3)辅助用电锅炉可同时作为采暖及热水的补充。当采暖水箱温度达不到设定温度时，系统锅炉对采暖水箱的水循环加热，达到设定温度以满足供暖需求;对生活热水的辅助采用即热的方式，当水箱中供应的生活热水温度达不到用水温度需求时，通过电锅炉进行即时加热即可。

4)供暖水泵可根据房间设定温度要求进行启停:

定温循环:当集热器介质出口温度大于设定值60℃时，循环泵启动循环，管道内的介质将热量从集热器传递到户内水箱;当温差小于预设值50℃时，温差循环泵停止。

只要水箱内的水温不高于50℃，集热系统就不会将用户储水箱内的热量带走;当天气不太好时，也能把储水箱内的水温进行一定程度的提升，若仍达不到洗浴温度需要电辅助加热。这样也可节省一部分电能。

温度显示、电辅控制:每户储水箱有1台控制器，能显示水箱温度。控制器可以控制电加热启动时间，用户可自己根据实际情况设定电加热启动时间，当到达设定时间而储水箱温度达不到设定温度时电加热自动启动，到达设定温度电加热自动停止。

4.3 集热面积设计

集热器采光面积计算公式:

式中:Ac为直接系统集热器总面积，m2;Qf为建筑物全天总耗热量，MJ;Jt为当地采暖季节水平面月平均日太阳辐照量，MJ/m2;注:当集热器的倾角为30°～50°，水平面辐照量转化到倾斜面上一般乘以1.1～1.3的系数。f为太阳能保证率，无量纲;f根据系统使用期内的太阳辐照、系统经济性及用户要求等因素综合考虑后确定;ηcd为集热器日平均热效率，国标经验值取0.25～0.50;ηL为管路及蓄热水箱热损失率，无量纲，根据经验值宜为0.2～0.3。

对模式一，计算出采用太阳能采暖时每平米建筑面积所需要的集热器面积，对照A1户型 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 设计方案确定与效益分析

1)根据以上计算，若全部采用太阳能作为采暖热源时，每平米的建筑面积需要配置约1.84 m2的集热器，见表3。

表3 太阳能计算成果表

别墅屋顶面积有限，根本无法提供足够面积铺设采暖所需数量的集热器，因此我们采用50块集热板和采电锅炉共同采暖的设计方案。

2)设计方案计算情况为:

A1户型:建筑面积298.5 m2，设计建筑面积298.5 m2，设计热负荷24 kW，根据海尔太阳能集热器的计算，由于屋面只能安装50块集热板(125 m2)，占热负荷的23%，即24 kW× 0.23=5.52 kW，剩余的24－5.52=18.48 kW用电锅炉辅助加热，按照每天辅助加热3 h计算，每年180 d采暖期需用电量:

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

折合电费:0.50元×10504 kW·h=5255元

5255元/200 m2=26.3元/m2

按照哈市采暖收费标准每年1 m2建筑面积40.35元/m2建.年，298.5 m2建筑面积折合使用面积298.5 m2/1.5≈200 m2，全年应缴热费40.34元×200=8070元，

40.34 元/m2－26.3元/m2=14.04元/m2

因此利用太阳能采暖和电锅炉辅助采暖每年可节约费用8070元－5255元=2815元，同时还实现了低碳减排。

该设计方案运行费用比燃油、燃气和电锅炉更便宜，如采用经济运行年采暖费用仅为26.3元/m2，不同地区和不同建筑物的标准不同，采暖条件和方式不同，耗电量即采暖费会有差别，该系统无泄露、无噪声、无任何污染。系统运行安全，全自动控制常压设计并有漏电、缺水保护装置，无需专人职守。使用方便，智能温控器自动控制(可分4时段定温)，使用灵活方便，室温可由自己需要设定，采暖费用多少可以由自己掌握控制。可满足北方地区冬季采暖需要(如采用低谷电费用更低)。

［1］ 天津市热电设计院，等.CJJ34—2002城市热力网设计规范［S］.北京:中国建筑工业出版社，2002.

［2］ 中国建筑科学研究院.GB50176—93民用建筑热工设计规范［S］.北京:建设部标准定额研究所，1993.

［3］ 郑瑞澄.民用建筑太阳热水系统工程技术手册［S］.北京:化学工业出版社，2011.