新农村建设太阳能供热采暖技术

2012-04-23韩秀喜

城市建设理论研究 2012年35期

韩秀喜

摘要：密云华润希望小区位于北京市密云县穆家峪镇阁老峪村，作为新农村建设的改革试点工程，希望小区由居住、农业和产业三个领域的示范区构成。形成“一心两带三重点”的规划结构。小区通过采用了太阳能供热采暖系统，并借助辅助能源，大大减小了对常规能源的依赖，系统可满足冬季采暖及生活热水的需要，大大降低了村镇居民采暖的成本，低碳环保，绿色节能，对于绿色能源在新农村建设中的普及提供了比较好的借鉴工程实例。

关键词：太阳能采暖，新农村建设，低碳环保

中图分类号：TK511 文献标识码：A 文章编号：

1 工程概况

密云华润希望小区位于北京市密云县穆家峪镇阁老峪村，小区占地206亩，总建面约4.8万㎡，其中住宅4.6万㎡，公建约2000㎡。建设模式采取政府、企业赞助、农民三方共同出资建设的模式。

图1 希望小镇建成图

项目建设思路：分三步走，建设新农村示范村。

1、示范村展示区：总建面5300㎡，含11栋22套住宅以及1栋公建。通过展示区的建设，让农民看到实景选房，为实现与农民一对一签订置换协议奠定基础，并为后期积累设计、施工经验。示范村展示区2011年6月开工，2012年5月竣工。

2、示范村一期：总建面约2.23万m2，约152套住宅。优先“北沟、阁老峪”2个自然村村民分房入住，腾退出的北沟自然村用于建设木棉花乡村酒店。示范村一期预计于2012年8月动工，预计2013年8月竣工。

3、示范村二期：总建面约2.03万m2，约159套住宅。用于“西坡、大洼”2个自然村村民分房入住。示范村二期预计于2013年5月动工，预计2013年12月竣工。

2 供热取暖体系可行性分析

中国2/3的面积由村镇地区组成，北方地区大部分农村地区冬季采暖通常依赖燃煤、燃烧秸秆等传统方式，少数地区采用了村镇集中供暖的模式。以上模式均具有采暖成本高，碳排放量大，高污染等缺点。随着中央新农村建设改革的逐步展开，高碳排放量的采暖方式应当逐步摒弃。采用太阳能、光伏、地热、风能发电等新能源符合可持续发展的道路，满足党中央科学发展观的基本思想，具有低碳环保，绿色节能的特点。在上述几种新能源中，太阳能最早也是最广泛的应用于普通人的日常生活，其具有工作原理直接，性能稳定，造价低、使用成本低、安装方便等优点。因此发展太阳能供热采暖体系适合我国农村发展的基本国情及村镇居民对供热采暖的基本需求。

3 太阳能供热采暖系统

⑴采用太阳能和辅助能源共同提供冬季采暖及生活热水，此方案使用集中式联集管式热水系统方案。

⑵系统概况：太阳能系统用于提供冬季采暖及生活热水，集热器采用清华阳光SLL4715-50型联集管集热器热水系统，系统配备1个不锈钢水箱，作为太阳能储热水箱。太阳能系统采用温差循环工作方式对储热水箱中的水进行加热。

⑶辅助能源：采用电加热棒作为辅助热源，电加热棒直接安装在蓄热水箱上。

⑷供热方式：供热系统采用地板采暖，使用水泵对地热盘管内的水和水箱内的水进行定时循环，自来水经过水箱内换热盘管加热后供至各用水点。

4 太阳能供热采暖系统技术总结

4.1 集热器选型

该项目为单体或联排型建筑，屋面均为坡屋面设计，坡屋面角度为22°，太阳能集热器安装角度与坡度一致，根据《建筑设备施工安装通用图集-11BS13太阳能热水系统设计施工安装》说明，真空管横置的太阳能集热器具有不受太阳高度角变化影响的特点，集热器倾角选择范围较大，考虑该太阳能系统主要用于冬季采暖，为保证太阳能集热器的有效集热面积及初投资等综合因素，选用真空管横置的SLL4715-50型联集管式太阳能集热器，下图为真空管横置与竖置时冬至日辐照示意图:

4.2 集热面积的确定

新开建筑其热负荷未定，本处参考样板间热负荷为34W/㎡作为选型计算依据，则根据《太阳能供热采暖工程技术规范》，直接系统集热器总面积按下式计算：

AC=86400QHf/JTηcd(1-ηL)

式中：AC—直接系统集热器总面积，㎡；

QH—建筑物耗热量，W，取值:以A户型为例，建筑面积127.62㎡，耗热量指标平均值为22.7W/㎡，合计:2897W；

根据规范计算，本小区各户型建筑面积及建筑物耗热量及采暖热负荷指标等如下表所示:

表1

f—太阳能保证率，%，根据规范中取值标准，北京地区太阳能资源属于Ⅲ类，资源一般区，短期蓄热系统太阳能保证率选值范围为10%～30%；此处选用30%。

ηcd—基于总面积的集热器平均集热效率，%，根据该系列集热器瞬时效率曲线及经验值，此处选用50%；

ηL—管路及贮热装置热损失率，%，根据规范要求，此处选用20%；

JT—当地集热器采光面上的平均日太阳辐照量，J/(㎡.d)，北京地区取暖季节当地维度倾角平面月平均日辐照量分别如下:

表2

根据规范(因热水与采暖相比，所需集热面积相差较大，此处不再计算热水所需集热面积)各户型计算应安装太阳能集热器集热面积及屋面实际可安装面积分别如下:

表3

4.3 采暖热负荷分析

对各户型采暖热符合进行分析，见表4-7。

表4

表5

表6

表7

4.4 蓄热水箱的选型及确定

根据规范要求，太阳能供热采暖系统的贮热水箱应根据设计蓄热时间周期和蓄热量计算确定，在该系统配置下，阳光充足的情况下太阳能小时集热量大于小时耗热量，则太阳能水箱需将每小时多余的热量储存，同时水箱还可存储1小时建筑耗热量(根据《民用建筑太阳能热水系统应用技术规范》，集中供热水系统的贮水箱容积应根据日用热水小时变化曲线及太阳能集热系统的供热能力和运行规律，以及常规能源辅助加热装置的工作制度、加热特性和自动温度控制装置等因素按曲线计算确定，本处主要考虑采暖，配置辅助热源功率可满足建筑采暖热负荷需求，综合考虑水箱安置位置空间大小及门框大小，此处选择1小时)，水箱容积计算过程如下(以户型最大，热负荷最高的D户型作为计算依据)：

式中：12.531—D户型平均小时集热量，单位:KW；

7.633—D户型平均小时采暖热负荷，单位:KW

6—光照时间，小时

3.6—换算系数:1KW·H=3.6MJ；

1000—换算系数:1MJ=1000KJ；

CP—水的定压比热，Cp=4.1868KJ/(Kg·℃)；

ρ—水的密度，1000kg/m3；

tend—储热水箱内上限水温，根据《低温热水地板辐射供暖应用规程》，供水温度范围为35～55℃，此处上限水温为60℃；

tst—水箱初始温度，30℃。

经计算，各户型蓄热水箱计算容积为:

表8

。

4.5 辅助热源的选型及确定

根据现场情况，选用电加热棒直接安装在水箱上作为辅助热源，预留其它热源对接口，在具备条件的情况下，可以使用燃气、生物质锅炉等替代电作为辅助能源，根据各户采暖热负荷值，设计A、B户型使用6KW电加热棒，C、D户型使用9KW电加热棒。按照电加热棒效率95%，燃气锅炉效率85%作为计算依据，采暖季节各月辅助热源使用量理论计算数据如下:

表9

（表9-2）

（表9-3）

5 实施效果

本工程实现了采用太阳能供热采暖系统，并借助辅助能源，满足新农村冬季采暖及生活热水的需要，大大减小了对常规能源的依赖，且在很大程度上降低了村镇居民采暖的成本，低碳环保、绿色节能，对于绿色能源在新农村建设中的普及提供了比较好的借鉴工程实例。

参考文献：

GB50495-2009太阳能供热采暖工程技术规范

GB/T18713-2002太阳能热水系统设计、安装及工程验收技术规范

GB/T50364-2005民用建筑太阳能热水系统应用技术规范

GB/T17049全玻璃真空太阳集热管

GB/T17581真空管太阳集热器

GB50242 建筑给水排水及采暖工程施工质量验收规范