太阳能供暖系统在新农村建设中的应用

王 涛

(黑龙江省节能技术服务中心，哈尔滨 150001)

太阳能供暖系统在新农村建设中的应用

王 涛

(黑龙江省节能技术服务中心，哈尔滨 150001)

文中介绍了太阳能供暖系统在新农村建设中的应用，并说明了其工作原理。该系统不仅具有节能环保效益，而且改善能源结构等方面上提供了有效的措施。

太阳能；节能环保

0 引 言

目前，北方农村建筑用能最突出的问题是冬季采暖用能。据调查，目前北方农村采暖普遍存在以下问题：

室内温度过低。在冬季，相当多的农民全家集中到一两间卧室中生活以减少采暖用能，但即使如此房间温度也只能维持10 ℃左右；

污染严重。由于炉具的不合理，加之大量秸秆和燃煤的使用，造成室内外空气环境的严重污染；

经济负担沉重。当采用燃煤作为采暖主要燃料时，由于建筑保温性能的低下和采暖系统的低效，尽管室温远低于城市建筑的标准，但煤耗量却高达30～40 kgce/(m2·a)，是城市采暖能耗的1.5～2倍。

因此如何根据北方农村的特点，找到既改善农民冬季的室内环境，同时又不造成过高的能源费用负担，降低环境污染和能源供应系统负担的采暖方式，是目前新农村建设和建筑节能工作的一项重要任务和课题。

本项目从减排温室气体和能源、经济、社会和谐发展的高度，要求尽可能利用太阳能等可再生能源，解决新民居冬季采暖和生活热水问题，并要求能源设备与建筑结合，实现与环境协调。

示范建筑为两层南北朝向双坡屋顶民宅，采暖建筑面积约140 m2，层高3 m，屋面坡度30°，240砖墙，6 cm聚苯板外墙外保温，外贴防火板。本项目利用太阳能热循环系统实现冬季供暖和常年供应生活热水，体现了太阳能与建筑有机结合，实现了农村采暖城市化，提高了农村生活品质。

1 案例源地区简介

平谷区位于北京市东北部，属北京市辖区，西南距城区(东直门)70 km，南与河北省三河市为邻，北与北京市密云县接壤，西与顺义区接界，东南分别与天津市蓟县、河北省兴隆县毗连，平谷区人民政府驻地在平谷镇内府前大街，全区总面积1 075 km2，其中山区面积占59.7%，耕地面积11.51万亩，辖15镇、2乡、1个办事处，275个行政村，共有人口40万。

2 案例源地区采暖现状、技术水平能耗情况

2.1 采暖现状

该地区主要依赖秸秆薪柴，存在使用麻烦、易造成室内外污染、炕上温度不匀、热舒适性低等问题，目前逐渐被各种火炉所取代。燃煤式火炉会带来过高的燃料负荷和室内外空气的污染等问题，低燃烧效率也导致采暖耗煤量大大高于城镇建筑。

2.2 耗能分析

示范建筑为北京平谷区将军关新村两层南北朝向双坡屋顶民宅，采暖建筑面积约140 m2，层高3 m，屋面坡度30°，240砖墙，6 cm聚苯板外墙外保温，外贴防火板。

(1)采暖期能耗

北京地区采暖期120 d，室内计算温度按18～19 ℃计算。

表1 采暖能耗一览表

注：煤低位发热值为3 600 kcal/kg。

(2)非采暖期能耗

生活热水热负荷分析：每人每日55 ℃生活热水用水量按80 L计，用水单位数按6人考虑，则245 d非采暖期55 ℃生活热水用水量为117 600 L(水的比热4.2×103J/kg·℃,密度1 kg/L)，按4 ℃ 冷水计算温度考虑约合热量25 189.92 MJ。生活热水采用电加热方式。

表2 非采暖期生活热水耗能一览表

(3)综合能耗

采用集体供暖+电加热热水系统年耗煤5.5 t，年耗电7774.67 kWh。

3 太阳能供暖/热水系统改造及原理

3.1 节能改造设计方案

项目采用太阳能供暖/生活热水系统改造。主要结构为房上设置太阳能主板，地下设置一不锈钢热水罐，中间由遍布墙体、房上、地下的散热管联通。白天蓄热热水自动循环，晚上由自动水泵向上循环输热水，达到取暖的目的，使太阳能技术与房屋设计融为一体。

太阳能集热系统的主要部件由太阳能集热器、辅助加热或换热装置、储水箱(采用容积式换热器或即热式热水锅炉等辅助热源时可取消水箱)、循环管路、循环泵、控制部件和控制线路组成。

3.2 太阳能供暖/生活热水系统的工作原理

供热系统由太阳/辅助电热水系统、煤炉保障系统及低温热水地板辐射采暖系统构成。

(1)太阳/辅助电热水系统。太阳/辅助电热水系统通过屋顶太阳集热器收集热量，采暖期通过低温热水地板辐射采暖系统向建筑供暖；非采暖期，通过承压贮热水箱向建筑提供生活热水；天气不好，有特殊需求时，系统可自动或手动启动辅助电加热，向建筑供暖或提供生活热水。

(2)煤炉保障系统。连续阴天、有特殊需求的情况下或供暖热负荷高值期，采用煤炉保障系统用于保障建筑供暖。

(3)低温热水地板辐射采暖系统。低温热水地板辐射采暖的工作原理是使加热的低温热水流经铺设在地板层中的管道，并通过管壁的热传导对其周围的混凝土地板加热，低温地板以辐射方式向室内传热，从而达到舒适的采暖效果。

辐射地板一般由供暖埋管和覆盖混凝土层构成，基层为钢筋混凝土楼板，上铺高效保温材料隔热层，隔热层上敷设塑铝复合管，塑铝复合管上铺钢筋加强网，其上为混凝土地面和装修层,如图1所示。

4 太阳能供暖/热水系统的实际运行状况

示范建筑为两层南北朝向双坡屋顶民宅，采暖建筑面积约140 m2，层高3 m，屋面坡度30°，240砖墙，6 cm聚苯板外墙外保温，外贴防火板(室内计算温度按18～19 ℃计)。

选用面积为22 m2的集热板，贮热水箱为500 L，配备煤炉辅助加热采暖系统。

除太阳能采暖外，阴天及太阳能不足天供暖辅助系统采暖，补充采暖一个采暖期耗煤量1.5 t(煤低位发热值为3 600 kcal/kg)。

表3 耗电量计算表

注：连续阴天或供热高值期生活热水耗电量计算由表2中平均每天耗电量31.73 kWh计算得来。

采用太阳能供暖/生活热水系统年耗能：煤1.5 t，耗电2 626.80 kWh。

5 项目节能量的计算

项目节能量的计算见表4。

表4 项目节能量分析表

注：煤低位发热值为3 600 kcal/kg。

项目年节煤4 t，节电5 147.87 kWh。

6 适用对象及市场潜力

6.1 适用对象

太阳能供暖/生活热水系统的适用范围很广，对于太阳能源丰富的我国来说，除了川、黔、渝等地区全年辐射总量在4 200 MJ/(m2·a)以下，阴雨天气多，云量大，全年可利用的日照时数不多外，其它地区的太阳的辐射量都是适宜的。

对应不同建筑类型，为保证集热效率及屋面设置集热板的面积，其适用范围为：(1)有南向或者南偏东西向坡屋面，屋面坡度大于20°的各种独立式住宅及公共建筑或类似建筑。(1)对多层及小高层住宅,应有南向或者南偏东西向坡屋面，屋面坡度大于20°，坡屋面面积应按人均安装1 m2集热板设计。

6.2 市场潜力

随着国民经济的发展，能源需求量日益增加，能源利用情况紧张，而常规能源的大量使用必将对环境造成不利影响。太阳能作为可再生能源的一种，不会增加环境负荷，将成为未来能源结构中的重要组成部分。我国太阳年辐射总量平均在3 300～8 300 MJ/(m2·a)，全国2/3以上面积地区年日照小时数大于2 000 h，属太阳能资源丰富的国家之一。太阳能利用技术在住宅中的使用相当成熟，因此在住宅建筑中利用太阳能技术是经济可行且节能环保。

本项目充分发挥该采暖系统清洁、节能、安全的特点，通过因地制宜的改造，逐步适宜其它地区农村的推广应用，市场潜力巨大。

[1] 太阳能热利用储能材料的研究[J].国外建材科技，2007.

[2] 太阳能供热、采暖工程应用及经济性分析[J].建设科技，2008.

[3] 北京地区太阳能采暖工程现状及分析[J].农业工程技术(新能源产业)，2008.

[4] 太阳能集热器热性能动态测试方法研究[J].太阳能学报，2007.

[5] 太阳能集中供热系统在欧洲城市住宅小区的应用[J].太阳能，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 涛(1982-)，男，毕业于哈尔滨理工大学，电子信息工程专业，现从事节能方面研究与测试工作。

10.3969/j.issn.1009-3230.2015.02.013

TK515

B

1009-3230(2015)02-0046-04