太陽能采暖系統(tǒng)

太陽能采暖系統(tǒng)是指將分散的太陽能通過太陽能集熱器把太陽能轉(zhuǎn)換成熱能，熱能加熱水體，然后通過將熱水輸送到發(fā)熱末端來提供建筑供熱需求的一種采暖系統(tǒng)。

安裝要求

建筑屋面或建筑旁能夠擺放相應(yīng)面積的太陽能集熱器。

安裝太陽能采暖系統(tǒng)的建筑，主要朝向宜為南向。建筑的體形和空間組合避免安裝太陽能集熱器部位受建筑自身及周圍設(shè)施和綠化樹木的遮擋，并應(yīng)滿足太陽能集熱器有不少于4H日照射數(shù)的要求。

建筑的主體結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件，應(yīng)能夠承受太陽能熱水系統(tǒng)的荷載。

建筑外墻要有保溫。

建筑的玻璃是節(jié)能玻璃。

具備以上條件較適合安裝太陽能采暖系統(tǒng)。

方案選擇

太陽能集熱器選型

系統(tǒng)選型主要考慮以下因素：a.太陽能集熱器類型；b.系統(tǒng)工作方式，自然循環(huán)或強制循環(huán)，閉式系統(tǒng)或開式系統(tǒng)；c.換熱方式，直接系統(tǒng)或間接系統(tǒng)；d備份熱源，電加熱器、燃?xì)忮仩t、燃煤鍋爐、生物質(zhì)鍋爐、熱泵等；e.管材和水箱材質(zhì)。

太陽能集熱器可按表1-1選型。

太陽能蓄能采暖介紹

太陽能蓄能采暖分為當(dāng)天蓄能采暖、周蓄能采暖、跨季蓄能采暖

當(dāng)天蓄能采暖

當(dāng)天蓄能采暖指利用太陽能集熱器將當(dāng)天的熱能收集到水箱內(nèi)儲存起來，滿足建筑末端的供熱需求。

周蓄能采暖

周蓄能采暖指利用太陽能集熱器將一周的熱能收集到水箱內(nèi)儲存起來，滿足建筑末端的供熱需求。集熱器的面積確定按照一周的太陽能輻照量計算，水箱的容量要稍大于當(dāng)天蓄能采暖系統(tǒng)的水箱。適合不常居住的度假別墅。

跨季蓄能采暖

跨季蓄能采暖指利用太陽能集熱器將春、夏、秋三個季節(jié)的熱能收集到水箱內(nèi)儲存起來，滿足建筑末端的供熱需求。集熱器的面積確定按照三個季節(jié)的太陽能輻照量計算，水箱的容量約大于10倍數(shù)當(dāng)天蓄能采暖系統(tǒng)的水箱。適合無足夠面積可供太陽能集熱器擺放的別墅。

計算方法

太陽能采暖系統(tǒng)供熱負(fù)荷計算主要分兩種用途，一是用于確定太陽能集熱器面積，另一種用于設(shè)計備份熱源和熱水管路。

以當(dāng)天蓄能采暖方式為例確定供暖熱負(fù)荷

供暖熱負(fù)荷的確定

供暖系統(tǒng)的設(shè)計熱負(fù)荷可用下式表示：Q= Q1+ Q2+ Q3+-Qd

其中，Q1為墻壁散熱量，Q2為開關(guān)門散熱量，Q3為排氣孔耗熱量，Qd為太陽輻射進入室內(nèi)的熱量。此系統(tǒng)是以輻射采暖為主（占60%以上），輔以對流傳熱。據(jù)《暖通規(guī)范》及實際工程設(shè)計情況， 在工程中，在僅知道建筑的總面積的情況下可采用以下采暖熱指標(biāo)進行計算。

建筑物熱指標(biāo)推薦表（2003技術(shù)措施：暖通空調(diào)）：

室外-9C（北京）的條件下，供暖需求量，用這個值去配置供暖設(shè)備，相當(dāng)于在最大條件下的出力。北京冬天室外平均-1.6，室內(nèi)保證16，這時的規(guī)定平米指標(biāo)20.6瓦。
每日耗熱量計算

（以北京地區(qū)節(jié)能建筑面積200平米別墅為例）
熱指標(biāo)q=20.6W/㎡
熱負(fù)荷Q= q·A（200㎡）=4120w
每日熱量Qr= 4.12kw×3600×12（小時）=177984KJ
時間取值：以北京大多數(shù)家庭作息習(xí)慣考慮，早8點到晚6點家中無人，故以上公式中取12小時。可根據(jù)實際情況更改，如24小時。
北京的冬季（1月、2月、3月、12月）日照輻射量平均為9730 KJ/m（集熱器受熱面上的輻照量為水平面上的輻照量做一修正：9730KJ/㎡×1.2=11676 KJ/㎡）。
太陽輻照資料
根據(jù)國家氣象中心提供的《中國氣象輻射資料年冊》（2001年）中，北京（區(qū)站號：54511；東經(jīng)：11628´；北緯：3948´；觀測點海拔高度：31.3m）的月日均及年總輻射數(shù)據(jù)（單位MJ/m）：

太陽能的集熱效率為47%
太陽能集熱面積S=177984KJ/（11676 KJ/m×47%）=32.43m
水箱確定

地板采暖循環(huán)進口溫度為45℃為易，水箱內(nèi)的溫度應(yīng)當(dāng)保持在50℃。所以根據(jù) （式—1）
式中：——水箱的容積；
——系統(tǒng)采光面積，32.43㎡；
——當(dāng)?shù)囟荆?月、2月、3月、12月）日照輻射量平均值，9730 KJ/m；
（集熱器受熱面上的輻照量為水平面上的輻照量做一修正：9730KJ/㎡×1.2=11676 KJ/㎡）;
——集熱器全日集熱效率，取值為0.47。
——管路及儲水箱熱損失率，此處取0.15。
——儲水箱內(nèi)水的終止溫度，50℃；
——水的定壓比熱容，4.18KJ/（㎏·℃）；
­—— 水的初始溫度，5℃；
——太陽能保證率，0.6；
代入式—1中，得出： =1340.35升
在這里我們?nèi)?.5噸儲熱水箱。

節(jié)能設(shè)計

1.節(jié)能水箱效果圖

2.太陽能采暖系統(tǒng)原理圖

此圖為系統(tǒng)原理示意圖，不表示實際連接方式。

輔助能源

輔助能源的介紹：燃油鍋爐、燃?xì)鉅t、生物質(zhì)鍋爐、燃煤鍋爐、電加熱、（水箱內(nèi)置電加熱或外置電加熱器）、熱泵。

燃煤鍋爐啟停時間長，出力調(diào)整較困難，較難實現(xiàn)自控或無人職守，有環(huán)境污染問題；

燃油、燃?xì)忮仩t控制方便，便于調(diào)節(jié)，可方便實現(xiàn)自控運行，但設(shè)備間需要滿足消防要求；

熱泵使用費用低，控制方便，但設(shè)備初投資高，此外北方地區(qū)采用空氣源熱泵在冬季使用能效比很低；

電加熱設(shè)備易安裝，控制方便，是太陽能熱水系統(tǒng)最常用的輔助熱源，但運行費用較高，有時因需電力增容大大提高系統(tǒng)投資。

在選擇輔助熱源時，要綜合考慮各項因素。

輔材選擇

管路
太陽能采暖系統(tǒng)采用的管材和管件應(yīng)符合現(xiàn)行產(chǎn)品要求，管道的工作壓力和工作溫度不得大于產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)定的允許工作壓力和工作溫度。
太陽能集熱系統(tǒng)管道可采用鋼管、薄壁不銹鋼、塑鋼熱水管、塑料與金屬復(fù)合管等。以乙二醇為主要成分的防凍液系統(tǒng)不宜采用鍍鋅鋼管。
熱水管道應(yīng)選用耐腐蝕并符合衛(wèi)生要求的管道，一般可采用薄壁銅管、薄壁不銹鋼、塑料熱水管、塑料與金屬復(fù)合管等。
設(shè)計時，應(yīng)在系統(tǒng)管路必要位置設(shè)置排氣裝置、泄水裝置、溫度計、壓力表、安全閥、膨脹水箱等輔助設(shè)備。閉式系統(tǒng)應(yīng)設(shè)置膨脹罐或泄壓閥。
管路保溫
太陽能熱水系統(tǒng)的集熱系統(tǒng)連接管道、水箱、供水管道均應(yīng)保溫。常用的保溫材料有巖棉、玻璃棉、聚氨酯發(fā)泡、橡塑泡棉等材料。
管道保溫材料選用是有以下要求：
1.保溫材料制品的允許使用溫度應(yīng)高于太陽能系統(tǒng)工作的介質(zhì)最高溫度。
2.保溫材料不宜采用有機物，以免生蟲。腐爛、生菌、引鼠。
3.宜采用吸濕性小、存水性弱、對管壁無腐蝕作用的材料；室外管道保溫層外應(yīng)加保護層防水。
4.保溫材料應(yīng)采用非燃和難燃材料。應(yīng)符合GB50016《建筑設(shè)計防火規(guī)范》的要求；電加熱器的保溫必須采用非燃材料。

供熱末端

太陽能系統(tǒng)效率與集熱器種類和工質(zhì)的工作溫度密切相關(guān)，太陽能供熱采暖系統(tǒng)的散熱部件按以下原則選用：
1. 太陽能供熱采暖系統(tǒng)應(yīng)優(yōu)先選用低溫輻射供暖系統(tǒng)。
2. 水-空氣處理設(shè)備和散熱器系統(tǒng)宜使用在60-80℃工作溫度下效率較高的太陽能集熱器，如高效平板太陽能集熱器或熱管真空管太陽能集熱器。該系統(tǒng)適合夏熱冬冷或溫和地區(qū)。
3. 熱風(fēng)采暖系統(tǒng)適宜低層建筑或局部場所需要供暖的場合。
低溫輻射供暖系統(tǒng)的設(shè)計要點
1.太陽能采暖系統(tǒng)較適宜低溫輻射供熱。供水溫度不宜超過60℃，供回水溫差10℃左右為宜，太陽能供熱采暖系統(tǒng)供水溫度宜采用35-50℃；供熱系統(tǒng)的工作壓力不得超過0.8MPa；地表溫度平均溫度計算值應(yīng)符合表1-26的規(guī)定。
低溫?zé)崴匕遢椛洳膳到y(tǒng)地表面平均溫度/℃

地面構(gòu)造由樓板或與土壤相鄰的地面、絕熱層、加熱管、填充層、找平層和面層組成。與土壤相鄰的地面，必須設(shè)絕緣熱層，且絕緣熱層下部必須設(shè)置防潮層。直接與室外空氣相鄰的樓板，必須設(shè)置絕緣層。對衛(wèi)生間、洗衣間、浴室和游泳館等潮濕房間，在填充層上部應(yīng)設(shè)置隔離層。當(dāng)工程允許地面按雙向散熱進行設(shè)計時，個樓層間的樓板上部可不設(shè)絕緣層。
面層宜采用熱阻小于0.05㎡.℃/W的材料。花崗石、大理石、陶瓷磚等的熱阻為0.02㎡.℃/W，木地板的熱阻為0.10㎡.℃/W，毛毯的熱阻為0.15㎡.℃/W。
絕熱層采用聚笨乙烯泡沫塑料板，容重不小于20kg/m,壓縮強度不小于100kPa,熱導(dǎo)率不大于0.41w(m . ℃).絕熱層厚度應(yīng)滿足：樓層之間樓板上的絕熱層不小于20mm，與土壤或室外空氣相鄰的地板上的絕熱層不小于40mm。
在與內(nèi)外墻、柱及過門等垂直部件交接處應(yīng)敷設(shè)不間斷的伸縮縫，伸縮縫寬度不應(yīng)小于20mm，伸縮縫宜采用聚苯乙烯或高發(fā)泡聚乙烯泡沫塑料；當(dāng)?shù)孛婷娣e超過30㎡或邊長超過6m時，應(yīng)設(shè)置伸縮縫，伸縮縫寬度不宜小于8mm，伸縮縫宜采用高發(fā)泡聚乙烯泡沫塑料或內(nèi)滿填彈性膨脹膏。
填充層的材料宜采用C15豆石混凝土，豆石粒徑不宜大于12mm。填充層的厚度不宜小于50mm。如地面荷載大于20Kn/㎡時，應(yīng)會同結(jié)構(gòu)設(shè)計人員采用加固措施。