太阳能与建筑一体化可研最终定稿.doc

北京九阳实业公司北京市平谷区太阳能与建筑一体化采暖与生活热水示范项目可行性研究报告（代项目建议书）工程号：K-2011-134北京国际工程咨询公司2011年12月97 / 101编制单位： 北京国际工程咨询公司总 经 理： 张志宏 高级工程师（教授级） 注册咨询工程师（投资）副总经理： 韩志刚 工 程 师 注册咨询师总工程师： 刘春田 高级工程师 注册咨询师项目负责人：阮 琼 工 程 师编制人员：工 艺： 赵国华 工 程 师建 筑： 裴志文 工 程 师结 构： 刘美琴 工 程 师给 排 水： 才振刚 工 程 师暖 通： 黄 颐 工 程 师电 气： 劳大实 工 程 师经 济： 瞿俊章 工 程 师项目审核人： 张温远 工 程 师部门审核人： 焦 跃 高级工程师公司审核人： 刘春田 高级工程师 注册咨询师目 录第一章 项目概况11.1项目名称11.2项目管理单位11.3项目建设单位11.4建设地点及规模11.5项目总投资及资金来源11.6效益分析11.7结论与建议21.8编制依据3第二章 项目背景及必要性52.1项目背景52.2项目必要性6第三章 项目建设选址及建设条件103.1建设条件103.2建设地点20第四章 技术方案比选234.1基本原则234.2太阳集热器的类型比选234.3系统比选314.4太阳能采暖/热水系统辅助能源比选354.5太阳能采暖/热水系统储热水箱的选择384.6采暖末端的选择394.7太阳能采暖/热水系统方案总结41第五章 工程建设方案设计435.1项目建设内容435.2太阳能集热系统设备及安装工程43第六章 劳动安全与工业卫生616.1劳动安全616.2防噪声616.3防毒防腐616.4工业卫生616.5防火防爆616.6其它安全措施62第七章 工程运行及管理制度637.1项目工程运行制度637.2劳动定员637.3项目维护管理工作637.4项目运行成本64第八章 实施计划进度668.1项目实施安排668.2项目实施进度表66第九章 投资估算及资金筹措679.1投资估算编制依据679.2编制范围679.3编制原则及方法689.4投资构成689.5资金筹措93第十章 效益分析9410.1效益分析内容9410.2太阳能采暖系统节能效益的预评估9410.3太阳能热水系统的节能费用预评估95第十一章 环境影响分析96第十二章 结论与建议97第一章 项目概况1.1项目名称北京市平谷区太阳能与建筑一体化采暖与生活热水示范项目1.2项目管理单位北京市平谷区发展和改革委员会1.3项目建设单位北京市平谷区住房和城乡建设委员会1.4建设地点及规模在平谷区所辖7镇10个行政村配合新农村建设，建造太阳能与建筑一体化采暖与生活热水示范项目，在建筑面积250880.424平方米的农户住宅上，安装太阳能集热器面积34047.7平方米，解决了1518户采暖和洗浴问题。1.5项目总投资及资金来源 项目总投资9924.22万元，拟申请市政府投资2977.27万元，其余部分由区政府及农户自筹。1.6效益分析本项目采用绿色、清洁太阳能作为主要热源，减少了大量常规能源的消耗，对于保护生态环境，提高居民生活品质，均有着重要的意义。此外，建设地点作为旅游比较发达的乡镇，项目实施后，对可再生能源利用，宣传节能环保，推进农村节能减排工作，以及实现可持续发展都有积极的典范和推进作用。安装1平方米的太阳能集热器1年节能120千克标准煤,相应减少二氧化碳排放324千克。项目实施后，共安装集热器34047.7平方米，即每年节约常规能源折合4085吨标准煤，可相应减少二氧化碳排放11031.45吨，节能减排效果显著。1.7结论与建议12.1太阳能采暖及生活热水是我国新能源领域内技术成熟、经济性较好的新能源利用形式，建议优先立项，重点扶持。12.2太阳能采暖及生活热水工程技术成熟，可控性强，建议从实际需要出发，简化工程涉及程序，适当缩短项目建设期，尽快使广大村民收益。12 .3本项目建设时，要加强建立、健全相应的项目设计、施工、验收等管理机制，以保证让太阳能采暖/热水系统技术良好、长久地运行下去。12.4本项目的技术方案合理，建设内容明确。本项目建设条件具备，且具有良好的社会效益和一定的经济效益，因此本项目的建设是必要且可行的。12.5建议统一招标采购品牌产品；统一监理，以保证工程质量。1.8编制依据1.8.1国家有关项目建议书、可行性研究报告编制要求1.8.2平谷区发改委提供的项目基础资料1.8.3北京市“十二五”时期新能源发展规划1.8.4太阳能供热采暖工程技术规范GB50495-20091.8.5太阳能热利用术语GB/T12936-20071.8.6平板型太阳能集热器GB/T6424-20071.8.7全玻璃真空太阳集热管GB/T17049-20051.8.8真空管太阳能集热器GB17581-20071.8.9玻璃-金属封接式热管真空管太阳能集热管GB/T19775-20051.8.10太阳热水系统设计、安装及工程验收技术规范GB/T18713-20021.8.11民用建筑太阳能热水系统应用技术规范GB50364-20051.8.12太阳能热水系统施工技术规程DB11/T 461-20071.8.13建筑给水排水设计规范GB50015-20031.8.14采暖通风与空气调节设计规范GB50019-20031.8.15公共浴室给水排水设计规程CECS108：20001.8.16建筑给水排水及采暖工程施工质量验收规范 GB50242-20021.8.17室外排水设计规范GB50014-20061.8.18民用建筑电气设计规范JGJ16-20081.8.19民用建筑设计通则GB50352-20051.8.20外墙外保温工程技术规程JGJ144-20041.8.21北京市建设工程概算定额（2004年）及其费用定额。1.8.22京造定20075号关于执行2004年北京市建设工程概算定额第二次调整系数的通知1.8.23北京市工程造价信息2011年4月版1.8.24相关建筑技术经济指标及有关其他费用1.8.25建设部建质200384号关于颁布建筑工程设计文件编制深度规定（2003年版）的通知第二章 项目背景及必要性2.1项目背景2.1.1充分利用可再生能源随着全球范围内的能源供应紧缺与环境的日益恶化，以太阳能、地热等为代表的可再生能源，越来越受到人们的关注。可再生能源主要包括水力发电、太阳能、生物能源、风能、地热能、海洋能等。提高能源效率和发展可再生能源已成为全球能源可持续发展的两个重要组成部分。从战略上说，世界最终将转入可再生能源的持续利用。因此，世界各国都十分重视积极推动可再生能源技术的发展。中华人民共和国可再生能源法明确规定：国家鼓励单位和个人安装和使用太阳能热水系统、太阳能供热采暖和制冷系统、太阳能光伏发电系统等太阳能利用系统。国务院建设行政主管部门会同国务院有关部门制定太阳能利用系统与建筑结合的技术经济政策和技术规范。房地产开发企业应当根据前款规定的技术规范，在建筑物的设计和施工中，为太阳能利用提供必备条件。北京市“十二五”时期新能源发展建设规划明确提出：加快新能源和可再生能源开发利用”按照“因地制宜、多能互补、重点突破、政策配套”的原则，重点推进太阳能、地温能、生物质能和风电的开发利用。新能源和可再生能源占能源消费的比重力争达到6%左右。2.1.2平谷区的功能定位为生态涵养发展区北京城市总体规划（2004年2020年）中确定平谷区的功能定位为生态涵养发展区。平谷新城将成为北京东部发展带的重要节点、京津发展走廊上的重要通道之一和北京东部物流、休闲度假及绿色农业基地。2.1.3平谷区政府大力转变经济增长方式按照生态涵养发展区的功能定位，结合新农村建设推广使用太阳能、风能发电，使用太阳能、生物质能取暖，解决农民生活用能问题。在北部山区、民俗旅游景区的主要街道推广使用太阳能、风能照明。选择条件成熟的农村，实施新能源示范村建设，起到新能源示范作用。北京市平谷区国民经济和社会发展第十二个五年规划纲要中提出，在“十二五”时期，农村地区因地制宜利用太阳能、生物质能等新能源，提高供热水平。为贯彻落实北京市国民经济和社会发展第十二个五年规划纲要、北京市平谷区国民经济和社会发展第十二个五年规划纲要的要求，平谷区发展改革委等有关部门决定：2011年配合新农村建设（整村搬迁）为7镇10个行政村1518户居民建设太阳能采暖和生活热水项目。2.2项目必要性2.2.1落实国家可再生能源法和市领导批示中华人民共和国可再生能源法已于2006年1月1日正式实施。第十七条明确规定：国家鼓励单位和个人安装和使用太阳能热水系统、太阳能供热采暖和制冷系统、太阳能光伏发电系统等太阳能利用系统。市领导非常重视可再生能源的开发利用工作，北京市领导多次批示：加大力度、推进太阳能的开发利用。市政府等有关部门的领导多次到平谷视察新农村建设情况，指出平谷区发展的最大优势是生态资源丰富，要让经济建设与生态环境协调发展。充分发挥自身优势，深入研究发展方向，发展宁可慢一点，也要保护好这片净土。要充分利用丰富的太阳能和风能，精心设计利用方案，使人和自然和谐相处。2.2.2利用平谷区丰富的太阳能资源平谷区位于北京市东北部，距北京城70公里，境域植被丰厚，林木覆盖率达51.3%，冬夏长。平原占七分之三，地势平坦，海拔20100米。全年日照2500小时以上，占全市太阳能资源的6%，是属于三级太阳能资源较丰富地区。2.2.3落实区县功能定位的需求根据建设生态涵养发展区总体功能要求，将平谷区主导功能整体确定为都市生态屏障、城市综合服务、文化休闲旅游、生态经济发展和宜居城市建设。该定位明确了怀柔区的产业发展要以生态涵养、环境保护和水源保护为目标，充分利用地区丰富的太阳能等可再生能源，为创建一流的生态涵养区奠定扎实的基础。2.2.4倡导健康文明的生活方式平谷区在建设社会主义新农村，落实贯彻科学发展观，全面提高、建设小康社会，构建和谐社会，进一步贯彻落实党的十六届五中全会提出的“生产发展、生活宽裕、乡风文明、村容整洁、管理民主”社会主义新农村建设二十字方针和目标，体现新形势下农村经济、政治、文化和社会发展的要求。规划到2010年，在全面提高农村教育、卫生服务水平，全面改善农村生活基础设施，完善农村文化体育活动设施，重点建设特色农民居住新村，提高农村社会福利水平。由于建设和经济条件的约束，公共卫生设施开发落后，农民家庭建设与城市家庭有一定差距，很多村民没有冬季供暖和的洗浴条件和习惯，造成部分村民容易患上各种皮肤病和其它疾病（中风、关节炎、大骨节等疾病），与建设社会主义新农村的目标相距甚远。为了改善农村的卫生环境，提高农民的生活水平，保护农民身体健康，促进农民思想观念和生活方式的转变，提高农民的生活质量，结合新农村建设的目标，在新农村建设过程中利用太阳能采暖/热水系统技术，满足农民的冬季供暖和全年的洗澡用水，提高了农村的生活品质和卫生条件，促进北京市可再生能源开发利用。2.2.5改善农村用能结构的需要目前北京的能源结构状况与其发展目标及可持续发展战略还很不适应。例如，新能源及可再生能源利用少，能源消费环节浪费比较严重，煤的比例较大且利用技术水平较低；与发达国家相比也存在较大差距，仅相当于发达国家七十年代的水平；从产值能耗来看，目前万元国内生产总值和万元工业增加值的能耗都高于上海等城市及全国平均值，与国际先进水平相比差距更大，因此北京市能源利用水平尚有待提高，节能还有很大潜力，新能源及可再生能源发展的空间很大。为解决使用煤炭给环境造成的污染问题，北京市政府采取了引进天然气、以气代煤等多项措施。但天然气引进量到2008年也只能达到每年50亿立方米，因此还必须采取其他措施来限制煤的消耗。推进太阳能、生物能、地热等新能源和可再生能源的开发利用，对加强能源的集约利用，转移影响生态环境的资源消耗型产业，逐步淘汰不适应功能定位要求的资源型企业，减轻资源环境压力起到极大的促进作用。本建设项目采用太阳能采暖/热水系统技术，太阳能是理想的清洁能源，对防止空气污染、保护环境，实现自然生态平衡方面具有积极的促进作用。本项目在平谷区的实施，符合有关政策的导向，在倡导节能环保的社会主义新农村建设中将起到积极的示范作用。第三章 项目建设选址及建设条件3.1建设条件3.1.1自然条件图 3-1 平谷区地理位置（北京行政区地图）平谷区位于北京和天津两大中心城市之间，北京的东北部，天津的西北部，是连接两大城市的纽带。地理坐标为东经1165511724，北纬40024022。南与河北省三河市为邻，北与本市密云县接壤，西与本市顺义区接界，东南分别与天津市蓟县、河北省兴隆县毗连。平谷区境域东西长35.5公里，南北宽30.5公里。地处燕山南麓与华北平原北端的相交地带，东、南、北三面环山，中间为平原谷地。境域群山耸翠，万里长城环绕北部山间；泃、洳二河映带左右，萦回境内。平谷地貌由北部、东部、南部山地和中部、西南部平原两大地貌单元组成，山区、半山区占七分之四，平原占七分之三。地势由东北向西南倾斜，中间平缓，呈倾斜簸箕状。平谷区全区总面积1075平方公里，其中山区面积占59.7%，耕地面积11.51万亩，辖14镇、2乡、2个街道办事处，275个行政村，共有人口40万。全区劳动力总数为18万人，汉族占全区人口的95.6%，满、壮、蒙、回、彝、苗、土、瑶等少数民族占总人口4.4%，人口密度每平方公里400人。平谷区内有着丰富的水资源、矿产资源、动植物资源，健全的基础设施，优越的自然环境。平谷区属暖温带季风气候区。冬夏长，春秋短。春季干旱多风，夏季炎热多雨，秋季凉爽湿润，冬季寒冷干燥。冬季盛行西北风，夏季盛行西南风。东北部山区有地区性小气候。3.1.2 再生能源资源情况 地理气候概况平谷位于北京最东端，是北京市东部的远郊区，境域东西长40.0km，南北宽 38.5km。平谷区气候为暖温带大陆性季风气候，其 特点是四季分明，冬季受内蒙古高原寒流的影响，气候寒冷干燥，夏 季太平洋、印度洋暖湿气流北上使气候炎热多雨，而春季是干旱多风， 秋季短促凉爽，冬夏两季气温变化较大。根据平谷气象站 19562005年气象统计资料显示，平谷区多年平均气温 11.5 度，极端最高气温40.2 度，极端最低气温零下 26.6 度。全年最热月为 7 月，多年平均 气温为 26.1 度；全年最冷月为 1 月，多年平均气温为-5.5 度。平均 相对湿度 57.8%，多年平均日照数为 2729.2h，全年无霜期平均 191 天，最大冻土深度为 0.74m。表3-1是平谷气象局提供的气象资料，为 1971 年2000 年的统 计结果，图3-2、图3-3以及图3-4为相应的曲线图。可以看出，冬季最低月平均气温为-5.6DegC，相对湿度47%，夏季最高月平均气 温为 25.9Deg C，相对湿度为 77%，日照小时数为 180270hrs。表 3-1 30年平谷气象局累年气候资料统计表（1971-2000年）123456789101112年平均气温（）-5.6-2.24.913.619.324.025.924.519.612.53.5-3.111.4相对湿度（%）47465149586477817264625461日照（h）192.1189.6223.0238.5267.4248.0199.5212.6230.2218.0180.6180.22579.6图3-2 平谷月平均气温302520151050-5-101 2 3 4 5 6 7 8 9 10111260402001 2 345 6 7 89101112图3-3 平谷各月相对湿度平谷每月日照小时数rs300250200150100501 2 3 4 5 6 7 8 9101112图 3-4 平谷各月日照小时数 逐时气象数据分析（包括太阳辐射强度）为了分析项目耗能系统的峰值负荷，特别是空调采暖系统，结合 北京当地的气候状况，分析了全年逐时的气温状况与太阳辐射强度。本次系统设计所选用的室外气象参数来自 Energyplus 的气象数据网站(/downloads/weatherdata)。该气象数据是汇总和整理清华大学和中国气象局多年的测试数据（可参见中国建筑 热环境分析专用气象数据集），具有较高的权威性。下面主要分析北京地区室外温服和太阳辐射量的情况。室外空气温度图3-5是北京地区的全年逐时温度曲线。从图中可以看出，北京地区夏季室外空气温度在 3035左右。图3-5全年逐时室外温度曲线太阳辐射量图 3-6 和图3-7 分别是北京地区全年直射辐射量和散射辐射量曲线。可以看出，虽然夏季太阳距离地球较近，总辐射量较大，但由于 夏季北京云量较多，所以直射辐射量和冬季差不多，甚至偏小，但夏 季散射辐射量明显大于冬季。从这里我们可以得到一个启示，对于夏 季不仅要注意遮挡直射辐射，同时也要注意加强对散射辐射的遮挡。图 3-6全年逐时直射辐射量曲线图 3-7全年逐时水平面散射辐射量曲线夏季典型日气象数据分析图3-8是北京地区夏季典型月的太阳总辐射量和室外空气温度的 逐时曲线。为考虑最热情况，选取太阳辐射量和室外温度都较高的一 天的气象数据为供冷设备选型计算的依据，如图3-9 所示。图 3-8夏季典型月气象数据图 3-9所选计算日的各气象参数曲线图3-10图3-13 是夏季典型日各朝向的立面总辐射量、立面法向直射辐射量及散射辐射量的曲线。从图中可以找出各个朝向的立面辐 射量最大的时刻。图 3-10东立面辐射量曲线图3-11南立面辐射量曲线图3-12西立面辐射量曲线图 3-13北立面辐射量曲线统计各个朝向立面的计算时刻及该时刻的辐射量、室外温度参数 如表3-2所示。表3-2 各立面的典型计算参数朝向时刻总辐射直射辐射散射辐射室外温度(W/m2)(W/m2)(W/m2)()东852742210528南1234019814232西1541226814437北12142014232根据图3-5中的结果，冬季典型日室外计算温度选取为-12。3.2建设地点计划在平谷区7个乡镇的10个村庄1518户建设太阳能采暖和生活热水项目。村庄的具体情况详见表3-3。表3-3 平谷区7个乡镇10个村太阳能采暖和生活热水项目统计表项目名称户型户数单户建筑面积（）合计面积（）东高村镇南宅村二期A户型201503000B户型7017011900C户型292186322散户4240960村委会1800800东高村镇南宅村三期A户户型102902900C户型102182180王辛庄镇井峪村A户型151301950B户型30982940C户型40793160会所1610610黄松峪镇大东沟村A户型21106.12228.1B户型91166.615160.6C户型92322088其他262366136镇罗营镇张家台村A户型479.934319.736B户型20148.3092966.18C户型59169.94610026.814D户型9189.9461709.514镇罗营镇大庙峪村A户型63199.612574.8B户型161772832C户型3104312镇罗营镇东四道岭村A户型19150.612861.59B户型21169.643562.44项目名称户型户数单户建筑面积（）合计面积（）镇罗营镇核桃洼村77199.615369.2大华山镇西长峪村A户型2083.791675.8B户型50205.2810264C户型30157.114713.3D户型40174.436977.2村委会11049.071049.07熊儿寨乡老泉口村A户型30802400B户型8013010400C户型8016012800D户型302206600合计22032200金海湖镇将军关村三期A户型32151.454846.4B户型150156.3823457C户型28143.174008.76D户型132147.5619477.92合计34251790.08总计1518250880.424第四章 技术方案比选4.1基本原则4.1.1遵守国家有关法律、法规以及太阳能行业相关标准、规范。4.1.2技术上力争工艺先进，运行可靠，使用简单方便；经济上力争降低成本，节省投资，减少用户负担。4.1.3依据可研报告委托书中用户要求及现实条件，同时参考国内外类似太阳能供热采暖工程的实践经验。4.2太阳集热器的类型比选太阳能集热器是吸收太阳辐射能并向工质传递热量的装置，它是太阳供热采暖系统的核心部件，其性能与成本对太阳能采暖系统的优劣起着决定性作用。4.2.1集热器的类型介绍太阳能集热器根据吸热体的不同结构，一般分为平板集热器、全玻璃真空管集热器和热管真空管集热器三种。（1）平板太阳集热器平板太阳集热器由吸热板、透明盖板、隔热层、外壳等几部分组成(见图4-1)。1-吸热板；2-透明盖板；3-隔热层；4-外壳图4-1 平板太阳集热器结构示意图结构组成：吸热板芯材质：采用全铜、铜铝焊接和铜铝复合材质，目前国内大部分采用全铜太阳能集热板芯。 焊接：采用超声波或激光焊接，传热的热阻很小，有耐腐蚀、寿命长等优点。选择性涂层平板太阳能集热器选择性涂层有TXT涂层，阳极氧化涂层，镀黑铬涂层，磁控溅射涂层等；20世纪80年代北京市太阳能研究所研制出TXT选择性吸收涂层，太阳吸收比约为0.900.94，发射率约为0.290.50，和普通黑漆相比，集热效率提高3%。为进一步降低发射率，后来又采用了电化学方法制作选择性涂层。目前国内常用选择性涂层为镀黑铬涂层各种涂层性能如下； 阳极氧化涂层：电化学方法（吸收比0.90-0.93，发射比小于0.20）镀黑铬涂层：电化学方法（吸收比0.93-0.95，发射比小于0.10）磁控溅射涂层：磁控溅射法（吸收比0.95,发射比小于0.06）工作原理：平板太阳能集热器工作时，太阳辐射穿过透明盖板后，投射在吸热板上，被吸热板吸收并转化成热能，然后传递给吸热板内的传热工质，使传热工质的温度升高，作为集热器的有用能量输出。 产品特点平板太阳集热器具有结构简单、使用寿命长、承压能力好、水质清洁、平整美观、价格低廉等特点。它可以采集太阳直射辐射和散射辐射，但由于玻璃盖板下没有抽真空，集热器与环境间温差不大时热效率较高，而在环境温度0以下地区，集热器循环介质采用水时，本身无法解决防冻问题。目前国外普遍采用防冻液工质的形式解决冬季使用问题，而国内则多采用水介质排空的方式，该方式经过数年 图4-2 平板太阳能集热器的应用，技术较为成熟可靠。(见图4-2)。（2）全玻璃真空管太阳集热器全玻璃真空管太阳热水器的核心部件全玻璃真空集热管由内玻璃管、外玻璃管、选择性吸收涂层、真空、弹簧支架、消气剂等部分组成，其形状犹如一只细长的暖水瓶（见图4-3）。1-内玻璃管；2-外玻璃管；3-选择性吸收涂层；4-真空；5-弹簧支架；6-消气剂图4-3 全玻璃真空集热管结构示意图因其采用了真空技术，全玻璃真空管太阳热水器具有保温性能好、热效率高等优点，理论上解决了太阳能热水器过冬问题，冬季基本能够正常运行。由于其工艺与结构简单、材料成本较低，因而价格要低于热管真空管太阳热水器。 图4-4真空管太阳能集热器 在具有上述优点的同时，全玻璃真空管太阳热水器也存在着一些缺点，如密封不可靠、不承压、集热器寿命短等，需结合实际使用条件，合理选用。我国自1978年从美国引进全玻璃真空集热管的样管以来，经20多年的努力，由我国自主开发生产的全玻璃真空管太阳集热器的科技水平、制造技术、生产规模均处于国际领先水平，且生产成本低廉，具有较强的国际竞争力。目前国内太阳热水器市场上80以上的产品为全玻璃真空管太阳热水器。（3）热管真空管太阳集热器热管真空管太阳集热器是一种在真空集热管内无水而代之以金属热管传递太阳热能给水箱中水的热水器。其核心部件热管真空管主要由热管、吸热板、玻璃管等几部分组成(见图4-5)。1-热管；2-吸热板；3-玻璃管图4-5 热管真空管结构示意图 图4-5热管真空管太阳能集热器太阳光穿过玻璃管投射在吸热板上，吸热板吸收太阳辐射能并将其转换为热能，加热热管内的工质，使其汽化并将热量传送到热管的顶端，加热传热介质(通常是水)，同时使工质凝结，流回热管的下端(加热端) ，如此不断循环，将水箱内的水加热。热容量小，启动快；真空集热管内没有水，耐冰冻；真空集热管内没有水，耐热冲击；热管和连集管是金属，承压能力强；热管有“热二极管效应”，保温好；“干性连接”不漏水，运行安全可靠；真空集热管“干性连接”，易于安装维修。上述的特点使得该产品具有全年热效率高、抗冷热冲击好、防冻性能好等优点，因此无论从品质还是从性能上来说目前都属于高端产品，因此其价格也相对昂贵。4.2.2集热器性能比较及类型确定合理完善的太阳系统形式，是太阳集热系统与供热供应用系统有机的组成。因此，系统选用集热器产品过程中应因地制宜，结合产品技术情况、用户定位、系统要求及经济承受能力等因素，充分考虑集热系统的结构性能、热性能、设置条件及建筑本身的特点等，以提供稳定的热水供应为目标，优化选用。太阳能采暖供热系统中，集热器的选择应考虑如下具体因素：（1）热性能：集热器的供热性能包括集热器热效率、集热器保温效果等；（2）安全耐久性能：包括防冻性能、空晒性能、防过热性能、使用寿命、承压性能、故障率等；（3）与建筑集成性能：包括与建筑相结合的性能、安装施工性能。（4）经济性能：包括初投资、维护成本、投资费效比等。在民用建筑太阳能采暖系统项目中，集热器类型选择时，重点考虑设备的使用寿命等安全性能问题。表4-1 三种太阳集热器性能比较表项目真空管太阳集热器平板太阳集热器热管真空管集热器热性能热效率涂层：吸收率高于95%，发射率低于6%涂层：吸收率93-95%，发射率小于10%涂层：吸收率95%，发射率5%高温区效率优于平板，效率曲线变化幅度较小中低温区效率优于真空管，受环境温度影响，效率变化幅度较大高温区效率较好，效率曲线变化辐度小保温效果真空管本体真空保温，热损较小集热器材料保温，保温效果相对差真空保温，保温效果好安全耐久性能空晒性能空晒温度300以内，空晒后真空管易炸空晒温度较低（约160），对集热器性能较小空晒温度300以上，真空管及热管易炸防冻性能集热器本身防冻，温度低于0的区域地区需考虑管路防冻温度低于0的区域，集热器应需采取防冻措施，集热器及管路需考虑防冻集热器本身防冻，温度低于0的区域地区需考虑管路防冻防过热性能集热器本身无法解决，需采用遮挡等措施采用空晒的方式解决集热器本身无法解决，需采用遮挡等措施使用寿命10-15年15-20年15-20年承压性能真空管插接连接方式，易破损，无法承压使用可以承压使用可以承压使用故障及维护真空管故障率高，日常维护量大，局部破损影响整个系统的运行使用。传统建材，故障率低，日常维护量极小，无需专业人员，局部损坏不影响系统使用，可局部换修真空管故障率较高，日常维护量较多；真空管的局部损坏不影响系统使用，可局部换修与建筑集成性能与建筑结合不易与建筑结合，无法达到建筑结构的替代易与建筑物结合，可以替代屋面板、墙板等，成为建筑构件不易与建筑结合，无法达到建筑结构的替代安装施工现场组装较为繁索，工程量较大安装相对方便，工程量小热管的组装较复杂，工程量较大经济性能初投资真空管批量化程度高，成本较低受金属材料影响，成本居中生产技术难度大，成本较高维护成本真空管易损，维护材料及人员成本较高无易损件，维护材料及人工成本较低热管易损，更换技术性强，维护成本较高费效比适中较低较高对照表4-1，综合考虑各种因素，可以看出：（1）在热性能方面，一方面，平板集热器采用材料保温，其保温性能劣于真空管及热管集热器；但由于平板集热器的采光面积要远高于另外两种类型集热器；集热器的热性能最终取决于保温性能、采光面积、涂层的吸收/发射比及最终的产水温度；在目前集热器涂层性能基本相同的条件下，在太阳能供热系统中，其供热温度较低（供热温度与外界环境温度差较小），平板集热器的面积优势因素对最终热性能的影响超过了保温不利的因素，其热性能要高于真空管集热器。（2）在安全耐久性能方面，平板集热器使用寿命长，故障率低，可承压使用，优于玻璃管类集热器；对于太阳能采暖系统，平板集热器本身及管路系统、真空管及热管集热管路系统在冬季使用须考虑防冻措施，同时集热器应考虑在非采暖季的防过热问题。目前，排空等各类防冻技术较为成熟，可以较容易地解决系统的防冻问题；而在防过热问题上，平板集热器可采用空晒的方式解决非采暖季能源过量问题，相对较为容易，真空管集热器则需要采用人工遮挡等方式。（3）在与建筑集成性能方面，平板集热器容易与建筑相结合，作为建筑构件使用；（4） 在经济性能方面，全玻璃真空管集热系统初投资价格相对较低，热管真空管价格最高，平板太阳热水器的价格由于有色金属材料的价格的波动相对较高；而在运行维护成本上，真空管由于故障率高，因此维护成本较高；综合初投资、使用年限及运行维护成本，平板集热系统的费效比最高。结论：根据全面分析，结合以往工程经验，本项目全部选用平板型太阳集热器。4.3系统比选热水系统通常包括集热器、储水箱、连接管道、支架、控制系统和必要时配合使用的辅助热源。以下根据系统结构特点和运行特点，对系统的基本形式和运行方式进行比选。4.3.1系统基本形式选择太阳能采暖系统按供暖范围划分为集中供暖系统和分散供暖系统。集中供暖系统是指多个建筑采用集中式供暖的系统形式，集热器统一布置，集中集热，供暖末端分散在多个单个建筑中，需建立室外供暖管网，适用于集热器可集中安装蓄热的工程。分散供暖系统是指为单一建筑进行供暖的系统形式。一般户为单位设置独立的太阳能供暖系统，每户均设置独立的太阳能集热器、储热水箱、辅助热源及其他辅机。针对于新农村建设，由于该项目所有民居建筑全部为单户式，分散建设，且没有集中的位置安装太阳能集热器进行集中蓄热，且集中供暖管网长，散热损失大，故本项目较适宜采用分散式供暖系统，即每户设置太阳能供热采暖系统一套。4.3.2太阳能系统运行方式选择系统按运行方式分类从不同角度进行分类，太阳能系统可以分成不同的形式。（1）按所使用的太阳能集热器类型，太阳能供热采暖系统可分为液体工质集热器太阳能供热采暖系统、太阳能空气集热器供热采暖系统。（2）按集热系统的运行方式，太阳能供热采暖系统可分为直接式系统和间接式系统。直接式系统是指在太阳集热器中直接加热水供给用户的系统；间接式系统是指在太阳集热器中加热某种传热工质，再利用该传热工质通过热交换器加热水供给用户的系统。由于热交换器阻力较大，间接式系统一般采用强制循环系统。（3）按蓄热能力，太阳能供热采暖系统分为短期蓄热和季节蓄热太阳能供热采暖系统。短期蓄热太阳能供热采暖系统，仅设置具有数天贮热容量设备的太阳能供热采暖系统；季节蓄热太阳能供热采暖系统，设置的贮热设备容量可贮存非采暖期获得的太阳能量，用于冬季供热采暖的系统。由于该系统所需贮热设备容量较大，故季节蓄热太阳能供热采暖系统初投资较大，且需要较大的空间安装贮热水箱。系统运行方式的选取本项目的所有单项工程均为新建。根据本项目的实际情况，循环方式选择强制循环温差控制方式，分散式短期蓄热、液体工质太阳能供热采暖系统，以满足连续阴雨天气时村民的供暖及洗浴用水需求。4.3.3 太阳能采暖/热水系统具体设计方案 太阳能采暖/热水系统流程介绍（1）太阳能集热器和储热水箱下部分别设置有温度传感器测点。在晴好天气，太阳能集热器吸收太阳辐射能量，集热器的温度不断升高，通过对传感器测点的检测，当集热器检测点温度与储热水箱水温温度差升高至上限值时，太阳能系统水泵启动，循环加热储水箱的水温，不断的将太阳能集热器的能量储存至储水箱中；（2）随着储水箱水的不断循环，集热器的温度逐步下降，当集热器检测温度与采暖水箱温度差达到设定下限值时，太阳能系统水泵停止，集热器及系统管道中的水通过管路的安装坡度排回至水箱中，达到系统排空防冻作用；（3）在阴雨天气或太阳能量不足的条件下，当采暖水箱温度达不到设定温度时，可启动辅助系统对储热水箱的水循环加热，达到设定温度以满足供暖需求。（4）储水箱中40-50度的热水通过供暖循环泵在风机盘管中进行循环，向建筑物内供热，满足室内的温度需要；供暖循环水泵可根据房间设定温度要求启停。太阳能采暖/热水系统工艺流程示意图图4-7太阳能采暖/热水系统工艺流程示意图系统功能（1）自动循环加热功能系统控制器对上述循环过程进行实时控制，通过温度及水位的检测，达到太阳能集热系统的自动化运行。（2）采暖、生活热水两用太阳能系统既可提供冬季供暖，又可提供居民生活热水。（3）集热器排空防冻功能太阳能系统的冬季使用，解决其北方地区的“防冻”问题是关键所在。传统意义上的防冻，一般均采取电伴热带或加强保温的方式进行，这种方式存在着受外界条件所限的缺陷，因此，本项目推荐采用了机械排空的方式，集热器、系统管路设计有一定坡度，且在管路最高点设置排气阀，当循环泵停止时，循环管路及集热器中的水由于重力作用，全部落回室内水箱中。这样，在循环泵停止时，管路及集热器中没有水存在也就没有冻损的的问题。太阳能采暖/热水系统优点（1）太阳能与常规能源的巧妙结合，保证室内供暖温度及生活热水供应。（2）一个系统解决两个问题，既可向建筑供暖，又可提供居民生活热水。（3）系统采用机械排空防冻技术，保证设备和系统在任何情况下都不会冻损，冬季正常使用。（4）系统还采双向单流阀产品，使系统回水分流，防止水泵发生水击损坏，从而延长了水泵的使用寿命。（5）全部系统采用智能化电脑控制，最全面、最优先使用太阳能，最少使用常规能源，可达到无人值守的效果。（6）系统可承压运行，并且集热器与储水箱分开布置，更容易满足建筑设计及安装的需要。（7）系统少维护、寿命长、安全可靠，更加适合于农村太阳能采暖和生活热水的工程应用。4.4太阳能采暖/热水系统辅助能源比选目前，常规能源类型通常采用燃煤、燃油（气）、电加热或其他形式。太阳能采暖系统在技术上可以与其中任意一种能源型式进行匹配。在实际的工程应用中，辅助能源一般根据用户现有的基础条件及后期的运行经济性进行对比选择。根据该项目的实际情况，主要有两种辅助能源形式可供选择：电及生物质锅炉。4.4.1电辅助系统选择电作为太阳能系统的辅助能源，优缺点如下。优点：（1）电属于清洁能源，无污染。（2）可以实现全自动控制，电加热设备可根据预先设计好的程序工作。（3）设备占地面积较小，利于安装及操作。缺点：（4）运行费用较高，对于农民来说，负担稍重。（5）对于整村改造项目来说，若全部居民均采用电加热设备作为系统的辅助能源，村中集中电网的负荷要求较大。4.4.2 生物质锅炉辅助系统生物质锅炉是一种既可燃烧生物质材料，又可以燃烧烟煤的锅炉，若采用生物质锅炉作为太阳能采暖/热水系统的辅助能源，优缺点如下。优点：（1）燃料来源广泛：对于农民来说，秸秆、玉米芯及劈柴等生物质燃料来源广泛，尤其是很多居民自家拥有桃园，桃树枝等资源丰富。（2）运行费用低：生物质燃料大多可以来自自家的庄稼，燃料成本较低。（3）对于整村改造的项目，没有用电负荷的负担。缺点：锅炉不能实现全自动运行，需人工进行填煤及清灰。4.4.3辅助能源的选择根据4.4.1及4.4.2的分析结果，该项目太阳能采暖系统的辅助能源全部选择为生物质锅炉。可燃烧生物质压块、木柴、玉米芯及烟煤等燃料，使用方便，燃料燃烧充分，热效率高，且运行费用较低，但不能实现自动运行，需人工填煤除渣。该锅炉具有以下特点:（1）可燃烧生物质压块、木柴、玉米芯及烟煤，并可实现燃料的快速切换。（2）燃料在燃烧仓内完成干燥、碳化过程，符合燃烧规律。一次填料可燃烧3-6小时，封火可长达8-12小时。（3）正常燃烧时为无烟化燃烧，烟气林格曼黑度小于1级，烟尘及气体排放浓度均达到或优于国家环保标准。（4）能实现半气化燃烧，燃料利用充分，火焰清澈，锅炉热效率76-79。燃煤时不用风机助燃，即可自然通风燃烧。（5）设置有清灰装置，保证受热面的高效吸收及烟道畅通，无需加装除尘设备，省燃料又无烟，运行费用低廉。（6）常压运行，安全可靠，操作简便，经济适用。图4-8 多燃料环保节能采暖炉4.5太阳能采暖/热水系统储热水箱的选择由于系统需具备采暖及生活热水两个功能，故储储热水箱的设计主要有两种：一种是采用两个不同温度水平的水箱，借助于智能化控制器驱动不同的阀门及水泵，达到分别提供采暖和生活热水的目的，此种做法水箱占用的空间稍大，其系统造价增加。另外一种做法是只采用一个水箱，采用特殊的方式保证水箱内的采暖水和生活热水不会混合。考虑到新民居各户建筑面积一般为100-200/户，设备间面积有限，若设置两个水箱则占地面积过大，也必须考虑到项目初投资的问题，故采采用一个储热水箱。该项目储热水箱选择双层套筒式全不锈钢材质，外胆为常压式设计，与太阳能集热器进行循环，水温加热到设定温度后与采暖末端进行循环；内胆采用承压式设计，为生活热水水箱，利用外胆的水间接加热后供居民的日常生活热水使用。4.6采暖末端的选择太阳能集热器属中低温热源设备，因而应针对其效率特性曲线进行供暖散热端的选择，以达到系统的整体高效性。一般太阳能供暖系统均采用低温地板辐射散热系统或风机盘管散热系统，其设计热媒温度为4050的低温热水，这使利用太阳能集热系统始终工作在高效率区域。4.6.1 低温地板辐射采暖系统低温热水地板辐射系统加热管一般均采用20直径的交联聚乙稀管（PEX），管材耐高温、耐高压、耐老化、耐腐蚀，并且柔性好，易于施工。盘管下绝热层，采用30mm厚聚苯乙烯泡沫塑料。低温热水地板