太阳能采暖应用技术及案例.doc

村镇住宅太阳能采暖应用技术及案例北京天鸣阳光太阳能科技有限公司二零零八年十一月2009-5-5 2总体思路北京地区有着丰富的太阳能资源，年太阳辐照量在5600 MJ/6000 MJ/，年日照时数在2600h 3000h 。结合北京地区社会主义新农村建设，进一步开发利用丰富、清洁的太阳能资源，科学、规范地利用太阳能资源，部分解决村镇低密度住宅采暖及生活热水能源，是贯彻国家节能减排政策的有效举措，有着十分重要的意义。北京市质量技术监督局 、北京市建设委员会联合发布了北京市地方标准村镇住宅太阳能采暖应用技术规程。2009-5-5 3 太阳能热水采暖技术适用于太阳能热水主动式采暖的一、二层独立式或联排式村镇住宅建筑，包括新建建筑和改建建筑。 太阳能热水采暖技术适用于学校、办公楼等白天用热较大晚上对温度要求不高的场所。 应用太阳能热水采暖技术的村镇住宅首先必须是节能建筑，必须符合北京市居住建筑节能设计标准，才能满足系统应用的经济性，保证系统应用的效果。总体思路2009-5-5 4 村镇住宅太阳能热水采暖宜采用低温热水地板辐射采暖。 村镇住宅太阳能热水采暖系统必须配置辅助热源；辅助热源可以选用热泵、生物质能炉、煤炉、燃气炉、节能吊炕、电加热器等；辅助热源应单独安表计量。 设计村镇住宅太阳能热水采暖时，太阳能保证率宜按0.5进行设计。总体思路2009-5-5 5 村镇住宅太阳能热水采暖系统应安全可靠，应有防冻、防风、防震、防雷等技术措施。 村镇住宅太阳能采暖设计应考虑村镇住宅对生活热水的需求。生活热水系统不能直接利用采暖热水，应采用间接换热方式供应生活热水 。 村镇住宅太阳能热水采暖的太阳集热系统应有夏季防过热措施。参考作法有:用热、散热、防热三种。总体思路2009-5-5 6建筑设计要求 村镇住宅太阳能热水采暖工程应纳入村镇住宅建设的统一规划，宜与住宅建设同步设计、同步施工、同步验收，并同时投入使用。 太阳能采暖的村镇住宅的布局宜朝南，或在南偏东与南偏西15的范围之内；注意日照间距要求及绿化遮挡问题。 村镇住宅的屋顶、南向墙面、阳台均可以作为太阳能集热器的安装位置。对于以冬季采暖为主的太阳能热水采暖系统，其集热器安装于南向墙面将更有利于系统冬季得热，并可避免系统夏季过热，但应综合考虑集热器对建筑立面效果的影响。2009-5-5 7建筑设计要求 在新建或已有的建筑上增加太阳能热水采暖系统，必须经建筑结构进行安全复核，并应满足建筑结构及其它有关专业提出的安全要求。 保证建筑结构本体安全方面应注意四点：1. 安装太阳能集热模块给结构增加的荷载按75kg/m2设计。2. 安装太阳能集热系统增加的荷载必须传到结构的承重梁或墙上。3. 安装太阳能集热系统要与建筑结构主体连接牢固,要有足够的抵抗人为与天灾破坏的能力。4. 太阳能集热水箱最好设置在室内,并且要验算结构的承载力，应与建筑结构主体可靠连接固定。2009-5-5 8采暖设计条件 北京市居住建筑节能设计标准规定，达到节能65%的目标，年耗煤量指标降低为8.82Kg/M ，采暖季平均建筑物耗热量指标控制在14.65W/M。 村镇住宅太阳能热水采暖，在进行建筑物耗热量指标计算时，室内设计温度统一按16计算；采暖期天数125天，室外设计温度为采暖期的室外平均温度-1.6。采用建筑物耗热量指标值来计算太阳能集热面积。 村镇住宅太阳能热水采暖，在进行采暖热负荷计算时，主要房间的室内设计温度为1 6 ，不低于12 ，其它房间的室内设计温度可以适当降低；采暖期天数125天；室外设计温度按国标采暖通风与空气调节设计规范确定。采用建筑物采暖热负荷值来计算选择采暖系统辅助能源加热设备。2009-5-5 9系统构成 太阳能热水采暖系统包括太阳集热系统、辅助热源系统、供暖末端系统及智能控制系统。 太阳集热系统包括太阳集热器、储热水箱及换热器、循环泵及管道等。 辅助热源系统包括常规能源加热设备及附机。 供暖末端系统推荐采用低温热水地板辐射系统，可以采用风机盘管末端，不宜采用普通散热器末端。 智能控制系统实现太阳集热系统、辅助热源系统、供暖末端系统联动运行，优先利用太阳能供热。2009-5-5 10系统构成 太阳能热水采暖系统可以采用直接式系统。2009-5-5 11系统构成 太阳能热水采暖系统可以采用间接式系统。2009-5-5 12系统设计计算 直接采暖系统太阳能集热面积可根据建筑物热耗量指标计算确定，按下式计算：Ac = 24 qAof / J Tcd（ 1- c）式中Ac直接采暖太阳能集热面积（）q采暖期建筑耗热量，（W/m2）；24每昼夜的小时数。J T 采暖期集热器采光面上日平均太阳辐射量（KJ/ m2）；Ao需要进行太阳能采暖的建筑面积；f 太阳能采暖保证率，取0.5；cd集热器在地板采暖条件下的采暖期平均集热效率；c贮水箱和管路的热损失率，取0.2-0.3 。2009-5-5 13系统设计计算 间接采暖系统太阳能集热面积按下式计算：A C = 1+FRUL AC / UhxA hx AC =A C式中 AC 间接采暖太阳能集热面积（）FRUL 集热器总热损系数（W/m2 k）对于平板集热器，取46 W/m2 k对于真空管集热器，取23 W/m2 k考虑集热器用于冬季采暖，取偏大值；Uhx换热器传热系数W/m2 kAhx换热器系数面积m2 简单计算：根据经验取1.2。2009-5-5 14太阳集热器选型 太阳能集热器可选择平板集热器、玻璃真空管集热器或热管玻璃真空管集热器等国家检测机构检测合格产品。集热器的使用寿命应大于15年。 太阳能集热器的耐压要求应与系统的工作压力相匹配，太阳能集热器的承压范围是0.030.6MPa。2009-5-5 15产品篇 玻璃真空管集热器 产品篇 玻璃真空管集热器2009-5-5 16产品篇 玻璃真空管集热器 产品篇 玻璃真空管集热器2009-5-5 17产品篇 玻璃真空管集热器 产品篇 玻璃真空管集热器全玻璃真空管高效集热，全年运行，投资经济真空管东西横向放置，全年跟踪阳光；真空管内的存水可利用，同时利于真空管内壁清洗排污真空管南北竖向放置，全天跟踪阳光；可内置玻璃芯管，强化自然循环集热，提高系统有效得热量采用排空回流/循环防冻措施保证在寒冷地区运行集热器空晒可能导致全玻璃真空管炸裂，禁止集热器空晒上水，避免系统跑水瘫痪适用于自然循环、强制循环太阳集热系统2009-5-5 18产品篇 平板集热器 产品篇 平板集热器2009-5-5 19产品篇 平板集热器 产品篇 平板集热器2009-5-5 20产品篇 平板集热器 产品篇 平板集热器2009-5-5 21产品篇 直流真空管集热器 产品篇 直流真空管集热器2009-5-5 22产品篇 直流真空管集热器 产品篇 直流真空管集热器222009-5-5 23产品篇 直流真空管集热器 产品篇 直流真空管集热器直流真空集热管膜层高效吸热，金属流道传热，真空保温绝热，启动速度快，热效率高，热损失少金属流道内热媒循环载热，不结水垢，无杂质沉积，热效率稳定金属流道内热媒采用防冻液，适合在高寒地区使用承插连接，金属密封，安装方便，维护简单单管意外破损，系统正常运行，无跑水瘫痪危险，安全可靠动力循环直流传热，任意角度安装，实现与建筑的完美结合2009-5-5 24产品篇 热管真空管集热器 产品篇 热管真空管集热器2009-5-5 25产品篇 热管真空管集热器 产品篇 热管真空管集热器2009-5-5 252009-5-5 26产品篇 热管真空管集热器 产品篇 热管真空管集热器热管真空集热管膜层高效吸热，热管相变传热，真空保温绝热，启动速度快，热效率高，热损失少真空管内不走水，不结水垢，无杂质沉积，热效率稳定真空管内不走水，热管相变传热，适合在高寒地区使用承插连接，金属密封，安装方便，维护简单单管意外破损，系统正常运行，无跑水瘫痪危险，安全可靠热管相变传热，任意角度安装，实现与建筑的完美结合2009-5-5 27太阳集热系统设计 太阳能热水采暖的集热系统宜设计为温差循环系统。 集热系统防冻设计：当选择平板集热器时，应采取停泵回流排空或间接换热等防冻措施；当选择玻璃真空管集热器或热管玻璃真空管集热器时, 应采取集热系统循环防冻或沿管道加电伴热带等防冻措施。2009-5-5 28太阳集热系统设计 在满足建筑整合设计要求条件下，集热器的安装宜优先服从建筑安装部位约束条件，集热器安装方位角及倾角存在偏离或有遮挡时，集热面积需要进行修正补偿计算。 安装在屋顶上南北向放置的集热器, 最佳倾角约为57 ；安装在屋顶上东西向放置的真空管集热器,最佳倾角为30 75 。当受建筑屋面限制，不能做到最佳倾角时，可适当增加集热面积进行补偿。安装在南墙上的集热器，因受建筑条件所限，倾角不宜小于75。 计算得到的太阳能集热面积，在建筑维护结构表面不够安装时, 可按维护结构表面最大容许安装面积确定太阳能集热面积，复核计算实际安装太阳能集热面积的得热量对采暖建筑耗热量的贡献率。2009-5-5 29辅助加热系统设计 太阳能采暖设置的辅助加热设备的热负荷估算可按北京市民用建筑节能设计标准（DBJ11-602 ）中确定的50W/估算。 热源一般通过水加热设备的形式向系统提供热量，辅助热源提供的辅助加热量即为水加热器的供热量。常见的水加热器的种类可以分为容积式水加热器、半容积式水加热器及半即热式、快速式水加热器。2009-5-5 30供暖末端系统设计 太阳能热水采暖系统的供暖末端宜采用低温热水地面辐射系统，包括分集水器、绝热层、加热管、填充层以及管路、阀门、过滤器等。 加热管的管间距根据地面辐射供暖技术规程，以热负荷为依据确定。 系统流量根据系统热负荷及供回水温差计算，G=0.86Q/t。 地暖加热管内的水流速度不得小于0.25m/s。 采用 1620 地暖加热管管内流量不得小于0.18m3/h。2009-5-5 31智能控制系统设计 太阳能集热系统基本运行控制方式有定温控制和温差控制两种，优化系统设计为集成复合控制。 定温控制1）定温控制宜用于生活热水系统中；2）直流系统主要采用定温放水的控制方式；3）定温放水温度宜为4060。2009-5-5 32智能控制系统设计 温差控制1）强制循环系统宜采用温差控制；2 ）温度控制器分别设置在贮热水箱底部和集热系统出水口，二者之差作为控制输入；3 ）控制集热系统循环水泵开启的温差宜为510，水泵停止工作的温差为25。2009-5-5 33智能控制系统设计 集成复合控制1）优化系统采用开式贮热水箱，节约系统初投资；2）系统采用可靠液位控制；3）系统优先采用定温放水的控制方式集热；4）系统开式贮热水箱达到设定最高液位时，转为执行温 差控制循环集热；5）贮热水箱温度低于水箱设定温度且水箱未达到设定最 高液位时，系统执行温差控制循环集热；达到水箱设定温度后，转为执行定温放水的控制方式集热；6）系统水箱补水根据水箱温度及水箱液位执行定温补水。2009-5-5 34智能控制系统设计 防冻控制-当集热系统中水温降低到34时，系统需要采取防冻措施。1）系统采用排空防冻控制 ；2）系统采用防冻循环控制 ；3）系统采用排回防冻控制 ；4）系统使用防冻液实现防冻控制 ；5）系统采用电伴热防冻 。2009-5-5 35智能控制系统设计 防过热控制1 ）生活热水系统贮热水箱中热水温度不宜高于75 ，以防止烫伤；防冻液温度不宜高于130，防止防冻液裂解。2）在系统中应安装安全阀等泄压装置，在系统压力过高（一般 为350kPa左右）时启用。3 ）预计将产生严重过热时，可用太阳能热水强化自然通风，同时也利用了空气来冷却集热系统中的热媒。2009-5-5 36工程案例 北京妙峰山樱桃沟村是北京社会主义新农村建设改造首批示范村，改造后的82 套民居建筑依山坐落，洋溢着淳朴的民俗建筑风情，百姓生活硬件设施条件改善有了质的飞跃。平均150 平方米的二层独栋式建筑，双卫生间设计，热水及采暖配套清洁能源太阳能集热电辅助热力供给。2009-5-5 37工程案例 以樱桃沟村 200单体民居建筑为例，采用低温热水地板辐射采暖，热源形式为太阳能集热电加热辅助复合分体系统，该系统同时提供用户全年生活热水供应。采暖设计供回水温度为40 /30，室内设计温度为16 ，室外设计温度为-9 ，节能建筑采暖设计热负荷为50 W/ ，建筑耗热量指标为20.6 W/。北京地区采暖期为125天。本建筑生活热水按每天200升50 热水供应。2009-5-5 38工程案例 本建筑热源采用太阳能集热电加热辅助复合分体系统，以太阳能为主，电加热辅助保障供热。单体太阳能集热面积设计为40，电辅助加热功率设计为12kw。 北京地区采暖期为125 天，考虑本建筑采用太阳能地板采暖，实际采暖期延长对系统热负荷平衡有利，故本项目采暖期按11月1日至3月31日计算。实测冬季采暖 运行效果为：在室内温度保证16时，采暖期电辅助费用约为14元/。2009-5-5 39工程案例 从实测运行分析可见，对于太阳能采暖系统来说，相对于常规能源采暖模式延长采暖期，可以有效利用采暖初期太阳日照条件较好、室外环境温度还不低的条件，通过太阳能集热系统独立对建筑及采暖系统进行初始预热，从而减少正常采暖期到来后建筑采暖的初始耗热量，平衡整个采暖系统的耗热量，有效提高太阳能采暖贡献率。 从实测运行分析可见，尤其在12月及1 月期间，实际计算所得建筑耗热量指标（面积平均热指标）大于设计所取建筑耗热量指标参数（20.6 W/），按最不利因数设计太阳能集热面积将导致初投资过大，且对采暖品质保证并不十分有利，本系统仍按建筑耗热量指标参数（20.6 W/ ）设计太阳能集热面积，采暖期建筑耗热量偏大时由辅助热源补偿，综合考虑系统的经济合理性。2009-5-5 40工程案例 从实测运行分析可见，考虑采暖