农村住宅太阳能采暖系统探讨

农村住宅太阳能采暖系统探讨

朴春君柳宾杨瑞波

中冶沈勘秦皇岛工程设计研究总院有限公司河北秦皇岛066000

摘要：随着农村经济的发展，太阳能热水器的应用市场已从城市向农村转移。特别是近几年来，农村加快旧村改造、新村建设的步伐，农村城镇化水平越来越高，太阳能热水器在农村的普及范围越来越广，但仍局限于生活用热水。北方地区农村冬季采暖主要依靠煤、秸秆、薪、柴等化石能源和生物能源，加剧了我国能源的紧张局面，同时造成环境污染，使大气环境质量达不到要求的标准，有损人体健康。在农村现用太阳能热水器的基础上，充分利用太阳能作为冬季采暖用的热源，采用适合太阳能采暖的低温地板采暖系统。

关键词：农村；住宅；太阳能；采暖系统；分析

1导言

近年来，随着经济的发展，建筑能耗已占到全国总能耗的２０％-３０％。降低建筑能耗是减少全国总能耗的重要措施。随着农村地区人民生活水平的不断提高，农村生活用能逐渐增大，尤其是北方农村采暖用煤量逐年增加，因此降低北方农村采暖用能已成为我国建筑节能的重要课题。

2换气次数

对于建筑本身，房间气密性对于建筑物的影响是十分显著的。保证建筑具有良好的气密性，也是一种降低建筑物能耗的技术措施。采用CO2示踪气体法，对建筑整体气密性进行了实测。经过计算三居室房间换气次数为0.27次／ｈ；二居室房间换气次数为0.347次／ｈ。《实用供热空调设计手册》中民用及公共建筑规定换气次数为１次／ｈ，该建筑气密性良好。

3农村住宅太阳能采暖的必要性及可行性

我国寒冷地区大都位于北纬30-40°之间，在太阳能资源分布上多属于II、III类区，太阳能资源相当丰富，具有发展太阳能采暖技术的优良自然条件，如图1、图2所示。寒冷地区的最冷月平均温度为0-10℃，是我国法定采暖地区。农村住宅数量多，如果要得到一个较舒适的室内热环境，必将消耗大量能源。许多地区农民生活水平比较低，没有足够费用烧煤，尤其是占我国国土面积近三分之一的广大农村，冬季普遍缺柴少煤，常常出现“盖得起房子烧不起煤”的现象。冬季室内温度较低，夜间甚至在0℃以下，远远达不到国家采暖标准规定的，至于生活及洗澡热水就更不敢奢望了。随着我国农村经济的快速发展，能源问题日益成为制约我国农村经济进一步发展的主要因素之一。与此同时，由于我国农村采暖设备落后、燃烧效率低，导致严重的环境污染和能源浪费，采用新的用能方式改善农民采暖条件已成为当前一项紧迫任务。

图1我国太阳能资源分布图2我国建筑气候区划

4太阳能采暖系统

一是集热板的选择。目前市场上的太阳能集热器主要有两种：真空集热管和集热平板。本工程选用价格较便宜的真空集热管，由四个集热单元组成，每个单元尺寸为2m×3m。在设计屋面时要按图集06J908-6太阳能热水器选用与安装第23页预留基础墩。二是采暖面积与集热面积的对应。想要采暖效果好，集热板面积当然是越大越好，但是受屋顶面积和造价限制，集热面积应在一个较合理的范围内，一般采用3：1-6：1，本工程采用4：1。三是储热水箱。考虑蓄热功能，水箱容积要大，以便在天气好时多蓄热。本工程采用直径900mm，高度1.7m的不锈钢水箱，有效容积1.0m3，水箱采用聚氨酯发泡保温，保温厚度50mm。建筑方案设计时在一层预留了设备间，后来经过研究将设备间放到了二层卫生间顶与斜屋面的夹层中，改动后好处很多：增加了住宅的实用面积；减小了水箱与集热器的高差，既减少了管材也减少了循环水泵的能耗，放气管可以直接伸出屋面；运行采暖炉时可以采用自然循环，并省去采暖膨胀罐，生活热水靠重力直接供水。四是辅助加热。本工程采用多功能燃料炉为辅助能源，该炉可以烧煤也可以烧柴，采暖的同时可以做饭、烧火炕，比较实用。从长远考虑，在人们富裕后有用电的可能，所以在配电箱预留8kW开关，在水箱上预留电加热管接口。五是采暖方式。本工程前期考虑采用地盘管作为采暖设备，严格做到分室控制，每个房间一路盘管，晚间关闭客厅、厨房等不需要采暖的支路。但是地盘管方式有个缺点：加热冷却速度慢，需要连续运行，对于太阳能采暖来说，热能消耗大。后期经与建设单位协商采用了风机盘管作为采暖设备，风机盘管的优点是，温升快，分室控制，没人的房间不开风机盘管时，没有热量消耗，而且造价比地盘管便宜。六是生活热水供应。本系统能一年四季提供充足的生活热水，前期考虑在水箱底直接接出一个热水管，靠高处开式水箱重力供水，系统可靠、节省投资。后来经过与多家太阳能厂家咨询，发现此方式有几个潜在问题：首先水箱容积很大，储存的热水替换周期很长，水质有影响，不能饮用。其次农村自来水一般为地下井水，硬度较高，水箱内经常补充硬度较高的自来水，时间长了结垢严重，而且风机盘管内铜管的内径很小，更容易结垢堵塞，导致系统无法运行。如果在水箱中增加一个换热铜管，使生活热水与水箱内的热水分离，就可以解决上面提到的两个潜在问题，此方式在壁挂式太阳能中已有应用，可以做到铜管出口热水温度与水箱内水温相差3℃～5℃，完全满足使用要求。热水可以直接用于饮用、做饭，长期考虑，可节省大量燃料。七是造价。该太阳能采暖系统总造价在3万元左右。

5环保效益

太阳能采暖系统的环保效益体现在因节省常规能源而减少了污染物的排放方面，主要指标为二氧化碳的减排量。由于不同能源的单位质量含碳量不同，燃烧时生成的二氧化碳数量也不相同。所以，目前常用的二氧化碳减排量的计算方法是先将系统寿命期间节能量折算成标准煤质量，然后根据系统所使用的辅助能源，乘以该种能源所对应的碳排放因子，将标准煤中碳的含量折算成该种能源的含碳量后，再乘以太阳能热水系统的二氧化碳减排量。15年内，煤、电的CO2减排量分别为9.52万、20.42万t。

6运行控制简述

一是水箱内设有液位、温度探头（T1），液位、温度即时显示，水箱缺水时打开电磁阀自动补满水，真空管出口设有温度探头（T2），当T2比T1高5℃时，自动打开太阳能循环泵，将集热器内的热水输送到水箱内，当T2与T1相等时，停止循环泵工作。二是风机盘管与采暖循环泵连锁，当有一个风机盘管运行时即开启采暖循环泵，当四个风机盘管全停止时才关闭采暖循环泵。三是当天气为阴天时，采用燃料炉将水箱水加热，为了防止结垢，水箱水温加热到60℃即可。

7结论

在全球经济危机的影响下城市建设速度放缓，加快发展新农村建设是国家拉动内需的积极措施。这给暖通工程师提供了一个更广阔的施展平台，农村住宅虽然规模小，投资低，更需要设计人员精心设计，因地制宜，为广大农民提供一个舒适的居住环境。本文是总结了在太阳能采暖系统设计中的心得体会，供大家进行探讨，同时，也请大家为太阳能采暖系统的完善献计献策。在农村推广太阳能既经济又实用。太阳能采暖系统无污染，无噪音，无废物废气排放，可以有效降温室气体CO2的排放，有利于缓解全球气候变暖，同时可以减少酸性气体SO2和总悬浮颗粒物的排放量，有利于改善地区生态环境，环境效益显著。

参考文献

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