第一章 太阳能供热技术
目 录
1 技术介绍 ......................................................................................................................................... 2 1.1 1.2 1.3 1.4
太阳能供热系统组成 ................................................................................................................. 2 太阳能集热部分 ......................................................................................................................... 3 辅助设备 ..................................................................................................................................... 3 太阳能供热技术适用范围 ......................................................................................................... 3
2 应用工程项目介绍 ......................................................................................................................... 4 2.1
项目概述 ..................................................................................................................................... 4
3 可行性分析 ..................................................................................................................................... 6 3.1 3.2
技术可行性 ................................................................................................................................. 6 经济可行性 ................................................................................................................................. 6
基本数据 ............................................................................................................................ 6 太阳能得热量计算公式* .................................................................................................. 6 节能量 ................................................................................................................................ 6 投资与回收期 .................................................................................................................... 7
3.2.1 3.2.2 3.2.3 3.2.4 4
社会环境效益 ................................................................................................................................. 7 4.1 4.2
社会效益 ..................................................................................................................................... 7 环境效益 ..................................................................................................................................... 7
5 参考标准 ......................................................................................................................................... 8
太阳能，是一种辐射能，不带任何化学物质，是最洁净，最可靠的巨大能源宝库。虽然辐射到地球表面的能量，只有它的22亿分之一，但也相当于全世界目前发电总量的八万倍。太阳能作为可再生能源中最重要的基本能源，是指太阳能的直接转化和利用。通过转换装置把太阳辐射能转换成热能利用的属于太阳能热利用技术，目前利用热能的技术集成了太阳能光伏发电、太阳能供热/热水、太阳能制冷空调、太阳能通风降温、可控自然采光等新技术；我国的太阳能集热技术已逐步走向成熟，本章主要介绍太阳能供热技术。
1 技术介绍
1.1 太阳能供热系统组成
太阳能供热技术是利用太阳能集热器吸收太阳能，通过传热工质输送给室内的供热系统进行供热。太阳能供热系统除冬季供热外还全年提供生活洗浴热水。太阳能供热系统原理图如图1所示。
图1 太阳能供热系统原理图
太阳能供热系统主要由以下几部分构成： 1)太阳能集热部分 2)辅助能源
3)储热水箱及换热装置 4)生活热水系统 5)供热系统 6)控制部分
1.2 太阳能集热部分
太阳能集热器吸收太阳辐射能并传递给集热器中的工质（水或防冻液），当集热器中的工质温度高于储热水箱低部温度时，水泵开始运行，通过储热水箱中换热器，把集热器吸收的热量传递给储热水箱中的水；储热水箱提供生活热水并通过换热器加热供热系统工质。用于太阳能供热系统的集热器推荐使用：1）平板太阳能集热器；2）金属吸热体真空管集热管。对于太阳能集热系统便于维护的场合可使用全玻璃真空集热管。
1.3 辅助设备
(1) 辅助能源
由于太阳能具有能量的不稳定性，会受到天气的直接影响，如夜晚及阴雨天没有太阳能可以利用，所以太阳能供热一般都需要其它形式的辅助能源。
(2) 供热系统
太阳能供热系统的工作温度越低热效率越高，因此太阳能供热适宜采用低温热水地板辐射采暖（供回水温度最低可以是30℃）。推荐太阳能供热系统工作温度低于50℃。
(3) 储热水箱
1）储存太阳能产生热量，平衡太阳能辐照变化与热负荷之间矛盾；
2）实现太阳能系统、采暖系统、生活热水系统和辅助能源系统之间能量交换。
1.4 太阳能供热技术适用范围
(1) 适用于节能建筑。对于非节能建筑太阳能采暖投资收益低于对建筑进行节能改
造所带来收益；
(2) 适用于低层建筑物。太阳能能量密度较低，同时建筑物可布置太阳能集热器面
积有限，因此不能提供高层建筑供热所需热量，太阳能采暖比较适合6 层以下建筑。如板楼、平房、农村住宅、别墅等。
(3) 适用于白天使用的公共建筑。如：学校、图书馆、办公楼、工厂车间、商场、
展览馆等。
(4) 适用于使用电、油和液化气等能价较高燃料采暖的场所。适用于环保要求高，
又缺乏清洁能源的地区。 (5) 适合于政府支持的项目。
2 应用工程项目介绍
2.1 项目概述
北京平谷区大华山镇挂甲峪村太阳能采暖项目是北京市发改委支持的可再生能源利用示范项目。户型均是二层别墅小楼，建筑按北京市65%节能标准设计，太阳能供热系统由北京市太阳能研究所有限公司设计、建造。供热系统原理示意图如下图2所示。
图2 平谷挂甲峪村太阳能供热系统示意图
平谷挂甲峪太阳能供热系统采用28 m2平板太阳能集热器，采用温差循环方式，
回流式防冻、过热保护设计方案。
表1. 新农村住房介绍 *
单项目 地址 建筑物类型 建筑年代 住房层数 房屋维护结构 每户建筑面积 2图片 数据 北京市平谷区挂甲峪村 新农村居民房 2004年 2 建筑节能65%设计标准 175 26600（152 户） 28 600 175 1.5 18.6 No.1、7、8 No.2、6 No.3 位 m m2总建筑面积 太阳能集热器面积： 2m 升 升 kW kW 储热水箱容积： 生活热水水箱： 生活热水辅助电加热器： 生物质炊暖炉： 系统特点：
1）选用太阳能选择性涂层的高效平板集热器，冬季效率高、系统寿命长 2）太阳能集热器采用钢化玻璃和整体板芯，屋面免维护 3）生物质锅炉辅助加热，使用当地的薪柴，费用低
4）低温热水地板供暖，热稳定性好、舒适性高、节能效果显著 5）水箱温度分层技术，实现低温地板供暖和洗浴用水的不同温度需求 6）搪瓷水箱，保证生活用水品质 7）闭式承压水箱、顶水法供水，省电 8）采用进口水泵，耗电低、噪音小、寿命长 9）排空法解决夏天过热和冬天防冻，系统可靠
通过2005 年12 月和2006 年1 月测试表明，在地板供暖供水温度为35～40℃，可保证室内温度18℃以上；夜晚停止供暖系统运行，环境温度在-5～-9℃时，整个夜晚室温下降2～3℃；停用辅助锅炉，晴天室温可达到12～14℃，多云天气室温可达到
10～12℃。整个冬季运行表明，以平板集热器组成的太阳能供热系统可以保证冬季系统安全运行，即使在意外停电情况下也可保证系统防冻。
3 可行性分析
3.1 技术可行性
该技术在欧洲已规模化应用，近年在北京郊区新农村建设中开始大规模推广。
3.2 经济可行性 3.2.1 基本数据
表2. 北京地区气象参数表 *
项目 当地集热器采光面上的年平均 日太阳能辐照量，MJ/ m2 月平均室外气温,℃ 月日照小时数，h 项目 当地集热器采光面上的年平均 日太阳能辐照量，MJ/ m2 月平均室外气温,℃ 月日照小时数，h Jt Jt 1月 15.31 2月 18.43 -2.2 201.5 8月 15.47 24.4 227.8 3月 18.48 4.5 239.7 9月 17.48 19.4 239.9 4月 18.21 13.1 259.9 10月 17.01 12.4 229.5 5月 18.42 19.8 291.8 11月 15.11 4.1 191.2 6月 17.22 24 268.8 12月 14.21 -2.7 186.7 Ta -4.6 Sy 200.8 7月 15.20 Ta 25.8 Sy 217.9 根据上表统计计算，年平均日太阳能辐照量为16.71MJ/ m2。
3.2.2 太阳能得热量计算公式*
太阳能供热系统日得热量 = A c×JT×ηcd ×（1-ηL） 式中： A c ——直接系统集热器总面积， m2； JT —— 按照年平均日太阳能辐照量为16.71MJ/ m2； η
cd
—— 热管真空管集热器平均集热效率为0.56；全玻璃真空管集热器平
均集热效率为0.50；平板集热器平均集热效率为0.45；
η
L ——贮水箱和管路的热损失率为
0.10；
以上计算得出的是太阳能集热器的得热量，具体采暖实际有效得热量还要根据系统形式乘以不同的换热系数（ηx约95%）修正计算才能得出供热系统的有效得热量。
3.2.3 节能量
（1）每户日节能：
ΔQ= A c×JT×ηcd ×（1-ηL）×ηx = 28×16.71×0.45×0.9×0.95 =180 MJ；
式中： ηx——换热系数修正值，取0.95； （2）每户年节能：每年按365天计算，
Q= 65706.14 MJ；
（3）每户年节煤：1kg标煤的低位热值为29306 kJ/kg；
M= 65706.14×1000/29306 = 2.24 吨标煤
3.2.4 投资与回收期
投资回收期：PBk = Inv/△s
式中： PBk – 回收期，年；
Inv – 太阳能系统投资，元/m2。 △s – 太阳能节省费用，元/m2.年；
太阳能供热系统投资：折合建筑面积约为230 元/平米，挂甲峪每户系统约4 万元*。
标煤费用换算：2.24吨标煤约2000元；
新农村安装太阳能系统政府检验合格后给与一定的补助；经政府补贴后，系统的回收期约为10年。
4 社会环境效益
4.1 社会效益
新村建设采用建筑节能技术，应用太阳能供暖/热水系统、薪柴等生物质利 用系统及低温热水地板辐射供暖系统，利用太阳能和农村果树枝条等当地资源实
现100%可再生能源解决农村家庭的“炊事、生活热水和供暖”等用能。项目改 变农民的居住生活条件，减少用能支出，保护当地自然环境，促进郊区休闲旅游，提高农民收入，实现经济转型和农村的可持续发展。
4.2 环境效益
1吨碳可产生3.67吨的二氧化碳（44/12=3.67），1吨标煤可产生3.48吨的二氧化碳（含碳量95%）；1户每年可节约标煤2.24吨。
CO2减排量： 2.24×3.48=7.8 吨；
挂甲峪村这期太阳能供热系统共152户，每年可减少CO2排放量1187吨。同时还减少硫化物、NOx等有害气体的排放。
5 参考标准
《民用建筑太阳能热水系统应用技术规范》（GB 50364一2005）
注：本文中所有带*号的数据为被调研单位提供的数据。
附表1 太阳能供热系统调研相应部分数码照片
图片1 挂甲峪山庄 图片2 挂甲峪村貌 图片3 屋顶太阳能集热板 图片4 太阳能采暖控制器-1 图片5 太阳能采暖控制器-2 图片6 新农村居民房 图片7 挂甲峪村委-1 图片8 挂甲峪村委-2
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