别墅太阳能采暖/生活热水系统设计方案

      太阳能是一种免费的、清洁的、可再生的能源，在全球能源日益紧缺的情况下，越来越受到人们的重视。太阳能，在我们的生活、工作中有着广泛的作用。其中最简单、也是转换效率最高的就是将太阳能转换为热能。

首先，在介绍本方案之前，必须澄清一个问题。许多人简单地认为，太阳能采暖就是用太阳光取暖。而事实上，可行的太阳能采暖可准确描述为：太阳能与其它辅助能源（如燃气、电力、生物质能等）互补而实现采暖的一种形式。之所以采用双能源互补，是为了解决在阴雨天缺少阳光的情况下，能够持续供暖。目前，太阳能采暖难以解决的问题是，过大的太阳能集热面积，在夏季无用武之地，集取的热量无处消散，致使设备温度过高造成加速老化，甚至破坏设备。因此，在太阳能采暖方案设计中，一定要兼顾冬天和夏天的用热量。

一、项目概况 
      该方案为别墅燃气壁挂炉辅助太阳能采暖/热水系统。该建筑物分地下一层及地上二层及阁楼结构，建筑面积436平方，采暖面积280平方。

设计目的：利用太阳能集热系统实现对建筑物部分区域的供暖，并提供生活热水。           

 二、太阳能采暖/热水系统设计
    （一）设计依据：
     1、《新建集中供暖住宅分户热计量设计和施工试用图集》
     2、《采暖通风与空气调节设计规范》（GB50019-2003）
     3、《建筑给排水及采暖工程施工质量验收规范》（GB50242-2002）
     4、散热器按中华人民共和国国家标准采暖部分分类执行；
     5、GB/T4271-2007       《集热器性能试验方法》
     6、03S401              《管道和设备保温、防结露及伴热带》
     7、GB50015-2009        《建筑给排水设计规范》
     8、GB50303-2002        《建筑电气工程施工质量验收规范》
     9、GB 50364-2005    《民用建筑太阳能热水系统应用技术规范》
     10、DGT 32/T08-2005    《住宅建筑太阳热水系统一体划设计、安装于验收规程》
     11、GB/T4271-2007      《真空型集热器性能试验方法》
     12、GB/T20095-2006     《太阳能热水系统性能评定规范》
     13、GB/T18713-2002     《太阳能热水系统设计、安装及工程验收技术规范》
     14、GB/T 12936-2007    《太阳能热利用术语》
     15、GB/T17581-2007     《真空管太阳集热器》
     16、GB/T 17049 -2005   《全玻璃真空太阳集热管》
     17、NY/T513-2002       《家用太阳热水器电辅助热源》
     18、NY/T514-2002       《家用太阳热水器储热水箱》
     19、03S401             《管道和设备保温、防结露及伴热带》
     20、06SS128            《太阳能集中热水器系统选用与安装》
     21、GBJ10-89           《钢筋砼设计规范》
     22、GB50009-2001       《建筑结构荷载规范》
     25、L05SJ004           《太阳能热水器安装与建筑构造》
     26、GB50345-2004       《屋面工程技术规范》


（二）系统构成及特点
      1、系统组成
        太阳能供暖系统由太阳能集热器、储换热水箱、计算机智能控制系统、循环系统、连接管件等几部分组成。
      1.1太阳能加热系统由太阳能集热器、太阳能循环水泵及储热水箱组成，其作用是通过设置于采光面的集热器最大限度地收集热量，并通过储水箱进行热量的储备。
      1.2辅助能源系统是用电能或燃气、生物质能等作为太阳能集热系统的补充，辅助系统可以在连续阴雨天气或其他特殊供暖需求时，满足供热需求。本系统采用燃气壁挂炉作为辅助能源。
      1.3太阳能供暖系统中散热端应考虑到太阳能系统集热效率等多方面因素进行的选择。由于冬季太阳能热水的温度不高，所以，最为适宜的散热末端应考虑地暖（地面辐射采暖），但由于暖气片采暖有很强的实用性，所以，本设计选用暖气片散热器作为供热末端。设计散热器采暖的热媒水温度为30℃～60℃的低温热水，这样，可以使太阳能集热器的低温段得到充分利用。
      2、系统特点：
      2.1系统采用低温高效太阳能集热器，集热效率高，其优点是阴雨天比普通太阳能集热器水温高10℃以上。
      2.2系统充分利用太阳能进行供热，减少了对常规能源的使用。
      2.3系统采用散热器作为散热末端，增加了供暖系统的实用性和舒适性。
      (三）太阳能采暖/热水系统技术条件
      提高太阳能采暖系统效率的关键因素，除对建筑物本身的节能要求外，需要解决几大模块问题：
      系统的全天候运行设计及控制模式选择：包括系统的集热面积设计、辅助能源设计及系统整体设计、控制模式的合理性；计算机控制系统运行模式：（略）
      集热系统与建筑的融合：包括集热器与建筑结构的结合型式、附属设备及管路布置，在保证系统安全性、可靠性（集热器类型的选择、系统的防冻），同时，满足与建筑的整体协调性。本方案的太阳能安装于斜面屋顶，维修不方便，所以，选用经久耐用的平板式太阳能。 
      3、系统散热模块选择：采暖系统散热端应选择与太阳能集热系统相适应的型式。考虑舒适性和最佳使用效率应考虑地暖，考虑实用性应选择暖气片散热器。

（五）系统原理
      系统实现的功能为生活热水及建筑物的供暖，针对于此要求及设备的布置方式，系统的原理方案设计如下：
      5.1系统原理图 

5.2系统运行说明
      (1）热水箱设有温度参考点，太阳能集热器设有温度测点，当集热器检测点温度比热水箱水温升高至温度差上限时，太阳能系统水泵启动，提升采暖水箱温度；
      (2）当集热器检测温度低于采暖水箱温度达到设定温差下限时，太阳能系统水泵停止，集热器及系统管道中的水排回水箱中，达到排空防冻作用；
      (3）辅助壁挂炉（或电力）可同时作为采暖及热水的补充。当采暖水箱温度达不到设定温度时，壁挂炉启动对采暖水箱的水循环加热，达到设定温度以满足供暖需求；
     （4）供暖水泵可根据房间设定温度要求进行启停；
      5.3、系统功能
      系统可满足建筑物的供暖及生活热水供应；
      非采暖季节，供暖水泵与水箱之间的循环水泵处于非运行状态，但不影响生活用水的正常使用。
      采暖季节，壁挂炉可同时满足生活热水的补充及采暖的辅助双项功能。

      （六）主要设备选型
      本设计集热器选用四季沐歌平板太阳能板10块，集热面积20平方；计算机控制系统、500升水箱均采用该品牌产品；辅助能源选用28KW小松鼠燃气壁挂炉；散热端选用钢制板式散热器和钢制管式散热器相结合。该方式具有舒适性高，节能效果显著，便于调节和控制等优点。 

      四、太阳能采暖最佳配置
     采暖末端太阳能由于热密度较低，集热温度很难达到较高水平。普通散热器热媒温度要求较高（70摄氏度以上），而太阳能系统部分时间不易达到该出水温度要求。因此，在太阳能采暖系统中，通常采用地板辐射采暖的末端供热方式。地板采暖所需要的低温热水在35～55摄氏度之间，正好是太阳能集热器所能提供的适合温度。地板采暖系统以整个地面作为散热面，热量主要以辐射方式传播，与以对流散热为主的散热器系统相比，舒适性更好，脚暖头凉的热感觉更符合人体的生理学调节特点，且可以在比末端采用散热器的系统低2～3摄氏度的情况下获得同样的舒适感，节省供热能耗。夜间采暖负荷一般大于白天，但夜间却无太阳辐射，具有蓄热功能的地板采暖方式是非常适合的。因此，目前太阳能采暖系统普遍采用地板辐射散热系统作为末端。

五、太阳能采暖系统造价

 别墅太阳能采暖系统一般包括：地暖、分集水器、温控部分、燃气壁挂炉、太阳能集热板12~24平方米（6~12块）、500L双盘管保温蓄热水箱、太阳能控制柜、循环泵、管道、阀门、温感探头、保温材料等，造价一般在6~12万元。

本系统采暖面积280平方，造价98000元。考虑到太阳能系统供应热水的能力很强，除冬天以外的其它3个季度都能很好地提供生活热水，大大降低了能耗，所以，本项目中的太阳能部分的投资，5年内即可收回。经济效益明显。

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方案设计施工：上海宝第居安环境工程技术有限公司 
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