摘要：本系統主要對高冷農村地區多層建筑（含4層及以下）太陽能空氣采暖及生活熱水進行設計。

　　關鍵詞：太陽能空氣集熱系統、串并聯式真空管集熱器、儲熱換熱水箱、末端風盤式供暖、輔助電加熱、智能控制

　　一、項目概況

　　項目名稱：張家口涿鹿縣大河南鎮扶貧生態農業多功能區采暖及熱水供應項目

　　項目地址：張家口市涿鹿縣大河南鎮

　　建筑面積：1188㎡

　　二、設計資料

　　1、項目基本情況

　　本項目辦公區、宿舍、餐廳等區域冬季24小時提供采暖，一年四季24小時供應生活熱水，采用太陽能空氣采暖+電輔助加熱方式。

　　2、供暖面積：1188㎡，采暖設計溫度18℃~22℃。

　　3、地理位置及氣象參數：張家口地區屬于太陽能資源豐富的二類區域，張家口涿鹿縣（地理坐標：北緯40°39′，東經115°31′），屬溫帶大陸性季風氣候，冬季寒冷，全年平均氣溫為10.4℃，年平均風速為2.3m/s，年平均總輻照量：5600MJ/㎡，年平均日照時數：2900h。

　　三、主要設備技術參數

　　1、集熱器規格參數

型號

真空管規格

單組集熱面積

單組真空管支數

備注

φ58-1800-50

φ58*1800

7㎡

50支

　　真空管采用高硼硅3.3玻璃，有效抗擊高溫，真空度不低于5×10-3Pa，對陽光有很高的吸收率（a≥94%），真空管內置串聯系統。

　　集熱聯箱內膽采用SUS304-2B食品級不銹鋼材料，厚度不小于0.41mm，聯箱保溫層材料為聚氨酯，在恒溫下，機械發泡一次成型，厚度≥50mm，外殼材料為≥0.5mm的鍍鋁鋅板噴塑。

　　2、儲熱換熱水箱技術參數

　　采用立式平底平頂保溫水箱，內膽304#外殼201#不銹鋼板材，保溫層為聚氨酯發泡，熱損耗小，保溫效果好。

　　3、輔助電加熱技術參數

　　風道使用電加熱管功率為60kW，水箱內電加熱管功率為18kW（為2支9kW不銹鋼加熱管）。

　　四、系統設計方案

　　太陽能空氣采暖系統，集熱器、儲熱換熱水箱屋面安裝，串并聯式真空管集熱器+儲熱換熱水箱+電輔助加熱裝置，末端采用風盤式供暖，安裝智能控制系統。

　　1、集熱器

　　集熱器在建筑屋面南北多排串并聯式排列安裝，系統中采用38組集熱器（每組集熱器φ58-1800-50）。

　　2、儲熱換熱水箱

　　太陽能儲熱換熱水箱設計容量與集熱器集熱配比合理（以實際用水量為參數），本系統水箱容量為4噸（尺寸：φ1690mm*2350mm），儲熱換熱水箱儲能保證全天24小時取暖需求，不足部分由低谷電力提供電輔助。

　　3、管道

　　系統為空氣采暖，管道設計按照風道規格參數計算，主管道風道尺寸為500*300mm，支管道風道尺寸為300mm*120mm；主風機采用離心風機，功率為2kW~3kW；末端為風盤，（電動風口尺寸：300mm*120mm）

　　4、智能控制系統

　　系統自控柜全智能自動控制，優先使用太陽能日有用得熱量。太陽能不足時啟動電輔助加熱系統，保持供熱水箱出口溫度恒定。

　　系統數字模糊控制：定時定溫，防凍和過熱保護，自動補水，室溫自動控制，電磁閥、控制閥、傳感器、排氣閥、安全閥、風機等控制元件開機自檢。

　　五、項目系統設計圖

　　六、項目效益分析

　　1、太陽能空氣采暖+電輔助

　　春、夏、秋產生4噸熱水系統運行費用及產生的熱能：（按200天計算）

　　太陽能系統運行費用：1.5kW×8小時×0.55元×200天=1320元

　　將1噸冷水從15℃加熱到45℃所需要的熱量計算公式：

　　Q=1000公斤×（45℃~15℃）×1千卡/公斤/℃=30000千卡。

　　使用電加熱水，電能耗費用明細：

　　每度電產生的最大熱量是Q=860千卡/度；

　　1噸水的耗電量：30000千卡÷860千卡/度=34.9度；

　　4噸水的耗電量：34.9度×4=139.6度

　　200天所需費用：139.6度×0.55元/度×200天=15356元。

　　綜上所述，春、夏、秋使用太陽能供生活用熱水，節約電能25520度，節約費用14036元。

　　冬季采暖系統運行費用：

　　該地區每年采暖期165天，按照15天雨雪陰天，（電價按居民用電，峰谷電價為0.55元和0.3元）計算：

　　風機運行費用：（按每天12小時計算）

　　3kW×12小時×165天×0.55元=3267元

　　低谷電輔加熱每天5小時

　　運行費用：60kW×5小時×0.3×150天=13500元

　　雨雪陰天天氣情況下全天運行電輔助加熱，每天運行費用（按照0:00 ~12:00）：太陽能空氣供暖：（60kW×5小時×0.55 +60kW×8小時×0.3）×15天=4635元

　　生活用水：18kW×5小時×0.3×15天=405元

　　一個采暖季耗費電量63990kW·h

　　整個采暖期運行費用：

　　3267+13500+4635+405=21807元

　　2、儲熱式電鍋爐系統采暖運行費用約10萬元，耗費電量257400kW·h。

　　3、社會效益分析：（同儲熱式電鍋爐系統對比）

　　每年減少燃煤65噸，減排二氧化碳162噸，減少粉塵44噸。

　　每年節約電能193410kW·h。

　　七、項目設計特點

　　“太陽能空氣采暖+電熱輔助”系統解決的問題：

　　1、煤改電（氣）：空氣源熱泵運行費用高；燃氣供應區域局限性；

　　2、國家發明專利非承壓串聯式真空管集熱器，有效（93％以上）將攝取的能量釋放利用；

　　3、克服高寒地區室外防凍問題，以及戶外水系統漏水時對建筑屋面保溫和防水層巨大的破壞；

　　4、系統末端采用空氣供暖，不用再改造原有暖氣片供暖系統需要的重新鋪設地暖系統費用，直接聯接原有系統即可；

　　5、投資少，系統運行費用低、穩定，售后維護簡單；

　　6、增強型系統，可在系統中增加相變儲熱材料，更加均衡釋放能量，充分對接低谷電力，節約運行費用。

　　來源：《中國太陽能工程》作者：河北沃德沃姆新能源科技有限公司 王強