太陽能采暖系統

太陽能采暖系統是指將分散的太陽能通過太陽能集熱器把太陽能轉換成熱能，熱能加熱水體，然后通過將熱水輸送到發熱末端來提供建筑供熱需求的一種采暖系統。

安裝要求

建筑屋面或建筑旁能夠擺放相應面積的太陽能集熱器。

安裝太陽能采暖系統的建筑，主要朝向宜為南向。建筑的體形和空間組合避免安裝太陽能集熱器部位受建筑自身及周圍設施和綠化樹木的遮擋，并應滿足太陽能集熱器有不少于4H日照射數的要求。

建筑的主體結構或結構構件，應能夠承受太陽能熱水系統的荷載。

建筑外墻要有保溫。

建筑的玻璃是節能玻璃。

具備以上條件較適合安裝太陽能采暖系統。

方案選擇

太陽能集熱器選型

系統選型主要考慮以下因素：a.太陽能集熱器類型；b.系統工作方式，自然循環或強制循環，閉式系統或開式系統；c.換熱方式，直接系統或間接系統；d備份熱源，電加熱器、燃氣鍋爐、燃煤鍋爐、生物質鍋爐、熱泵等；e.管材和水箱材質。

太陽能集熱器可按表1-1選型。

太陽能蓄能采暖介紹

太陽能蓄能采暖分為當天蓄能采暖、周蓄能采暖、跨季蓄能采暖

當天蓄能采暖

當天蓄能采暖指利用太陽能集熱器將當天的熱能收集到水箱內儲存起來，滿足建筑末端的供熱需求。

周蓄能采暖

周蓄能采暖指利用太陽能集熱器將一周的熱能收集到水箱內儲存起來，滿足建筑末端的供熱需求。集熱器的面積確定按照一周的太陽能輻照量計算，水箱的容量要稍大于當天蓄能采暖系統的水箱。適合不常居住的度假別墅。

跨季蓄能采暖

跨季蓄能采暖指利用太陽能集熱器將春、夏、秋三個季節的熱能收集到水箱內儲存起來，滿足建筑末端的供熱需求。集熱器的面積確定按照三個季節的太陽能輻照量計算，水箱的容量約大于10倍數當天蓄能采暖系統的水箱。適合無足夠面積可供太陽能集熱器擺放的別墅。

計算方法

太陽能采暖系統供熱負荷計算主要分兩種用途，一是用于確定太陽能集熱器面積，另一種用于設計備份熱源和熱水管路。

以當天蓄能采暖方式為例確定供暖熱負荷

供暖熱負荷的確定

供暖系統的設計熱負荷可用下式表示：Q= Q1+ Q2+ Q3+-Qd

其中，Q1為墻壁散熱量，Q2為開關門散熱量，Q3為排氣孔耗熱量，Qd為太陽輻射進入室內的熱量。此系統是以輻射采暖為主（占60%以上），輔以對流傳熱。據《暖通規范》及實際工程設計情況， 在工程中，在僅知道建筑的總面積的情況下可采用以下采暖熱指標進行計算。

建筑物熱指標推薦表（2003技術措施：暖通空調）：

室外-9C（北京）的條件下，供暖需求量，用這個值去配置供暖設備，相當于在最大條件下的出力。北京冬天室外平均-1.6，室內保證16，這時的規定平米指標20.6瓦。
每日耗熱量計算

（以北京地區節能建筑面積200平米別墅為例）
熱指標q=20.6W/㎡
熱負荷Q= q·A（200㎡）=4120w
每日熱量Qr= 4.12kw×3600×12（小時）=177984KJ
時間取值：以北京大多數家庭作息習慣考慮，早8點到晚6點家中無人，故以上公式中取12小時。可根據實際情況更改，如24小時。
北京的冬季（1月、2月、3月、12月）日照輻射量平均為9730 KJ/m（集熱器受熱面上的輻照量為水平面上的輻照量做一修正：9730KJ/㎡×1.2=11676 KJ/㎡）。
太陽輻照資料
根據國家氣象中心提供的《中國氣象輻射資料年冊》（2001年）中，北京（區站號：54511；東經：11628´；北緯：3948´；觀測點海拔高度：31.3m）的月日均及年總輻射數據（單位MJ/m）：

太陽能的集熱效率為47%
太陽能集熱面積S=177984KJ/（11676 KJ/m×47%）=32.43m
水箱確定

地板采暖循環進口溫度為45℃為易，水箱內的溫度應當保持在50℃。所以根據 （式—1）
式中：——水箱的容積；
——系統采光面積，32.43㎡；
——當地冬季（1月、2月、3月、12月）日照輻射量平均值，9730 KJ/m；
（集熱器受熱面上的輻照量為水平面上的輻照量做一修正：9730KJ/㎡×1.2=11676 KJ/㎡）;
——集熱器全日集熱效率，取值為0.47。
——管路及儲水箱熱損失率，此處取0.15。
——儲水箱內水的終止溫度，50℃；
——水的定壓比熱容，4.18KJ/（㎏·℃）；
­—— 水的初始溫度，5℃；
——太陽能保證率，0.6；
代入式—1中，得出： =1340.35升
在這里我們取1.5噸儲熱水箱。

節能設計

1.節能水箱效果圖

2.太陽能采暖系統原理圖

此圖為系統原理示意圖，不表示實際連接方式。

輔助能源

輔助能源的介紹：燃油鍋爐、燃氣爐、生物質鍋爐、燃煤鍋爐、電加熱、（水箱內置電加熱或外置電加熱器）、熱泵。

燃煤鍋爐啟停時間長，出力調整較困難，較難實現自控或無人職守，有環境污染問題；

燃油、燃氣鍋爐控制方便，便于調節，可方便實現自控運行，但設備間需要滿足消防要求；

熱泵使用費用低，控制方便，但設備初投資高，此外北方地區采用空氣源熱泵在冬季使用能效比很低；

電加熱設備易安裝，控制方便，是太陽能熱水系統最常用的輔助熱源，但運行費用較高，有時因需電力增容大大提高系統投資。

在選擇輔助熱源時，要綜合考慮各項因素。

輔材選擇

管路
太陽能采暖系統采用的管材和管件應符合現行產品要求，管道的工作壓力和工作溫度不得大于產品標準標定的允許工作壓力和工作溫度。
太陽能集熱系統管道可采用鋼管、薄壁不銹鋼、塑鋼熱水管、塑料與金屬復合管等。以乙二醇為主要成分的防凍液系統不宜采用鍍鋅鋼管。
熱水管道應選用耐腐蝕并符合衛生要求的管道，一般可采用薄壁銅管、薄壁不銹鋼、塑料熱水管、塑料與金屬復合管等。
設計時，應在系統管路必要位置設置排氣裝置、泄水裝置、溫度計、壓力表、安全閥、膨脹水箱等輔助設備。閉式系統應設置膨脹罐或泄壓閥。
管路保溫
太陽能熱水系統的集熱系統連接管道、水箱、供水管道均應保溫。常用的保溫材料有巖棉、玻璃棉、聚氨酯發泡、橡塑泡棉等材料。
管道保溫材料選用是有以下要求：
1.保溫材料制品的允許使用溫度應高于太陽能系統工作的介質最高溫度。
2.保溫材料不宜采用有機物，以免生蟲。腐爛、生菌、引鼠。
3.宜采用吸濕性小、存水性弱、對管壁無腐蝕作用的材料；室外管道保溫層外應加保護層防水。
4.保溫材料應采用非燃和難燃材料。應符合GB50016《建筑設計防火規范》的要求；電加熱器的保溫必須采用非燃材料。

供熱末端

太陽能系統效率與集熱器種類和工質的工作溫度密切相關，太陽能供熱采暖系統的散熱部件按以下原則選用：
1. 太陽能供熱采暖系統應優先選用低溫輻射供暖系統。
2. 水-空氣處理設備和散熱器系統宜使用在60-80℃工作溫度下效率較高的太陽能集熱器，如高效平板太陽能集熱器或熱管真空管太陽能集熱器。該系統適合夏熱冬冷或溫和地區。
3. 熱風采暖系統適宜低層建筑或局部場所需要供暖的場合。
低溫輻射供暖系統的設計要點
1.太陽能采暖系統較適宜低溫輻射供熱。供水溫度不宜超過60℃，供回水溫差10℃左右為宜，太陽能供熱采暖系統供水溫度宜采用35-50℃；供熱系統的工作壓力不得超過0.8MPa；地表溫度平均溫度計算值應符合表1-26的規定。
低溫熱水地板輻射采暖系統地表面平均溫度/℃

地面構造由樓板或與土壤相鄰的地面、絕熱層、加熱管、填充層、找平層和面層組成。與土壤相鄰的地面，必須設絕緣熱層，且絕緣熱層下部必須設置防潮層。直接與室外空氣相鄰的樓板，必須設置絕緣層。對衛生間、洗衣間、浴室和游泳館等潮濕房間，在填充層上部應設置隔離層。當工程允許地面按雙向散熱進行設計時，個樓層間的樓板上部可不設絕緣層。
面層宜采用熱阻小于0.05㎡.℃/W的材料。花崗石、大理石、陶瓷磚等的熱阻為0.02㎡.℃/W，木地板的熱阻為0.10㎡.℃/W，毛毯的熱阻為0.15㎡.℃/W。
絕熱層采用聚笨乙烯泡沫塑料板，容重不小于20kg/m,壓縮強度不小于100kPa,熱導率不大于0.41w(m . ℃).絕熱層厚度應滿足：樓層之間樓板上的絕熱層不小于20mm，與土壤或室外空氣相鄰的地板上的絕熱層不小于40mm。
在與內外墻、柱及過門等垂直部件交接處應敷設不間斷的伸縮縫，伸縮縫寬度不應小于20mm，伸縮縫宜采用聚苯乙烯或高發泡聚乙烯泡沫塑料；當地面面積超過30㎡或邊長超過6m時，應設置伸縮縫，伸縮縫寬度不宜小于8mm，伸縮縫宜采用高發泡聚乙烯泡沫塑料或內滿填彈性膨脹膏。
填充層的材料宜采用C15豆石混凝土，豆石粒徑不宜大于12mm。填充層的厚度不宜小于50mm。如地面荷載大于20Kn/㎡時，應會同結構設計人員采用加固措施。