太陽(yáng)能供熱采暖系統(tǒng)是將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化成熱能，供給建筑物冬季采暖和全年其他用熱的系統(tǒng)，系統(tǒng)主要部件有太陽(yáng)能集熱器、換熱儲(chǔ)熱裝置、生活熱水系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、輔助能源加熱設(shè)備、泵、連接管道和末端散熱系統(tǒng)等。
太陽(yáng)能輔助采暖的種類(lèi)
太陽(yáng)能（輔助）采暖的種類(lèi)很多，根據(jù)太陽(yáng)能集熱器結(jié)構(gòu)形式的不同，儲(chǔ)熱水箱結(jié)構(gòu)形式的不同、輔助能源種類(lèi)的不同、末端散熱器形式和種類(lèi)的不同，太陽(yáng)能輔助采暖可以有多種組合。
1、集熱系統(tǒng)和儲(chǔ)熱系統(tǒng)的組合形式
2、輔助能源的種類(lèi)和與儲(chǔ)熱系統(tǒng)結(jié)合形式
3、末端散熱器的種類(lèi)不同
1、集熱系統(tǒng)和儲(chǔ)熱系統(tǒng)的組合
1、開(kāi)式集熱器帶開(kāi)式水箱的集熱系統(tǒng)
2、開(kāi)式集熱器帶閉式水箱的集熱系統(tǒng)
3、閉式集熱器帶開(kāi)式水箱的集熱系統(tǒng)
4、閉式集熱器帶閉式水箱的集熱系統(tǒng)
開(kāi)式集熱器：集熱器和大氣是連通的，非承壓的集熱器。橫式聯(lián)集管（SLL4715-50/56/60）（SLL4712-50/56/60）。
豎式聯(lián)集管:SLL5818－25-B/S, SLL5818－25-D/S
閉式集熱器:集熱器承壓運(yùn)行不和大氣連通。
U型管集熱器(SLU4715-16, SLU4718-24)，干式熱管集熱器（SLR4715－16）等。
2、輔助能源的種類(lèi)和與儲(chǔ)熱系統(tǒng)結(jié)合形式
除太陽(yáng)能以外的其他可以使用的能源都可以作為輔助能源。常見(jiàn)的輔助能源有：電能、燃起爐、燃煤爐、集中熱水（蒸汽）等。
2.1、電鍋爐作為太陽(yáng)能采暖的輔助能源。
2.2、水箱內(nèi)置電加熱頭作為輔助能源。
2.3、速熱式燃?xì)鉄崴鳌?/span>
2.4、帶小水箱的燃?xì)鉄崴鳎ū趻鞝t）
2.5、燃煤鍋爐。民用燃煤爐等。
3、末端散熱器的種類(lèi)不同
末端散熱器指的是把太陽(yáng)能輔助采暖系統(tǒng)以水為熱媒的熱能散布到采暖房間的設(shè)施。常見(jiàn)的末端散熱器有各種形式的暖氣片、最近十年發(fā)展起來(lái)的地板下的盤(pán)管散熱器、頂棚內(nèi)的風(fēng)機(jī)盤(pán)管系統(tǒng)。和最近兩年發(fā)展起來(lái)的墻壁盤(pán)管散熱器。
太陽(yáng)能輔助采暖的設(shè)計(jì)計(jì)算
采暖計(jì)算要考慮最關(guān)鍵內(nèi)容如下：
1、采暖熱負(fù)荷的計(jì)算(必須的)
2、太陽(yáng)能集熱面積的計(jì)算
3、輔助能源功率的計(jì)算
4、室內(nèi)（末端）散熱器面積的計(jì)算
5、節(jié)約常規(guī)能源的計(jì)算
6、環(huán)保效益計(jì)算
1、采暖熱負(fù)荷的計(jì)算：
采暖熱負(fù)荷 heating load
指：在采暖室外計(jì)算溫度下，為了保持室內(nèi)設(shè)計(jì)計(jì)算溫度，供暖系統(tǒng)在單位時(shí)間內(nèi)需向建筑物供給的熱量。
圍護(hù)結(jié)構(gòu) building envelope
指：建筑物及房間各面的圍擋物，如墻體、屋頂、地板、地面和門(mén)窗等。分內(nèi)、外圍護(hù)結(jié)構(gòu)兩類(lèi)。
目前《公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》GB50189-2015、《居住建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》DBJ 11-602-2006、《公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》DBJ 01-621-2005以及《民用建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)（采暖居住建筑部分）》JGJ26-95都規(guī)定建筑物耗熱量應(yīng)該按各種圍護(hù)結(jié)構(gòu)單位面積耗熱量累計(jì)值來(lái)計(jì)算，只有通過(guò)計(jì)算才能得到相對(duì)準(zhǔn)確的建筑物耗熱量。我們不是專(zhuān)業(yè)設(shè)計(jì)院，沒(méi)有計(jì)算軟件，因此介紹兩種熱負(fù)荷估算的方法，一種是體積熱指標(biāo)估算法，另一種是面積熱指標(biāo)估算法。
按建筑物體積熱指標(biāo)計(jì)算采暖熱負(fù)荷
1）計(jì)算公式和常用數(shù)據(jù)表
建筑物熱負(fù)荷可用下式估算：
式中：qnv—建筑物供暖體積熱指標(biāo)，W/(m3·℃)；見(jiàn)表4.1；
a—修正系數(shù)，見(jiàn)表4.2；
V—建筑物外輪廓體積，m3；計(jì)算方法見(jiàn)手冊(cè)附錄A；
tw——采暖室外計(jì)算溫度，℃；
tnp——室內(nèi)平均計(jì)算空氣溫度，℃。
以XXX農(nóng)村居民平房采暖系統(tǒng)進(jìn)行計(jì)算說(shuō)明：
① 建筑物外輪廓體積計(jì)算：該建筑座北朝南，東西向長(zhǎng)12m，南北向?qū)?.5m ，高3m，外墻做50mm聚氨酯保溫處理，吊頂做聚苯泡沫保溫處理。外輪廓體積為：V＝12×6.5×3＝234m3。
②室內(nèi)外溫度確定：北京市冬季采暖室外計(jì)算溫度為-9℃，門(mén)頭溝山區(qū)室外平均溫度要低2~4℃，按-13℃計(jì)算，tw＝-13℃。根據(jù)用戶要求，冬季室內(nèi)溫度為16℃，故tnp=16℃。
③修正系數(shù)選擇:門(mén)頭溝區(qū)冬季室外計(jì)算溫度為-13℃，根據(jù)表4.2選取-13℃時(shí)的值做為修正系數(shù)，故取a=1.354 。
④建筑物供暖體積熱指標(biāo)qnv的選?。焊鶕?jù)表4.1，按俱樂(lè)部<>3供暖面積，選取 qnv＝0.43 W/(m3·℃)。
⑤計(jì)算熱負(fù)荷：把以上參數(shù)帶入上式，Qn=1.354×0.43×234×(16+13)=3950.9(W)。
因此一天的熱負(fù)荷是： 3950.9×24/1000= 94.8Kwh ,相當(dāng)于341.4 MJ。
按建筑物面積熱指標(biāo)計(jì)算采暖熱負(fù)荷：
計(jì)算供暖熱負(fù)荷的另外一種方法是面積熱指標(biāo)估算法，各種建筑物單位面積耗熱量見(jiàn)右表，根據(jù)建筑面積就可以計(jì)算出供暖熱負(fù)荷。若為節(jié)能建筑，則需根據(jù)相應(yīng)的節(jié)能百分比減少面積熱指標(biāo)。
按此方法重新計(jì)算門(mén)頭溝區(qū)居民供暖熱負(fù)荷供暖面積: 12×6.5=78㎡。
按一般住宅查表4.4 選取熱負(fù)荷60W/㎡，由于該建筑作了很好的外保溫，面積熱指標(biāo)取50W/㎡，則總熱負(fù)荷為：Qn=50×78= 3900 (W) 。
與按體積熱指標(biāo)計(jì)算出的總熱負(fù)荷(3950.9W)比較接近。
這兩種方法的前提是需要知道建筑物的體積熱指標(biāo)荷面積熱指標(biāo)。
更準(zhǔn)確細(xì)致的計(jì)算方法請(qǐng)參考《太陽(yáng)能地板采暖設(shè)計(jì)施工指導(dǎo)手冊(cè)》4.2節(jié)
q —建筑物耗熱量指標(biāo)，W/㎡；
q1 —單位建筑面積通過(guò)圍護(hù)結(jié)構(gòu)的傳熱耗熱量，W/㎡；
q2 —單位建筑面積的空氣滲透耗熱量，W/㎡；
q3 —單位建筑面積的建筑物內(nèi)部包括炊事、照明、家電和人體散熱的得熱量，W/㎡。
2、太陽(yáng)能集熱面積的計(jì)算
太陽(yáng)能保證率(solar fraction)：
系統(tǒng)中由太陽(yáng)能部分提供的熱量占系統(tǒng)總負(fù)荷的百分率。
要計(jì)算太陽(yáng)能集熱器的面積，必須先定下來(lái)太陽(yáng)能系統(tǒng)的保障率。(用通俗的話說(shuō)就是：一點(diǎn)其他能源也沒(méi)有，只靠太陽(yáng)能供暖，在晴好天氣，太陽(yáng)能能提供百分之多少的能量)，這個(gè)數(shù)據(jù)是影響太陽(yáng)能集熱系統(tǒng)面積的關(guān)鍵值也是影響系統(tǒng)造價(jià)的關(guān)鍵因素。我們的設(shè)計(jì)一般按50％設(shè)計(jì)，估計(jì)平谷區(qū)其他公司的保障率也就是20％～30%。
根據(jù)2.1計(jì)算出了一天的總供熱量，乘以太陽(yáng)能保障率，就是太陽(yáng)能集熱系統(tǒng)需要提供的能量。這個(gè)值除以冬季單位面積集熱器獲得的太陽(yáng)平均輻照量，就可以求出集熱面積。
以2.1節(jié)計(jì)算出來(lái)的熱負(fù)荷341.4MJ、太陽(yáng)能保障率50％，冬季太陽(yáng)平均輻照量為17MJ,熱水系統(tǒng)效率為50％為例計(jì)算集熱面積。
S=(341.4 × 50％)/(17× 50％)=20.1m2。如果太陽(yáng)能集熱系統(tǒng)的效率低的太陽(yáng)能保障率還低。
3、輔助能源功率的計(jì)算
輔助能源功率和輔助能源的運(yùn)行時(shí)間有關(guān)，因?yàn)橐惶斓目偰芰啃枨?熱負(fù)荷)已經(jīng)固定，因此輔助能源的運(yùn)行時(shí)間越短，需要的功率就越大，反之亦然。
在計(jì)算輔助能源功率時(shí)要按全部熱負(fù)荷計(jì)算(在陰、雨、雪天氣沒(méi)有太陽(yáng)能，所有能源都由輔助能源提供)。輔助能源的最大運(yùn)行時(shí)間應(yīng)該控制在16小時(shí)內(nèi)(一天有1/3時(shí)間休息)，因此輔助能源的功率至少是采暖功率的1.5倍。這一點(diǎn)在用電做輔助能源時(shí)更該注意。煤爐一般以千卡為單位，與千瓦的換算關(guān)系是：1kwh=860kcal,即1萬(wàn)大卡相當(dāng)于11.6kwh。
4、室內(nèi)(末端)散熱器面積的計(jì)算
根據(jù)2.1節(jié)的計(jì)算，我們可以得到各個(gè)采暖房間的采暖功率，因此也就知道了各房間散熱器一天發(fā)散的總能量，按照散熱器半天工作的原則我們知道散熱器的功率是采暖功率的2倍。再根據(jù)各種散熱器的散熱能力選擇散熱器面積。(地盤(pán)管的直徑和管間距、普通暖氣散熱片的片數(shù)，風(fēng)機(jī)盤(pán)管的風(fēng)機(jī)功率及盤(pán)管面積。)
5、節(jié)約常規(guī)能源的計(jì)算
按50％的太陽(yáng)能保障率，采暖季從前年的11月1日，到第二年的3月31日，共151或152個(gè)采暖日，根據(jù)2.1的計(jì)算結(jié)果，很容易計(jì)算出節(jié)約的總能量。
Q=151×341.4×50％＝25775.7MJ=6166Mcal
我國(guó)定義標(biāo)準(zhǔn)煤的發(fā)熱量是：
7000kcal/kg(7Mcal/kg)。因此一個(gè)采暖季可以節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤：881kg。
完全用電采暖的費(fèi)用
根據(jù)2.1節(jié)的計(jì)算，我們知道一天的總能量需求是94.8kwh，一個(gè)采暖季的總電量為：Q=94.8×151＝14314.8kwh,按0.5元/kwh的電費(fèi)計(jì)算，一年需要電費(fèi)7157.4元，節(jié)約50％就是：3578.7元。
6、環(huán)保效益計(jì)算
要從節(jié)約常規(guī)能源、減少CO2、SO2、可吸入顆粒物、爐渣等幾個(gè)方面入手計(jì)算，在此不展開(kāi)計(jì)算。
按照炭完全燃燒化學(xué)方程式：
計(jì)算，煤中的C燃燒后產(chǎn)生的CO2量為：每1kg C生成3.67KgCO2( C的分子量為6， CO2的分子量為6＋16＝22，22/6=3.67)。按照能量100％轉(zhuǎn)化的理論計(jì)算，1kw.h電能相當(dāng)于0.123kg標(biāo)準(zhǔn)煤的熱能，產(chǎn)生的CO2為0.451kg。目前我國(guó)發(fā)電1kw.h的標(biāo)準(zhǔn)煤耗量是0.36~0.39kg。則相應(yīng)的CO2排放量為1.321～1.431kg。
按照煤炭完全燃燒化學(xué)方程式：
計(jì)算，煤中的C燃燒后產(chǎn)生的CO2量為：每1kg C生成3.67KgCO2。按照能量100％轉(zhuǎn)化的理論計(jì)算，1kw.h電能相當(dāng)于0.123kg標(biāo)準(zhǔn)煤的熱能，產(chǎn)生的CO2為0.451kg。目前我國(guó)發(fā)電1kw.h的標(biāo)準(zhǔn)煤耗量是0.36~0.39kg。則相應(yīng)的CO2排放量為1.321～1.431kg。
末端散熱器的形式和特點(diǎn)
常見(jiàn)的以熱水為熱媒的采暖末端散熱器的形式有：
1、低溫地板盤(pán)管散熱器輻射供暖
2、墻壁金屬散熱器供暖
3、頂棚風(fēng)機(jī)盤(pán)管式供暖
4、墻壁盤(pán)管散熱器輻射供暖
太陽(yáng)能輔助采暖的控制原理和流程
控制系統(tǒng)應(yīng)考慮的內(nèi)容
1、太陽(yáng)能集熱系統(tǒng)的控制
2、輔助能源的控制
3、室內(nèi)溫度的控制
4、安全越冬防護(hù)控制
5、夏季防止過(guò)熱控制
太陽(yáng)能輔助采暖的施工過(guò)程
太陽(yáng)能輔助采暖的施工包括如下內(nèi)容：
1、集熱系統(tǒng)的施工（集熱器和管路安裝）
2、儲(chǔ)熱系統(tǒng)的施工（水箱及循環(huán)泵安裝）
3、輔助能源施工
4、末端散熱器的施工
5、控制系統(tǒng)的施工
太陽(yáng)能輔助采暖的預(yù)算
太陽(yáng)能輔助采暖預(yù)算應(yīng)包括的內(nèi)容
1、太陽(yáng)能集熱系統(tǒng)的費(fèi)用
2、熱水儲(chǔ)熱系統(tǒng)的費(fèi)用
3、輔助能源實(shí)施的費(fèi)用
4、末端散熱器的費(fèi)用
5、控制系統(tǒng)的費(fèi)用
6、人工費(fèi)用、運(yùn)輸費(fèi)用、交通費(fèi)用。
7、稅金和傭金
8、利潤(rùn)
