學校太陽能供暖設計方案

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“太陽能+”供暖具有主能源免費，運行成本低，百姓用得起，無需政府長期補貼的優勢。太陽輻照度既是間斷的，又是極不穩定的，這給太陽能的大規模應用增加了難度。為使太陽能成為連續、穩定的能源，從而最終成為能夠與常規能源相競爭的替代能源，就必須很好地解決蓄能問題，即把晴朗白天的太陽輻射能盡量貯存起來，以供夜間或陰雨天使用，但蓄能也是太陽能利用中較為重要的環節之一。

供暖除去盡可能高效的收集和轉化以外，關鍵是要供熱維持建筑室內的溫度。因此，要考慮和重視建筑保溫性能；要更多地獲得熱量，有足夠的集熱面積；要保證系統的可靠性，減少和消除故障情況；要努力研究解決蓄熱技術，努力提高太陽能貢獻率，才能降低運行費用；要在保證效果前提下降低初裝費，才能大范圍推廣應用。2017年冬季山西國錦新能源科技發展有限公司就為祁縣谷戀小學做了太陽能熱空氣+電輔助的供暖案例。2018年8月以后，又做了張名村小學、古縣小學等7所小學的太陽能熱空氣與空氣源熱泵相結合的供暖系統。祁縣大韓小學剛安裝的太陽能供暖系統，就是具有示范性的太陽能熱水+谷電加熱輔助的供暖系統，具有代表性。目前，國錦新能源又在進行一個學校全新供暖方案的設計。

1學校概況

磚混結構的學生教室建筑房頂均為平頂，有良好的光照條件和采光面積，保留完好原有的暖氣片散熱系統。根據學校的實際情況，非常適合“太陽能+谷電儲熱”的供暖系統方案。

2系統設計原則

2.1集熱聯箱雙插太陽能供熱專用透明太陽能真空管，集熱時真空管內通過黑色液體吸收太陽輻射的熱能，加熱后的液體通過循環管道儲存在儲熱罐里，大量的儲熱形成供暖熱源，滿足教室正常供暖需要。另外，特別設計了在時間較長雨雪天氣情況下，可用谷電加熱水的裝置保障供暖。2.2利用樓頂平面，合理排布太陽能集熱器陣列采光大量收集儲存熱能量。2.3考慮房頂承重及系統防風、防雷等，保證系統運行安全。2.4智能控制，設有應急手動裝置，保證系統任何狀態下正常供熱。

3設計方案

3.1參考依據。(1)《工業建筑供暖通風與空氣調節設計規范》(GB500192015)；(2)《太陽能供熱采暖工程技術規范》(GB50495-2009)。3.2具體技術方案。液體光熱轉化太陽能集熱器包括真空管連接箱、透明真空管、液體管道和管道泵，透明真空管分別與聯箱兩端連接，并和液體管道與儲熱罐進出口成循環管路，在循環管路中有液體介質，液體管道中的管道泵是液體循環的動力；在真空管連接箱上方設有排氣口，真空集熱管為透明真空管，管內的液體介質為黑色液體。在真空集熱管內設置有對流水管，導流水管的進水口位于真空管連接箱內，液體光熱轉化太陽能集熱只在陽光的照射下工作。工作時，管道泵在溫控開關控制下轉動，室外太陽能透明真空管和管道中有液體介質循環流動，將能量接收到儲熱罐內，夜間和陰天時集熱循環泵不工作，真空管和管道自動排空。液體管道經過室內儲熱水箱的底部通過換熱給水加熱。集熱器用透明真空管作保溫層，黑色液體作光熱轉化介質，用導流水管來加速真空管中黑色液體的對流傳導熱能量，使真空管內高溫的液體介質迅速流入儲熱罐內。工作時溫控開關使管道泵轉動，將液體介質充入真空管連接箱中，液體介質通過導流管流向真空管的底部，黑色液體介質被加熱后再流進聯箱內，再流入儲熱水罐中完成集熱循環。儲熱水罐再向教室內的暖氣片直接用黑色液體或通過換熱盤管輸出熱水供應熱量。在沒有陽光的時候，管道泵不轉動，室外真空管和真空管聯箱中的黑色液體介質全部退到儲熱罐內。室外所有管道全部排空，沒有凍壞的可能。與現有太陽能集熱器相比的主要優點是：透明真空管內在陽光照射下升溫幅度小，不存在脫膜和炸管現象，延長真空管的使用壽命。而且夜間和陰天時真空中管不存水，大大減少了散熱損失，延長太陽能接收時間，冬季在室外溫度是-30℃的地區，透明真空管比鍍膜真空管能多收集更多的熱量。利用納米黑色液體做光熱轉化介質，將太陽能直接轉化成內熱能，沒有玻璃熱傳導的過程，管內水升的溫度高，提高接收效率。如果把儲熱罐放置在室內的話，儲熱水罐散熱發的熱量也能保留在室內，儲熱罐大量儲存的熱量足夠滿足連續2～3個陰天取暖用，有陽光時繼續收集儲存熱量，基本可以實現整個冬季完全利用太陽能取暖，不需要任何輔助能量的目的達到取暖的效果。如果門窗密封好有保溫門簾情況下，在室外溫度為-20℃并連續陰天三天時保持室內在15℃以上。3.3取暖原理。由三部分組成，吸熱器、儲熱罐和控制電路。集熱器安裝在房頂上，大約安裝150組太陽能真空管集熱器，用于接收太陽能。備用電加熱輔助安裝在室內儲熱罐下，用于將集熱器接收的能量貯存起來，需要供暖時并通過暖氣片散熱為教室內供暖。集熱器和儲熱罐用管道連接起來，管道上安裝一個管道泵用于使導熱液循環流動。控制電路的作用是：白天當房上集熱器有接收光熱達到設定溫度60℃時，溫度控制電路使管道泵自動轉動，這時儲熱罐中的液體被輸送到吸熱器中進行循環加熱。傍晚，當集熱器中的溫度高于儲熱罐中的熱水溫度2℃時，管道泵自動停止轉動，這時真空管連接箱和管道中的水全部退回室內儲熱罐中貯存起來。剛使用時提前2～3天開始接收熱量，使儲熱箱中的水溫升高，儲熱箱中約有25m3的儲熱液體。開始時水溫每白天根據光熱情況的不同大約升高5～15℃。儲熱罐中部內液體溫升至60℃左右達到平衡，室溫可在15～20℃左右設定，當陰天下雪時，儲熱罐中溫度稍微有所下降，如果連續三天沒有光集熱補充熱量時，儲熱箱中的溫度還可以保持在50℃以上，仍能使室溫保持在15℃以上。如果特殊情況下連續多天沒有光熱補充時，儲熱罐中部溫度低于設定保障溫度50℃的話，室內溫度不足15℃情況下，可以啟動備用電加熱裝置，只加熱供暖輸出的導熱液體。盡量減少電加熱的用量，最大化節能。等到有光照時迅速收集熱量，保障正常供暖情況下，儲存多余的熱量提高儲熱罐內的儲熱液溫度。

本系統具有運行使用成本最低的特點，完全符合節能環保、清潔能源供暖的“煤改電”政策。經濟效益和環保效益非常明顯，每年節約燃煤100余噸，按照設備運行15年計算節煤1500多噸，減少二氧化碳排放約108噸，減少二氧化硫排放約30噸，減少粉塵約300余噸，是一項惠及子孫后代、利國利民的綠色環保工程。太陽能熱利用經濟效益明顯，據科學測定，根據有良好光照和保溫條件的情況下利用太陽能全年供生活熱水、并且冬季供暖節能60%～90%以上，是一項經濟實惠、節能環保的新能源事業。“太陽能+”的發展理念，在充分利用免費太陽能熱量的基礎上，配合節能電熱泵等輔助供熱方式。不僅節能環保，而且經濟實用，有效地保證了24小時供熱，可廣泛應用于學校、養老院、醫院、賓館，廠礦企事業單位和家庭供應熱水和取暖。

作者:范志國 史春杰 單位:山西國錦新能源科技發展有限公司