学校太阳能供暖设计方案

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“太阳能+”供暖具有主能源免费，运行成本低，百姓用得起，无需政府长期补贴的优势。太阳辐照度既是间断的，又是极不稳定的，这给太阳能的大规模应用增加了难度。为使太阳能成为连续、稳定的能源，从而最终成为能够与常规能源相竞争的替代能源，就必须很好地解决蓄能问题，即把晴朗白天的太阳辐射能尽量贮存起来，以供夜间或阴雨天使用，但蓄能也是太阳能利用中较为重要的环节之一。

供暖除去尽可能高效的收集和转化以外，关键是要供热维持建筑室内的温度。因此，要考虑和重视建筑保温性能；要更多地获得热量，有足够的集热面积；要保证系统的可靠性，减少和消除故障情况；要努力研究解决蓄热技术，努力提高太阳能贡献率，才能降低运行费用；要在保证效果前提下降低初装费，才能大范围推广应用。2017年冬季山西国锦新能源科技发展有限公司就为祁县谷恋小学做了太阳能热空气+电辅助的供暖案例。2018年8月以后，又做了张名村小学、古县小学等7所小学的太阳能热空气与空气源热泵相结合的供暖系统。祁县大韩小学刚安装的太阳能供暖系统，就是具有示范性的太阳能热水+谷电加热辅助的供暖系统，具有代表性。目前，国锦新能源又在进行一个学校全新供暖方案的设计。

1学校概况

砖混结构的学生教室建筑房顶均为平顶，有良好的光照条件和采光面积，保留完好原有的暖气片散热系统。根据学校的实际情况，非常适合“太阳能+谷电储热”的供暖系统方案。

2系统设计原则

2.1集热联箱双插太阳能供热专用透明太阳能真空管，集热时真空管内通过黑色液体吸收太阳辐射的热能，加热后的液体通过循环管道储存在储热罐里，大量的储热形成供暖热源，满足教室正常供暖需要。另外，特别设计了在时间较长雨雪天气情况下，可用谷电加热水的装置保障供暖。2.2利用楼顶平面，合理排布太阳能集热器阵列采光大量收集储存热能量。2.3考虑房顶承重及系统防风、防雷等，保证系统运行安全。2.4智能控制，设有应急手动装置，保证系统任何状态下正常供热。

3设计方案

3.1参考依据。(1)《工业建筑供暖通风与空气调节设计规范》(GB500192015)；(2)《太阳能供热采暖工程技术规范》(GB50495-2009)。3.2具体技术方案。液体光热转化太阳能集热器包括真空管连接箱、透明真空管、液体管道和管道泵，透明真空管分别与联箱两端连接，并和液体管道与储热罐进出口成循环管路，在循环管路中有液体介质，液体管道中的管道泵是液体循环的动力；在真空管连接箱上方设有排气口，真空集热管为透明真空管，管内的液体介质为黑色液体。在真空集热管内设置有对流水管，导流水管的进水口位于真空管连接箱内，液体光热转化太阳能集热只在阳光的照射下工作。工作时，管道泵在温控开关控制下转动，室外太阳能透明真空管和管道中有液体介质循环流动，将能量接收到储热罐内，夜间和阴天时集热循环泵不工作，真空管和管道自动排空。液体管道经过室内储热水箱的底部通过换热给水加热。集热器用透明真空管作保温层，黑色液体作光热转化介质，用导流水管来加速真空管中黑色液体的对流传导热能量，使真空管内高温的液体介质迅速流入储热罐内。工作时温控开关使管道泵转动，将液体介质充入真空管连接箱中，液体介质通过导流管流向真空管的底部，黑色液体介质被加热后再流进联箱内，再流入储热水罐中完成集热循环。储热水罐再向教室内的暖气片直接用黑色液体或通过换热盘管输出热水供应热量。在没有阳光的时候，管道泵不转动，室外真空管和真空管联箱中的黑色液体介质全部退到储热罐内。室外所有管道全部排空，没有冻坏的可能。与现有太阳能集热器相比的主要优点是：透明真空管内在阳光照射下升温幅度小，不存在脱膜和炸管现象，延长真空管的使用寿命。而且夜间和阴天时真空中管不存水，大大减少了散热损失，延长太阳能接收时间，冬季在室外温度是-30℃的地区，透明真空管比镀膜真空管能多收集更多的热量。利用纳米黑色液体做光热转化介质，将太阳能直接转化成内热能，没有玻璃热传导的过程，管内水升的温度高，提高接收效率。如果把储热罐放置在室内的话，储热水罐散热发的热量也能保留在室内，储热罐大量储存的热量足够满足连续2～3个阴天取暖用，有阳光时继续收集储存热量，基本可以实现整个冬季完全利用太阳能取暖，不需要任何辅助能量的目的达到取暖的效果。如果门窗密封好有保温门帘情况下，在室外温度为-20℃并连续阴天三天时保持室内在15℃以上。3.3取暖原理。由三部分组成，吸热器、储热罐和控制电路。集热器安装在房顶上，大约安装150组太阳能真空管集热器，用于接收太阳能。备用电加热辅助安装在室内储热罐下，用于将集热器接收的能量贮存起来，需要供暖时并通过暖气片散热为教室内供暖。集热器和储热罐用管道连接起来，管道上安装一个管道泵用于使导热液循环流动。控制电路的作用是：白天当房上集热器有接收光热达到设定温度60℃时，温度控制电路使管道泵自动转动，这时储热罐中的液体被输送到吸热器中进行循环加热。傍晚，当集热器中的温度高于储热罐中的热水温度2℃时，管道泵自动停止转动，这时真空管连接箱和管道中的水全部退回室内储热罐中贮存起来。刚使用时提前2～3天开始接收热量，使储热箱中的水温升高，储热箱中约有25m3的储热液体。开始时水温每白天根据光热情况的不同大约升高5～15℃。储热罐中部内液体温升至60℃左右达到平衡，室温可在15～20℃左右设定，当阴天下雪时，储热罐中温度稍微有所下降，如果连续三天没有光集热补充热量时，储热箱中的温度还可以保持在50℃以上，仍能使室温保持在15℃以上。如果特殊情况下连续多天没有光热补充时，储热罐中部温度低于设定保障温度50℃的话，室内温度不足15℃情况下，可以启动备用电加热装置，只加热供暖输出的导热液体。尽量减少电加热的用量，最大化节能。等到有光照时迅速收集热量，保障正常供暖情况下，储存多余的热量提高储热罐内的储热液温度。

本系统具有运行使用成本最低的特点，完全符合节能环保、清洁能源供暖的“煤改电”政策。经济效益和环保效益非常明显，每年节约燃煤100余吨，按照设备运行15年计算节煤1500多吨，减少二氧化碳排放约108吨，减少二氧化硫排放约30吨，减少粉尘约300余吨，是一项惠及子孙后代、利国利民的绿色环保工程。太阳能热利用经济效益明显，据科学测定，根据有良好光照和保温条件的情况下利用太阳能全年供生活热水、并且冬季供暖节能60%～90%以上，是一项经济实惠、节能环保的新能源事业。“太阳能+”的发展理念，在充分利用免费太阳能热量的基础上，配合节能电热泵等辅助供热方式。不仅节能环保，而且经济实用，有效地保证了24小时供热，可广泛应用于学校、养老院、医院、宾馆，厂矿企事业单位和家庭供应热水和取暖。

作者:范志国 史春杰 单位:山西国锦新能源科技发展有限公司