低能耗獨立農宅陶瓷太陽能取暖系統項目
文章來源:未知時間:2022-02-09
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北極星火力發電網訊:河北黑瓷老人太陽能科技有限公司是以生產、研發陶瓷太陽能集熱器的吸熱體、使用壽命、太陽能與建筑一體化、太陽能采暖系統技術、夏季排空防過熱、冬季排空防凍、不使用防凍液、伴熱帶等一體的太陽能企業，改變了現有光熱太陽能的吸熱基理。
一、項目基本情況
河北黑瓷老人太陽能科技有限公司是以生產、研發陶瓷太陽能集熱器的吸熱體、使用壽命、太陽能與建筑一體化、太陽能采暖系統技術、夏季排空防過熱、冬季排空防凍、不使用防凍液、伴熱帶等一體的太陽能企業，改變了現有光熱太陽能的吸熱基理。本公司于2018年在位于唐山市曹妃甸工業區的生產基地建設了四棟低能耗獨立農宅陶瓷太陽能取暖系統的示范，房屋面積分別為113㎡、153㎡、246㎡、305㎡，每個采暖季都對太陽能采暖能耗、室內溫度、輔助熱源用能情況都做如實記錄。
示范項目由4座獨棟的示范房組成，建筑結構為磚混結構，外墻、屋面分別采用70mm、80mm聚氨酯保溫層，地面保溫采用60mm聚氨酯保溫層，外墻保溫鋪設至室外地坪以下300mm，外窗采用平開式、雙層雙玻塑鋼窗，入戶門為實木保溫門，附加防風門斗。供暖系統采用陶瓷太陽能供暖系統，末端通過地板輻射為建筑供暖。
1號示范房的建筑面積153m2，平頂單層住宅，3室2廳2衛，共安裝26塊太陽能集熱器，集熱器總面積為52m2，末端系統采用地板輻射，集熱器總面積與建筑面積比為1:3。
一號示范房
一號示范房室內
二、應用效果分析
12月1日～2月1日期間，對以上建筑節能技術的應用情況進行測試。實測室外環境空氣的平均溫度為-4.9℃，最低溫度-15.4℃；同時由于該項目臨近海邊，相對濕度較大，實測室外環境空氣的平均濕度達60.25%。根據對2號示范房的實測數據，室內平均溫度為20℃，滿足設計與居住條件要求。
三、系統能耗分析
基于2號示范房測試數據，對該系統的能耗狀況進行分析，主要包括太陽能集熱系統、水箱蓄熱系統、地暖蓄熱系統和末端供熱系統。
（一）太陽能集熱系統
2號示范房太陽能集熱系統主要由20塊陶瓷太陽能集熱板組成。單塊太陽能集熱器面積為2.0m2，采光面積為1.65m2；則合計集熱器面積40.0m2，采光面積為32.91m2。
根據實測數據，12月1日～2月1日期間，單位采光面積日均太陽輻照量為11.8MJ/(m2·d)，總太陽能輻照量僅為24382.1MJ。期間受大氣污染和空氣質量影響，總體太陽能輻照度不高，集熱器采光面上輻照度高于800W/m2的時間僅占0.03%，太陽輻照度在300W/m2以下、300～500W/m2、500～800W/m2的時間占比分別為34.19%、27.84%和37.95%。
各太陽輻照度區間的時間占比
測試期間，太陽能有用得熱量達6089.6MJ，折算為1691.5kWh；日均太陽能有用得熱量為96.7MJ/d，折算為26.8kWh/d，實測在該地太陽輻照度較差的情況下，12月1日至2月1日包含各種天氣狀況的平均太陽能集熱效率達25.0%。
典型日太陽能集熱系統運行狀況
（二）水箱蓄熱系統
本系統選用保溫蓄熱水箱，在太陽能供熱能力富裕時，及時存儲太陽能得熱量。水箱外形體積為2m3，實際容水量為1.61m3，與太陽能集熱系統直接連接，無換熱設備，完全通過熱水流動的強迫對流和自然導熱進行換熱，換熱效率高。
典型日水箱蓄熱溫度記錄
測試期間水箱最高蓄熱溫度達55.7℃，最低溫度為14.3℃，則實際運行中最大可蓄存熱量達282.7MJ。
根據上述實測數據，2號示范建筑的日均耗熱量為146.7MJ/d。水箱的最大蓄熱量可以滿足建筑的供暖需求，從而盡可能減少輔助熱源電加熱的投入。另一方面，在保障蓄熱能力的同時，最高蓄熱溫度僅為55.7℃，蓄熱系統的設計可
使太陽能集熱器仍在較好的集熱效率下工作，從而避免了集熱效率下降，甚至間歇性啟停的問題。實驗數據驗證了保溫蓄熱系統設計的合理性。
（三）地暖蓄熱系統
根據末端供暖系統的供回水溫差記錄，在一天中變化較大。最大溫差出現在13:00～15:00時刻，達到13.0℃，此時多余供熱量輸送到地熱盤管，儲存在地面混凝土及瓷磚中，實現繼水箱之后的第二次長效蓄能。該部分熱能完全散發需要2～3天，從而解決了夜間的供熱問題，這種蓄熱形式是目前市場上造價最低的形式之一。
末端采暖系統的供回水溫度的最小溫差一般出現在0:00～9:00，此時地面混凝土及瓷磚中的熱量不斷向室內釋放，雖然熱源供水溫度僅為15℃，但房間溫度仍然可滿足居住和睡眠的需求，進一步減少輔助能源加熱的投入。
末端供暖系統的供回水溫度記錄
四、末端供熱系統
末端供熱系統采用強制循環的方式，通過水泵將蓄熱水箱中的熱水輸送至末端低溫地熱盤管，末端供暖系統同樣與蓄熱水箱直接連接，無換熱設備，極大程度提高換熱效率。
測試期間太陽能日均供熱量可達26.8kWh/d，輔助能源加熱系統日均供熱量為13.9kW·h/d，該系統合計制熱量為40.8kW·h/d，太陽能保證率高達65.9%，具有較高的運行能效。
此外，兩組水泵的日均耗電量為8.6kW·h/d，占據了總耗電量的38.3%，該部分用能有待于通過控制策略的改善進一步減小，經過與中國建筑科學研究院有限公司等合作單位進行探討，目前已經優化熱源泵的控制方法，降低熱源泵的耗電量約30%。
系統能量分布圖
五、運行費用分析
陶瓷太陽能供暖系統的主動式能源投入為太陽能和輔助能源，太陽能是免費的，輔助能源投入為22.5kW·h/d，其中輔助熱源加熱和輸配系統的耗電量分別為13.9kWh/d（折合燃氣1.6m3/d）和8.6kWh/d。
采暖季運行費用估算為1072.8元，單位供熱面積運行電費為9.5元/m2。
六、典型經驗和做法
（1）建筑必須正南正北。
（2）屋面、墻體的保溫：根據當地冬季最低氣溫的溫度決定外墻保溫的厚度，外墻使用80～150mm厚、容重為35Kg/m3的B1級聚氨酯或石墨烯保溫板，根據當地凍土層的厚度決定基礎保溫入地深度。
屋頂保溫板與外墻保溫板材質厚度相同，在保溫板上用100～200mm厚珍珠巖混凝土或加氣塊加強保溫找坡，不能出現冷橋現象。
（3）地暖：室內地面保溫和地暖的鋪設，墊層的厚度由施工方決定并抹光；用24絲左右無氣味塑料布做防潮層，并沿貼墻面起高100～200mm用膠帶固定，用60mm厚與外墻保溫相同材質做保溫層，上面鋪反射膜、地暖管、水泥砂漿鋪地面磚，地暖管底面至地面磚面層厚度45mm，地暖管鋪設間距150mm。
（4）戶門及門斗：戶門采用實木門，外加門斗，采用有框斷橋鋁玻璃門。
（5）窗戶：要采用雙層三玻的塑鋼窗，窗框間距不小于100mm。南側窗口面積加大充分吸收陽光的輻射熱。
七、問題和建議
（1）國家沒一個完整的標準及驗收體系，且很省市級政府出臺的文件只是把資金平均分配到各家各戶。太陽能企業存在掙快錢，不負責任，完成項目了知，不考慮百姓能不能承受取暖費用、室內溫度能不能達到20℃左右，這是各級政府都不關心的事兒，而且很多項目是假大空。而我公司提出的口號是：讓百姓住得起、用得起、而且室內體感溫度達到20℃左右。
（2）太陽能設備的壽命是否能達到國家標準的15年以上，凡是不能達到國家標準的，不要去浪費國家資金。我公司對陶瓷太陽能集熱器保修15年，壽命可30年以上。
（3）太陽能供暖不是不可行，而是大多數的太陽能企業目光短淺，只追求當前的利益，不關心使用者（老百姓）日后的運行費用能否承擔？
（4）目前政府有關部門只為完成政治任務，煤改氣、煤改電的政策失誤，國家投入巨大資金誰來負責？
（5）所以我們太陽能行業企業，要改變當前的思維方式，從建筑能耗做起，最后利用太陽能免費的能源，讓幾千來的建筑耗能變為建筑產業的方式。
（6）解決“3060的碳達峰碳中和”習近平總書記對國際社會的莊嚴承諾。雙碳目標已上升至國家戰略目標并納入“十四五”規劃當中，“碳中和”元年也正式開啟，所以太陽能企業要抓緊這次機會，重塑太陽能的輝煌歷史。
