低能耗獨立農(nóng)宅陶瓷太陽能取暖系統(tǒng)項目
文章來源:未知時間:2022-02-09
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北極星火力發(fā)電網(wǎng)訊:河北黑瓷老人太陽能科技有限公司是以生產(chǎn)、研發(fā)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(tǒng)技術(shù)、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(yè)，改變了現(xiàn)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(chǎn)、研發(fā)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(tǒng)技術(shù)、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(yè)，改變了現(xiàn)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(yè)區(qū)的生產(chǎn)基地建設(shè)了四棟低能耗獨立農(nóng)宅陶瓷太陽能取暖系統(tǒng)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(nèi)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(jié)構(gòu)為磚混結(jié)構(gòu)，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(shè)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(fēng)門斗。供暖系統(tǒng)采用陶瓷太陽能供暖系統(tǒng)，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(wèi)，共安裝26塊太陽能集熱器，集熱器總面積為52m2，末端系統(tǒng)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(nèi)
二、應(yīng)用效果分析
12月1日～2月1日期間，對以上建筑節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用情況進(jìn)行測試。實測室外環(huán)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(huán)境空氣的平均濕度達(dá)60.25%。根據(jù)對2號示范房的實測數(shù)據(jù)，室內(nèi)平均溫度為20℃，滿足設(shè)計與居住條件要求。
三、系統(tǒng)能耗分析
基于2號示范房測試數(shù)據(jù)，對該系統(tǒng)的能耗狀況進(jìn)行分析，主要包括太陽能集熱系統(tǒng)、水箱蓄熱系統(tǒng)、地暖蓄熱系統(tǒng)和末端供熱系統(tǒng)。
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2號示范房太陽能集熱系統(tǒng)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(jù)實測數(shù)據(jù)，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(zhì)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(qū)間的時間占比
測試期間，太陽能有用得熱量達(dá)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(dá)25.0%。
典型日太陽能集熱系統(tǒng)運行狀況
（二）水箱蓄熱系統(tǒng)
本系統(tǒng)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(tǒng)直接連接，無換熱設(shè)備，完全通過熱水流動的強(qiáng)迫對流和自然導(dǎo)熱進(jìn)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(dá)55.7℃，最低溫度為14.3℃，則實際運行中最大可蓄存熱量達(dá)282.7MJ。
根據(jù)上述實測數(shù)據(jù)，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(tǒng)的設(shè)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(shù)據(jù)驗證了保溫蓄熱系統(tǒng)設(shè)計的合理性。
（三）地暖蓄熱系統(tǒng)
根據(jù)末端供暖系統(tǒng)的供回水溫差記錄，在一天中變化較大。最大溫差出現(xiàn)在13:00～15:00時刻，達(dá)到13.0℃，此時多余供熱量輸送到地?zé)岜P管，儲存在地面混凝土及瓷磚中，實現(xiàn)繼水箱之后的第二次長效蓄能。該部分熱能完全散發(fā)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(tǒng)的供回水溫度的最小溫差一般出現(xiàn)在0:00～9:00，此時地面混凝土及瓷磚中的熱量不斷向室內(nèi)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(jìn)一步減少輔助能源加熱的投入。
末端供暖系統(tǒng)的供回水溫度記錄
四、末端供熱系統(tǒng)
末端供熱系統(tǒng)采用強(qiáng)制循環(huán)的方式，通過水泵將蓄熱水箱中的熱水輸送至末端低溫地?zé)岜P管，末端供暖系統(tǒng)同樣與蓄熱水箱直接連接，無換熱設(shè)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(dá)26.8kWh/d，輔助能源加熱系統(tǒng)日均供熱量為13.9kW·h/d，該系統(tǒng)合計制熱量為40.8kW·h/d，太陽能保證率高達(dá)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(jù)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(jìn)一步減小，經(jīng)過與中國建筑科學(xué)研究院有限公司等合作單位進(jìn)行探討，目前已經(jīng)優(yōu)化熱源泵的控制方法，降低熱源泵的耗電量約30%。
系統(tǒng)能量分布圖
五、運行費用分析
陶瓷太陽能供暖系統(tǒng)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(tǒng)的耗電量分別為13.9kWh/d（折合燃?xì)?.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(jīng)驗和做法
?。?）建筑必須正南正北。
?。?）屋面、墻體的保溫：根據(jù)當(dāng)?shù)囟咀畹蜌鉁氐臏囟葲Q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(jù)當(dāng)?shù)貎鐾翆拥暮穸葲Q定基礎(chǔ)保溫入地深度。
屋頂保溫板與外墻保溫板材質(zhì)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(qiáng)保溫找坡，不能出現(xiàn)冷橋現(xiàn)象。
?。?）地暖：室內(nèi)地面保溫和地暖的鋪設(shè)，墊層的厚度由施工方?jīng)Q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(zhì)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(shè)間距150mm。
?。?）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。
?。?）窗戶：要采用雙層三玻的塑鋼窗，窗框間距不小于100mm。南側(cè)窗口面積加大充分吸收陽光的輻射熱。
七、問題和建議
?。?）國家沒一個完整的標(biāo)準(zhǔn)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(yè)存在掙快錢，不負(fù)責(zé)任，完成項目了知，不考慮百姓能不能承受取暖費用、室內(nèi)溫度能不能達(dá)到20℃左右，這是各級政府都不關(guān)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(nèi)體感溫度達(dá)到20℃左右。
?。?）太陽能設(shè)備的壽命是否能達(dá)到國家標(biāo)準(zhǔn)的15年以上，凡是不能達(dá)到國家標(biāo)準(zhǔn)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。
?。?）太陽能供暖不是不可行，而是大多數(shù)的太陽能企業(yè)目光短淺，只追求當(dāng)前的利益，不關(guān)心使用者（老百姓）日后的運行費用能否承擔(dān)？
?。?）目前政府有關(guān)部門只為完成政治任務(wù)，煤改氣、煤改電的政策失誤，國家投入巨大資金誰來負(fù)責(zé)？
?。?）所以我們太陽能行業(yè)企業(yè)，要改變當(dāng)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?yōu)榻ㄖa(chǎn)業(yè)的方式。
?。?）解決“3060的碳達(dá)峰碳中和”習(xí)近平總書記對國際社會的莊嚴(yán)承諾。雙碳目標(biāo)已上升至國家戰(zhàn)略目標(biāo)并納入“十四五”規(guī)劃當(dāng)中，“碳中和”元年也正式開啟，所以太陽能企業(yè)要抓緊這次機(jī)會，重塑太陽能的輝煌歷史。
