分析太阳能与电结合供暖系统
陕西建筑能源专业委员会/李建平
西安秦王太阳能工程有限公司/王秦川
1工程概况
该系统为甘肃省徐煤集团百贯沟矿煤业有限公司的办公楼、食堂、员工宿舍楼太阳能供暖工程(如图1 所示)，太阳能供暖系统位于平凉市崇信县百贯沟矿，面积共计约70000m2，采暖形式为地辐热采暖，本工程采用全玻璃真空管Φ47×1.5m，100000 支，辅助热源为锅炉，每栋楼约3000m2。该项目采用供暖专用高效集热器供暖。系统安装部件由太阳能供暖专用高效集热器、储热水箱、计算机智能控制系统、循环系统、连接管件等部分组成。太阳能集热器阵列如图2所示。
2热负荷估算
(1)中国主要城市采暖期耗热量指标和采暖设计热负荷指标(如表1所示)
(2)采暖热负荷估算(如表2~表3所示)
3设计方案
3.1采暖周期确定
采暖期按11月1日至次年3月31日共计151天。
3.2系统设计简述
本设计是太阳能采暖供热洗澡系统。本工程按照151天采暖期间太阳能热量满足80%采暖供热、电补20%的预计条件组织相关专业进行设计。
3.3采暖负荷计算
计算参照基本的气象资料，按太阳能采暖热量需要原则进行。
3.4太阳热水配置
设计地区的纬度较高，考虑冬季防冻和充分利用太阳能热量，设计采用高效率太阳能集热器，其优点是阴雨天比普通太阳能集热器水温高10℃以上。按3000 平采暖面积配置58/1.8/50高效率太阳能集热器60台，1个3吨采暖水箱。集热器安装如图3~图4所示。
3.5电补加热配置
按分用途、分时间、分热量、分流量、低水温、长循环的管理方式，最大限度使用太阳能供热水。3000m2采暖需要计算机智能控制与电补系统3 套，每套54kW。
3.6系统组成
系统由高效太阳能集热器、储热水箱、计算机智能控制系统、循环系统、连接管件等部分组成。
3.7地热盘管采暖
严寒的冬季太阳能热水器通常水温为40℃~60℃左右，地热盘管非常适宜低温热水。地热盘管的寿命是50 年，热效率高，散热面积大、室温均衡，发热是自下而上，使用户有脚暖、头凉之感，提高了舒适度。比散热器节省1/3~1/4 的热能。
3.8散热器采暖
如果使用散热器采暖建议采用散热快损耗小的铜、铝合金或不锈钢散热片，采暖性能明显优于铸铁散热片。
4系统特点
1. 太阳能取暖控制(与电补)系统和国内外各种品牌真空管联箱、真空管单机、平板太阳能、热管太阳能等结合，可以把太阳能供暖中的太阳能利用比例大幅提高，从10%~30%大幅提高到70%以上，使太阳能供暖的经济性能够被广大用户接受。
2. 太阳能供暖控制(与电补)系统，不仅是晴天室温或水温能够达到用户要求，即使夜晚和阴雨天也能达到18℃~22℃。
3. 太阳能供暖控制(与电补)系统使用行业独有的延时和防温度忽高忽低的跳温技术，使加热体的寿命大大延长，减少了系统故障的发生，无外因破坏情况下，故障率低于1%(每100套系统冬季有不到1 套会因运输碰撞或使用中的错误操作而有小故障)。
4. 既可以作为太阳能取暖的控制系统与电补系统，又可以作为太阳能与其他能源如燃气锅炉、燃煤锅炉、生物质、空气源、地源热泵、集中供暖等结合供暖的控制系统，还可以作为电取暖加热水来使用。
5. 系统智能化操作，为不会设定控制模式的用户考虑，可以在安装时给用户设定好参数，在采暖季期间用户不用再做任何参数设定和调整，系统会自行保持恒温运行。
6. 电补部分集成了变频技术与微电流应用技术，可以大量抓取电流中无法应用不予计量的微弱电子电流，可以在需要电补的夜间或阴雨天将取暖耗电降到电锅炉、电热膜等设备耗电量的1/2~2/3。(一般电锅炉等需要每天加热10~20 小时，而本系统一般阴雨天只需要加热6~8 小时。)
7. 采用了最先进的石英晶体加热技术，可以承受250℃以上的高温，免除了电加热管等产品频繁启动下易损问题。
8. 水箱内主要采取了高温水抓取技术。通过对水温分层、冷热水混水以及取高温水的技术，来提高太阳能热量在整套取暖系统中的比例。水箱如图5所示。
6运行费用效益分析(按本项目3000m2计算)
6.1 太阳能供暖系统运行费用估算
晴天或阴雨天每天平均需节能功率电补运行3小时，另外，显示仪表循环泵耗电约为每天40kW·h，则每天系统耗电526kW·h，按电费0.5元每kW·h计算，则采暖季每天电费263元。按151天取暖计算，151天取暖约需后期电费39713元。
按西安秦王太阳能取暖比电取暖节省70%来算，则每3000平方米取暖一个取暖期可节省92664元电费。而优质太阳能供暖系统使用寿命为20年以上，每年可以比热电供暖多使用1个月，非取暖季可以有大量热水供应。
6.2燃油燃气锅炉取暖运行费用估算
按4个月取暖计算，120天取暖约需燃油或燃气费用5000~10000元，燃油燃气锅炉使用寿命为6年左右需要更换。
6.3电锅炉或电热膜等取暖运行费用估算
按4个月取暖计算，120天取暖约需电费9000元，电锅炉使用寿命为6年左右需要更换。
根据西安秦王太阳能供暖系统建成后初始投资和后期费用与其它热水、供暖系统相比(包括燃煤锅炉、集中供暖+ 热水、太阳能热水工程)，一般在3~4年内收回成本，之后10多年都是净收益了。
