太阳能地暖设计方案.doc

太阳能地暖设计方案

江苏河海新能源有限公司 张家港项目别墅部分地源热泵系统
太阳能地暖
设
计
方
案

编制单位：
编制时间：2013年6月
1

目 录
第一章 项目概况 1
一、项目概述 1
（一）项目名称 1
（二）项目简介 1
二、设计依据和参照标准 1
第二章 供热热源的选择及确定 4
一、 供热热源的选择 4
（一） 各种热源的可行性分析 4
（二） 热源的确定 4
二、 采暖系统末端的确定 5
（一）太阳能地暖系统。 5
（二）锅炉结合散热片系统采暖。 5
（三） 家用分体机采暖系统。 6
三、太阳能供暖系统技术分析 6
（一）系统原理及采热元器件的简述 6
四、北京市房山区果各庄应急避难所项目太阳能地暖系统设计简述 8
第三章 热水系统方案规划设计 9
一、热水供应热源工作原理及主要技术指标 9
（一）热源的工作原理 9
（二）供暖主要技术指标 10
二、太阳能供暖系统规划设计 12
（一）太阳能供暖系统规划设计 12
三、系统投资及运行成本分析 13
（一）太阳能采热部分的投资分析 13
（二）机房投资预算 14
（三）地暖系统投资预算 16
（四）集中式太阳能采暖系统总投资预算 16
（五）太阳能集中供热电辅助加热每天采暖运行成本 16
第四章 结论 18

25

第一章 项目概况
一、项目概述
（一）项目名称
北京市房山区果各庄应急避难所太阳能采暖工程。
（二）项目简介
本项目位于北京市房山区青龙湖镇果各庄村，一栋单层的应急避难所，总供暖面积约为350平方米。
二、设计依据和参照标准
1、《建筑给水排水设计规范》（GB50015-2003）
2、《全国民用建筑工程设计技术措施给水排水篇》（2003）
3、《民用建筑太阳能热水系统应用技术规范》GB50364-2005
4、《建筑给水排水及采暖工程施工质量验收规范》 （GB50242-2002）
5、其他有关设计规范及规程
6、北京地区日照分析

全国辐射量分布图
根据全国按日照时间分为5类地区，河北地区属于三类地区全年日照数在2200-3000h。日辐射总量在3.8-4.5KWh/m2之间，在每平方米面积上一年接受的太阳能辐射总量为5016-5852MJ，相当于170-200kg标准煤燃烧所发出的热量。为中国太阳能资源的中等类型区，相当于美国的华盛顿地区。

等级
资源带号
年总辐射量（MJ/㎡）
年总辐射量（kwh/㎡）
平均日辐射量（kwh/㎡）
最丰富带
I
≥6300
≥1570
≥4.8
很丰富带
II
5040～6300
1400～1570
3.8～4.8
较丰富带
III
3780～5040
1050～1400
2.9～3.8
一般
IV
＜3780
＜1050
＜2.9

7、北京地区寒冷季平均温度

中国一月平均气温分布图
由中国一月平均气温分布图可知北京地区最冷月平均温度在-8摄氏度左右。
8、北京地区居民电价标准：
北京地区居民用电峰谷电价表
序号
收费项目
收费标准（元/KWh）
收费依据
备注
1
居民峰谷用电
0.48
北京电价收费标准
应急避难所为居民生活用电

第二章 供热热源的选择及确定
一、 供热热源的选择
（一） 各种热源的可行性分析
常用的生活热源有：城市蒸汽热源、燃油燃气热源、电热源、太阳能热源、地热热源等。目前技术成熟应用最广泛的为前四种。其各自性能、投资、可靠性等分析如下：
类别
比较项
系统优点
系统可靠性
环保等级
太阳能+热泵
节能、稳定、运行管理费用低
很可靠
+ + + +
太阳能+电锅炉（谷电）
节能、稳定、运行管理费用低
很可靠
+ + + +
太阳能+燃气
节能、稳定、运行管理费用低
很可靠
+ + +
太阳能+电锅炉（平电）
节能、稳定、运行管理费用低
很可靠
+ + +
蒸汽（城市热网）
稳定、运行管理费用较高
很可靠
+
燃气
需要防火防爆、运行管理费用较高
很可靠
- -
电锅炉（平电）
稳定、运行管理费用较低
很可靠
+ +
燃油
需要防火防爆、运行管理费用较高

综合上述比较，热源从可靠性及环保性能综合考虑宜选择太阳能+辅助热源的供热形式，辅助热源可选择电、燃气、蒸汽等形式。
（二） 热源的确定
我们选择热源时，从一次性投资、运行成本、后期维修保养三个指标确定性价比。从运行成本上看，选用热泵补热运行成本最低，但针对本项目供热量小的特点，结合北京地区丰富的日照条件和电价政策，综合考虑，本方案拟定以集中式太阳能系统为主、电辅助加热系统为保障热源的供暖方案，充分利用太阳能，结合电价的优势，系统安全可靠，管理简单，运行经济。
二、 采暖系统末端的确定
（一）太阳能地暖系统。
地暖系统是地面均匀的铺设发热暖线,因为暖线系统的间距是固定的.所以地面的温度在每一个角度都是非常均匀的.而且热量一旦起来,就分布到人体最需要的脚部.再辐射上升到人体的腿部、身体、头部，符合人体工程学特点和中医“脚暖身舒”的原理。地暖系统在加热的过程是属于辐射加热，空气中没有风，不会有干燥的感觉。所以对于追求健康、品质的生活来讲，地暖是最舒适，最健康的采暖方式。
根据资料显示地暖系统具体优点如下：
1、改善血液循环及新陈代谢，对风湿病有明显的疗效；
2、无风的地暖形式，可减少对老年人心血管的压力；
3、保持肌肤水份，帮助女性青春常驻；
4、室内无粉尘，适宜呼吸系统敏感者，减少哮喘发病率；
5、有利于保持头脑清醒，帮助提高记忆力和理解力，从而提高学习效率；
6、提高睡眠质量，入睡快，保证深度睡眠，有利于保持旺盛的工作精力；
7、节省空间，避免安装传统的暖气片形成的直接隐患；
8、据有关科学统计资料表明，地暖系统可刺激人们增加运动量，有助身心，健康。
（二）锅炉结合散热片系统采暖。
散热片的传热方式是通过强烈反差的温差来实现.散热片的温度达到85度左右,一部分热量是通过墙体被吸收.他们的热量一方面是从屋顶流到下面,热量分布的均匀度在房间的每个角落是不一样的,靠近空调和散热片的地方温度比较高,越远离,温度就越低.热量损失大而且不均匀！很容易局部温度高，很难有均热效果，在同一房间内出现大的温差变化更易引发感冒。
（三） 家用分体机采暖系统。
空调的原理是通过强风将把热风从顶部依靠热风强吹到屋面的中下部，热量分布是从头部到脚部温度逐渐降低，热量必须是先从顶部下来，因为热气比空气轻,首先跑到的是顶部,靠强对流再对流到下面.空调大多吊装在墙壁高处，热风直接对着头部，长时间开空调易导致口干舌燥和各类上呼吸道疾病。
综上所述结合项目特征，地暖系统在使用过程中对人的健康有很大帮助，此外结合太阳能具有很大的投资效益，因此综合考虑本公司建议采用太阳能地暖采暖系统。
三、太阳能供暖系统技术分析
（一）系统原理及采热元器件的简述
1、采热原理

根据《采暖通风与空气调节设计规范》，民用建筑的供水温度不得高于60℃，供水温度与回水温度温差不小于10℃，根据经验地暖进水温度可选40℃，而回水温度选取30℃。
在屋顶设置真空管集热器，集热器采用串联的形式，。采集后的热水贮存于集热水箱A中，当蓄能水箱B中水温低于设定温度（40℃）时，启动电辅助加热装置，当蓄能水池B中水温达到设计温度（40℃）时，电锅炉自动停止工作。蓄能水池B中的热水即为地暖管的水源，经埋地地暖管为用户提供热量。
2、采热元件
（1） 真空管集热器

真空管可以串并联连接，间接式系统，机械强制循环。使用真空管造价较低，回收周期比较短。安装简单，集热效果高。
抗腐蚀能力强，真空管集热器的材质为玻璃，具有很强的抗腐蚀能力，对水质要求较低，无需担心集热器长时间使用会被腐蚀的现象。
（2）平板集热器

以一平方为一个采热单元，单元内部连接由厂家完成属于集成部件，在现场进行单元之间的联接，外形美观。但成本很高，集热冬季集热效率也不如真空管集热器。
平板集热器对水质要求较高，长时间使用会腐蚀内部铜管，造成系统大面积损坏，系统瘫痪。
（3）本工程采热元器件的确定
根据我们多年在北京地区的太阳能工程经验，本地区最适于真空管式集热器采热，其投资较低，热效率较高，且外形美观。
四、北京市房山区果各庄应急避难所项目太阳能地暖系统设计简述
1、设计思路
以太阳能作为主热源，电辅助加热系统为保障热源，双热源联合供热。
在屋顶集中布置真空管太阳能集热器，选用我公司太阳能集中供热成套技术。再由经蓄能水箱将40℃热水供应到地暖管进行房间供暖。
2、建筑集成效果

第三章 热水系统方案规划设计
一、热水供应热源工作原理及主要技术指标
（一）热源的工作原理
1、太阳能供暖原理图

2、电辅助加热系统的工作原理
三相工频点加强器、防护外壳及电控制系统组成，具有防过载、漏电保护，微电脑智能控制，热效率高，寿命长。

3、两种能源互补利用原理
优先使用太阳
电辅助加热系统
恒温供水
恒压供水

当太阳能充足时，优先使用太阳能供热，当太阳能不足时启动电辅助加热保障系统，确保24小时恒温恒压供应热水，保障供暖系统平稳运行。
4、供暖原理

若白天太阳能不足，产生的热水量不能满足供暖的要求时，太阳能集热水箱的水通过电辅助加热系统补热到40℃后，贮在开挖蓄能水池中，当水量达到设计要求时，电锅炉停止工作。该设计充分体现了优先使用太阳能，并巧妙的利用了电辅助加热，保障用户的供暖负荷要求，系统更加节能有效。
在供暖初期可以将冷水补给到集热水箱中，集热水箱24小时保持满水位，供暖与供热水不同，蓄能水箱中的热水经过各房间铺设的地暖管后，温度会降低，经过地暖回水管重新回到太阳能集热水箱中加热到所需水温，再送入到蓄能水箱中，如此循环达到供暖的目的。考虑到水的蒸发损失故特设自动补水装置。
保障热源选择电辅助集热器。
（二）供暖主要技术指标
1、关于水温
根据地暖设备采暖热水需要的温度：热水供应系统的热水供水设备（集热水箱）出口的最低温度选用40℃。
2、关于出水时间
影响达到供水水温标准的出水时间，主要受未循环支管长短限制，本系统中，出热水时间可控制在20秒之内。
3、关于管材
3.1主管管材选择
热水系统各种管材比较表
管材名称
产地
工程总价
抗腐蚀性能
钢性
热膨胀性能
热传导性能
热镀锌钢管
天津利达
A0
较好
较好
1.0ζ
0．06λ
PP-R管
上海白碟
1.15 A0~1.20 A0
较好,易老化
较差
12.0ζ
0.01λ
不锈钢管
山西太钢0Gr18Ni9
1.85 A0~2.4 A0
很好
很好
1.0ζ
0．04λ
铜管
上海铜管
1.85 A0~2.5 A0
很好
好
0.95ζ
1．0λ
由上表可知热镀锌钢管具有下列优点：
(1)、造价低；
(2)、强度高且受温度变化的影响很小；
(3)、热传导率低；
（4）、耐腐蚀性能较强；
(5)、机械强度高。
故本设计选用国标热镀锌钢管。
3.2地暖管管材选择
(1).U-PVC管、XPAP管满足不了ISO/DIS10508"4"、"5"的规定要求，在欧洲不用于热水地暖。
(2).PP-R管，壁厚脆化温度-5-10℃，弯曲难一般不用于住宅地暖。
(3).PB管抗应力、抗划痕能力差，透氧率高，为保护系统金属件被氧化腐蚀，国际规定必带阻氧层，但国内地暖无阻氧层。
(4).PEX管具有如下优势：
1)、无毒无味、卫生、不腐蚀、不滋生细菌、不污染水质、内壁光滑，流阻小。
2)、耐温耐压，可稳定工作于—40～110°C的环境，爆破压力可达6.0Mpa。
3)、导热系数高达0.35W/m.k，特别适用于地暖用管、冷热给水管。
4)、保温隔热性能好，导热时不结垢，导冷时不结霜。
5)、抗蠕变、耐老化，使用寿命达50年以上。
6)、安装与维修费用低，免除“堵、冒、滴、漏”现象。
综合上述情况考虑，我公司建议采用PEX管作为地暖埋地管。
二、太阳能供暖系统规划设计
（一）太阳能供暖系统规划设计
1、日循环水量确定
(1)负荷确定
根据《全国民用建筑工程设计技术措施-暖通空调篇》确定应急避难所平均采暖热负荷为70w/ m2 。

日所需的总负荷量:应急避难所按每天24小时供暖要求设计，根据规范平均负荷系数按0.7计算
Q=24.5kw×24h×0.7=411.6kw·h
(2)日所需总循环水量计算

2、太阳能集热器面积计算
按最高日循环水量为9.8吨，根据我公司多年施工经验可知真空管集热器单位面积能够提供（10℃提高到45℃）60L/日计算：
由于真空管太阳能集热器只需将30℃水提高到40℃，则每一平米能提供热水量为：；
则共需要9.8/0.21=46.67平方米
根据我公司真空管集热器规格型号及取整原则，选用六组集热器模块，每个模块集热面积为8平方米，此项目真空管太阳能集热器面积共为48㎡。
3、蓄能水箱尺寸大小确定
（1）40℃蓄能水箱（B水箱）
根据最高日循环水量9.8吨，由于采暖水是循环使用的，根据我公司工程经验，日最高循环水量与蓄热水箱10:1的取值，蓄能水箱选用1立方米。选用食品级不锈钢水箱
（2）太阳能集热水箱（A水箱）
根据最高日循环水量9.8吨，集热水箱有效容积=Bs，则本方案集热水箱容积为1000L，即取1立方，选用食品级不锈钢水箱。
4、太阳能循环流量的确定
根据规范循环流量按下式计算
Qx1=3600（0.01～0.02）As /1000
=3600(0.02×48) /1000
=3.456（吨/h）
式中 Qx1——集热循环流量（吨/h）；
As——集热器集热面积（㎡）取48㎡
5、电辅助加热系统容量确定
在雨雪天气条件下，太阳能无法使用时，需采用电辅助加热作为保障热源，按全天24小时提供热水计算，电加热器的功率应为建筑的热负荷值。故电辅助加热装置的装机容量为24kw
三、系统投资及运行成本分析
根据以上采暖技术方案，北京市房山区果各庄应急避难所太阳能供暖系统的投资概算如下：

（一）太阳能采热部分的投资分析

太阳能采热部分投资预算 单位：元
序号
设备名称
规格
单位
单价
数量
合价
备注
1
真空管集热模块
Ms60/1500
套
2975
6
17850

2
角钢支架
4×40mm
M
14
548
7672

3
热镀锌钢管
DN50
M
35
198
6930

4
铜闸阀
DN50
个
128
18
2304

5
铜闸阀
DN25
个
45
36
1620

6
不锈钢软连接管
DN25
条
53
42
2226

7
热镀锌弯头
DN50
个
15
98
1470

8
热镀锌管箍
DN50
个
10
58
580

9
热镀锌三通
DN50
个
15
32
480

10
热镀锌变径
DN50×25
个
10
82
820

11
活结
DN50
个
25.5
88
2244

12
基础
200×200
个
31
62
1922

13
避雷热镀锌圆钢
￠12
M
5.5
110
605

14
屋顶管道保温
橡朔保温管￠55
M
11.5
198
2277

15
防锈漆
15kg
桶
120
10
1200

16
稀释剂
10
桶
80
12
960

17
安装费

项
8800
1
8800

18
设计费

2770

19
总预算
￥：62730元

（二）机房投资预算

机房投资预算： 单位：元
序号
设备名称
规格
单位
单价
数量
合价
备注
1
不锈钢水箱
1000L
个
3621
2
7242

2
热水供水泵
Q=7.5m³/h H=10m
台
2584
2
5168

3
集热循环泵
Q=4.5m³/h H=12m
台
2110
2
4220

4
电辅助加热循环泵
Q=8m³/h H=6m
台
1958
2
3916

5
电辅助加热装置
24kw
套
7862
1
7862

6
智能控制柜
ZK115
套
12570
1
12570

7
电动阀
DN50
个
1550
2
3100

8
电磁阀
DN32
个
284
1
284

9
铜阀门
DN50
个
128
36
4608

10
止回阀
DN50
个
135
24
3240

11
橡胶软解头
DN50
个
145
32
4640

12
压力表
1.6mp
套
45
12
540

13
水处理器

套
7320
1
7320

14
膨胀罐
380L
个
850
1
850

15
热镀锌钢管
DN50
m
35
285
9975

16
热镀锌弯头
DN50
个
15
120
1800

17
热镀管箍
DN50
个
10
125
1250

18
热镀锌三通
DN50
个
15
155
2325

19
热度活结
DN50
个
25.5
95
2422.5

20
管道保温
橡朔保温管￠55
M
11.5
120
1380

21
电工阻燃管
pvcφ25
m
3
425
1275

22
四芯线
4×4m㎡
m
18
380
6840

23
单股铜线
10m㎡
m
13
350
4550

24
八芯屏蔽线
8×0.75m㎡
m
15
255
3825

25
三芯护套线
3×2.5m㎡
m
6
270
1620

26
安装费

项
11500
1
11500

27
总预算
￥：114322.5元
（三）地暖系统投资预算
序号
项目名称
型号
单位
数量
单价
合计
备注
1
地暖管材（PEX）
φ20×2
平方米
350
29
10150

　2
地暖分集水器
dn25
路
14
230
3220

　3
过滤器

个
6
80
480

　4
温控器
ZK001
个
14
280
3920

　5
电动阀
dn20
个
14
264
3696

　6
挤塑保温板
20mm
㎡
350
14
4900

　7
反射膜

㎡
350
2.5
875

　8
泡沫填充剂

罐
10
98
980

　9
地暖辅材（含阀门）

平方米
350
18
6300

　10
施工安装

平方米
350
21
7350

　11
总预算
￥：41871元
（四）集中式太阳能采暖系统总投资预算
根据（一）、（二）（三）计算可知，本项目采用集中式太阳能系统总投资为：
62730元+114322.5元+41871元=218923.5元；
大写：贰拾壹万捌仟玖佰贰拾叁元伍角

（五）太阳能集中供热电辅助加热每天采暖运行成本
据国家气象部门统计资料记录，北京地区的日照属中国二类地区，属于太阳能资源较丰富地区， 年平均采暖时间按照120天考虑。
1、 太阳能+电辅助加热的能源成本计算
F1===2.8（元/m3）

S1——工频磁化热水锅炉运行成本（元/m3）；
q0——单位水的质量（1吨/m3）；
ΔT——单位水的温升；取10℃；
S01——低谷电电价（河北平山地区0.3149元/kw·h）；
0.860——能量转换系数 ；
η——电辅助加热的效率；取0.98
c——太阳能节能保证率50%，折合COP值为2
2、系统热散失费用
按我公司的管道保温设计系统热散失可控制在5％以内，则系统热散失分摊到热水的成本为：
F2=2.8×5％＝0.14（元/吨）
3、循环泵电耗
太阳能循环泵功率0.3kw，平均每天运行8小时；
电锅炉补热泵功率0.5kw，平均每天运行8小时；
热水供水泵功率：0.55kw，平均每天运行24小时；
则水泵电费分摊：
F3=(功率×运行时间×电价)/日供水量=（元/吨）
F3={（0.3+0.5）×8+0.55×24}×0.48/9.8=0.96元/吨
4、系统运行成本
F=F1+F2+F3 =2.8+0.14+0.96=3.9元/吨
F总 =2.955元/吨×9.8吨/天=38.22元/天

综合以上计算可知，采用太阳能地暖供暖系统（含热水保障系统）成本为38.22元/天。太阳能地暖供暖系统拥有可观的经济效应。综合建议采用太阳能地暖供暖系统（含保障系统）。
第四章 结论
根据以上几章的技术分析以及经济分析，对方案做如下总结：
1、 系统采用太阳能+电辅助加热的技术形式作为热源，其中以太阳能作为主要热源，电辅助加热作为保障热源，双热源联合供热进行采暖。
2、 本项目采用太阳能真空管集热器，其投资低，热效率高，运行维护方便，使建筑物更加美观。
3、 在屋面集中布置太阳能集热器，其集热面积为48m2。
4、 本方案配电功率考虑太阳能循环泵、保障热源加热循环泵，热水供水泵以及电辅助加热器，其总功率为30kw。
5、 本项目预算总投资为218923.5元，大写：贰拾壹万捌仟玖佰贰拾叁元伍角。
6、 本方案供暖成本为38.22元/天。
7、 此外在不需要供暖的季节，可以根据用户需要，利用此系统为用户提供部分生活热水，给用户带来额外的效益。