加拿大某太阳能区域供热示范研究项目，于2007年投入使用并进行实际测试，连续测试5年。实测数据表明集热器效率稳定在33%，储热效率为55%左右，太阳能保证率逐年递增最终达到97%，辅助能最终达到零使用。本方案根据加拿大区域供热示范研究项目，结合河北地区农村建筑实际情况，现提出一种"太阳能-土壤池跨季蓄热供热"的区域供热方案。

 

 

1、集中供暖，供热质量高，供热稳定不间断，给用户提供舒适的室内环境。节约能源，减少大气污染，保护环境；

 

2、充分利用土壤蓄热池储存春夏秋三季闲置的太阳能，在冬季为项目供热。随着项目的长久运行太阳能保证率逐年提高，最终可达到95%以上。可实现零辅助能供热，运行费用极低；

 

3、安全可靠性高。系统机械运动部件少，没有安全隐患，寿命长。

 

 

以石家庄周边一个自然村为例，在村庄合适位置建设集中供暖能源站，并对能源站进行了各项分析。其中设定自然村共50户，每户平均采暖面积100m²，总采暖面积5000m²。

 

(1)室外设计参数

 

冬季大气压：102020.00Pa；

 

冬季室外供暖计算干球温度：-6.00℃；

 

冬季通风计算温度：-5.90℃；

 

冬季室外空调计算干球温度：-8.60℃；

 

冬季室外空调计算相对湿度：0.54

 

室外平均风速：1.40m/s；

 

最多风向平均风速：1.80m/s。

 

(2)室内设计参数

 

农村住宅室内采暖计算温度与城市建筑的不同，在农村地区人们的工作相对比较自由，在家里也不像城市那样休闲，在家中所穿衣物比城市居民多。所以，按照较低的室内设计温度考虑农村冬季采暖所需，是与农村居民的生活水平以及生活习惯相符合的。农村居民对14℃左右的室内温度普遍认为能够承受，因此，本方案设计冬季室内采暖计算温度以15℃以上考虑。

 

(3)围护结构参数

 

根据实际调研情况设定：

 

外墙：240mm砖墙，内外抹灰；

 

外窗：北墙无外窗，南侧卧室及客厅窗户尺寸2500mm×2400mm。单层塑钢窗；

 

外门：木框单层玻璃门，玻璃比例60%~70%；

 

屋顶：预制钢筋混凝土2500屋顶，外刷水泥砂浆。

 

(4)供暖热负荷

 

利用鸿业软件，对热用户进行负荷计算，综合热指标为85W/㎡，考虑同时使用率，本项目总热负荷为340kW。

 

本方案供暖能源站集中供暖的工作原理：利用安装在土壤蓄热池上方的太阳能集热器进行热量采集，将收集到的热量通过管网输送到能源站及地下土壤蓄热池。根据不同季节可利用太阳能数量的不同，分别设置了短期(临时)太阳能蓄热储能水箱以及跨季节太阳能储能土壤蓄热池，以提高太阳能的利用率。在冬季阳光充足的天气，利用短期(临时)太阳能蓄热储能水箱直接供热;冬季其余的采暖用能，则由储存在土壤蓄热池中的热量来满足。同时，为保障用能安全，在供暖能源站内设置有空气源热泵机组辅助供能。

 

 

(1)能源站

 

在合适位置设置集中供暖能源站，内设短期(临时)储热水箱、主管道、空气源热泵等，能源站外安装设置太阳能集热器。

 

图：能源站

 

(2)太阳能采集系统

 

采暖系统的能源由安装在土壤蓄热池上方的太阳能集热器提供。

 

图：太阳能平板集热器

 

采暖系统集热器总面积应按下式计算：

 

 

采暖计算公式

 

式中：

 

Ac--直接系统集热器总面积(㎡)：

 

Q h--建筑物耗热量(W)：

 

Jt--当地集热器采光面上的平均日太阳辐照量[J/(㎡•d)]，按规范取值[J/(㎡•d)]：

 

ηcd--基于总面积的集热器平均集热效率(%)，按标准规范计算50%：

 

ηL--管路及贮热装置热损失率(%)，取值20%。
(3)能源短期(临时)储存系统