新农居太阳能+地源热泵供暖制冷可行性方案之令狐文艳创作

新农居太阳能+地源热泵供暖制冷
令狐文艳
可行性方案
一、项目概况
随着国家经济和社会发展第十一个五年计划纲要的提出，国家加大了对农村基础设施建设的力度，为了解决新农居的供暖及制冷及生活热水要求，特进行农居利用新能源进行供暖制冷的示范。

本工程为房山区新农村农居太阳能+热泵供暖制冷及生活热水示范项目，建筑面积150平方米，采用太阳能+热泵的形式供暖制冷及提供生活热水。

二、建设工程主要内容
太阳能热泵供暖制冷示范项目主要建设内容包括以下几个部分：
1、太阳能集热器采购安装；
2、地源热泵机组采购安装；
3、热泵室外换热系统安装；
4、系统所需水箱的制安；
通过以上几个部分的整体建设，最终实现新农居利用新能源实现供暖制冷并提供生活热水的。

洗浴热水全部由太阳能系统提供，太阳能集热器设置在屋顶。

当太阳能系统不能满足使
用需求时，冬季由电加热作为辅助热源，春夏秋由热泵作为辅助能源来满足使用需求，以达到全天24小时供应生活热水的目的。

太阳能工程系统运行方案设计
一、设计思路及原则
北京XX实业公司秉承优先利用太阳能源、保证系统全天候供水的原则，多年来对公司太阳能工程系统及控制思路进行了最优化的整体设计，达到了较高的人性化管理。

通过数百个大中型全天候太阳热水系统工程实践的检验，其合理性及先进性均得到了行业及用户的肯定。

二、设计理念及关键技术
在九阳全天候太阳热水系统设计过程中，始终贯穿着如下理念：
（1）保证全天候24小时供应热水；
（2）最低限度使用常规能源，运行费用达到最低；
（3）优先利用太阳能（环保）；
（4）全面利用太阳能（不浪费）；
（5）北方地区应保证设备和系统永远不冻；
（6）全自动运行、无人值守；
（7）少维护、寿命长、安全可靠；
（8）与建筑物易结合，整体效果协调、美观。

为了实现上述目标，经过多年探索，在系统设计安装中我们采用了如下关键技术：
（1）排空防冻技术
要达到全天候供应热水的目的，解决太阳能系统的北方冬季“防冻”问题是关键所在。

传统意义上的防冻，一般均采取电伴热带或加强保温的方式进行，我们认为，这种方式存在着受外界条件所限的缺陷，因此，九阳公司采用了机械排空的方式进行，达到了系统防冻的万无一失。

（3）双直流产水系统技术
采用太阳能加热和辅助能源加热双产水系统，通过智能控制，使双产水系统根据天气状况及用水状况进行自动控制、切换，在无人值守的情况下，在充分、完全利用太阳能基础上，达到了24小时及进供应热水的目的，并使系统最少使用常规能源。

（4）双向单流阀专利技术
在系统中，采用了九阳公司专利产品——双向单流阀，在成功满足排空防冻的同时，又保证系统水泵不受水击的影响，延长了水泵的使用寿命。

（5）真空管系统“上进上出”技术
在全天候真空管太阳热水系统中，真空管联箱采用“上进上出”的水循环技术，较好的解决了真空管的“爆管”问题。

三、设计整体方案说明
根据用户提供的实际情况和现有场地、现有热源类型，要达到节约运行费用，节约能源的目的，选用的设计方案为太阳能定温—温差循环系统＋电加热系统+地源热泵系统。

在天气晴好的状况下，系统一般只靠太阳热水系统就可满足用户用水要求，冬季和阴雨天采用辅助能源系统进行补充。

四、系统设备组成
太阳能定温—温差循环系统包括：太阳能集热器，太阳能储水箱，太阳能循环水泵，双向单流阀，辅助能源，辅助能源循环水泵，预热水箱，全自动控制器，用户供水自动增压泵，回水电磁阀等。

五、设计计算
1、设计依据
（1）《太阳能热水系统设计、安装及工程验收技术规范》（2）《民用建筑太阳能热水系统应用技术规范》
（3）《民用建筑太阳能热水系统工程技术手册》
（4）《家用太阳热水系统安装、运行维护技术规范》
（5）《家用太阳热水系统技术条件》
（6）《太阳集热器热性能室内试验方法》
（7）《太阳能热利用术语》
（8）《建筑给水排水设计规范》
2.设备选型计算
2.1太阳能集热器面积计算：
A—直接系统集热器采光面积，m2
c
Q—日均用水量，㎏
w
q—集热器在晴好天气日均产水量，L/㎡
（1）采用平板型太阳能集热器，集热面积按春夏秋晴好天气
每平米日均产80升45℃生活热水设计，则本工程需安装
2
63805000m A c ==，实际选取64平米；
（2）采用真空管型太阳能集热器，集热面积按春夏秋晴好天气每平米日均产65升45℃生活热水设计，则本工程需安装
2
77655000m A c ==，实际可选取80平米。

2.2太阳能蓄能水箱的设计
对于太阳能热水系统，由于受自然条件的限制，太阳能集热系统不可能全天24小时满足设计小时用水量(q rh )的要求。

由于用户用水时间为全天候型，考虑到太阳能集热器的功率及日照时间与用户用水量、用水时间存在的差异性，设计水箱容量应为用户全天总的用水量，则本系统太阳能储水箱的设计有效容积为5立方米，另配一个1立方米预热水箱。

2.3辅助能源功率设计
由于太阳能热水系统的供应具有不确定性，因而辅助能源加热设备的功率需按系统最不利工况，即太阳能系统不工作时（阴雨天）确定。

根据北京XX 实业公司《全天候太阳热水系统设计施工技术规范》，太阳能定温放水系统辅助加热功率计算公式为：
P — 辅助能源功率，KW
w
Q — 日均用水量，㎏
t Δ— 储水箱内水的设计温度与水的初始温度的温差，℃
T—设计全天用水量的加热时间，h，定温放水系统一般选用8小时
P=24KW
故热水系统辅助能源功率为24KW，因此本工程选择辅助电加热功率为24KW；
（1）辅助设备的运行方案：
本方案中，辅助设备为两种：电加热及地源热泵。

在采暖季节，地源热泵满足浴室的供暖要求，电加热作为热水系统的辅助热源；在非采暖季，地源热泵作为生活热水系统的辅助，电加热停止运行；此运行方式达到在节省了初期投资的同时，达到了节约运行费用的目的。

（2）辅助设备的选择
电加热：功率为24KW，采暖季运行，作为热水系统辅助；非采暖季不运行；
地源热泵:浴室建筑采用多孔砖保温建材，按60W/㎡热负荷考虑，供暖负荷为9KW。

本工程实际选可选取输出功率10KW的热泵机组。

2.4产品的选型说明
本工程采用全天候太阳能定温-温差循环系统，选用太阳能集热器：平板集热器设计面积为64平米，真空管集热器设计面积为80平米，太阳能热水储水箱选用有效容积为5立方米的碳钢水箱，同时配1台预热水箱1立方米，辅助能源采用电加热或热泵机组，辅助电加热功率为24KW。

2.5工程的使用说明
本工程设计全天产水量5立方，根据在新农村建设中实际的运行经验，每人日耗水量约60-70L/天，此条件下，每天实际可供洗浴人数约70-80人；（当实际用水人数超过设计人数时，需启动辅助能源进行一定的热量补充）。

按农村居民目前的用水习惯，按每周洗浴一次考虑，则该浴室基本可满足600人（平均每户按3人计，折合200户）左右的用水需求。

因此，本太阳能集体浴室较适合于规模在200户左右的村庄使用。

六、全天候太阳能热水系统介绍
1、定温—温差循环系统原理图
1立方预热水箱蒸
发
器
冷
凝
器
2、系统工作原理介绍
（1）集热器终端热水出口设置有温度传感器，用户可根据实际用水温度通过控制器设定此温度T1的上下限（出厂设定为上限45度，下限40度）；
（2）当集热器出口温度T1达到设定温度上限时，控制器命令太阳能上水泵启
动，将水箱中的冷水送入集热器中进行换热，然后送入热水箱上部，随着换热的不断进行，集热器出口温度T1会随之下降；
（3）当集热器出口温降T1下降到设定温度下限时，控制器命令太阳能上水泵停止，这时集热器及系统管路中的水会沿着设计安装的管路倾角倒流回水箱中，为了避免倒流产生水击损坏水泵，我们在水泵出口的立管位置上安装了双向单流阀装置，使倒流回来的水通过双向单流阀的旁路倒流回水箱中，避免了水泵的水击现象，并达到北方地区排空防冻的目的；
（4）由于天气晴好或用户用水量比较小的情况下，太阳能可把整个热水箱中的水加热到35度以上，当热水箱参考温度到达35度时，控制器会自动转换为温差循环系统，从而逐步提高整个水箱水温，达到充分利用利用太阳能的目的；
（5）在预热热水箱下部设有电加热系统，当热水箱中的水温低于用户用水温度要求时，控制器会自动命令电加热（热泵）系统启动，将热水箱中的水加热到用户用水要求的温度即停止，从而保证用户用水温度，电加热（热泵）系统出厂设定启动温度的上限为45度，下限为42度，即低于42度启动，高
于45度停止，此温度区间可根据用户要求设定；
（6）系统供水采用变频供水机组，同时在回水末端设置回水电磁阀，在保证系统24小时供水品质的同时，达到最节约运行费用的目的。

（7）本系统要求补水箱及水泵等设备放置在不冻的房间内。

3、全天候太阳能热水系统特点
（1）九阳全天候太阳能热水系统，经科委鉴定，系统日平均热效率大于50%，为国内领先；
（2）太阳能与常规能源的巧妙结合，保证用户全天24小时的生活热水供应；
（3）系统采用机械排空防冻技术，保证设备和系统在任何情况下都不会冻损，冬季正常使用；
（4）本系统还采用了我公司独创的双向单流阀专利产品，使系统回水分流，防止水泵发生水击损坏，从而延长了水泵的使用寿命；
（5）系统长期在低温快速流动状态下运行，从而防止了系统管路、阀门、仪表尤其是集热器板芯的结垢问题，达到系统热性能长期稳定；
（6）全部系统采用智能化电脑控制，最全面、最优先使用太阳能，最少使用常规能源，可达到无人值守的效果；
（7）系统可承压运行，并且集热器与储水箱分开布置，更容易满足建筑设计及安装的需要。

七、太阳能热水系统投资预算
（一）平板太阳能热水系统方案报价单位（元）
序号名称规格（单
位）
数量单价合计备注
01 平板集热器㎡64 782 50048
02 集热器支架10㎡/架7 854 5978
03 集热器压板块64 7.7 492.8
04 热水储水箱5立方 1 15975 15975 碳钢
05 预热水箱1立方 1 5540 5540 碳钢
06 系统控制柜模拟屏 1 6560 6560
07 太阳能循环水泵CH2-30 1 2258 2258 格兰富
08 电加热24KW 1 3280 3280
09 辅助能源循环水泵CH2-20 1 2081 2081 格兰富
10 双向单流阀DN25 1 226 226
11 补水电磁阀DN32 1 338 338
12 硅丽晶5㎏ 1 1190 1190
13 管道及附件㎡64 116 7424
14 安装人工费㎡64 100 6400
15 自动增压泵PW-404EA 2 2660 5320 LG
16 回水电磁阀DN20 1 131 131
17 小计113241.8
（二）真空管太阳能热水系统方案报价单位（元）
序号名称规格（单
位）
数量货物单价合计备注
太阳能浴室土建工程基本方案及报价
一、浴室建筑的结构形式
在本工程中，太阳能浴室建筑物采用节能型建材——多孔空心砖，墙体外保温，使建筑物节能达到较高标准。

屋面部分采用现浇顶。

集体浴室内部建议采用普通装修。

地面采用防滑磁砖，墙
壁采用普通磁砖，顶部用 PVC板吊顶。

二、浴室的设计说明
1、淋浴器安装数量
按目前对新农村太阳能集体浴室的调查情况，村民用水点相对比较集中，考因此，淋浴器的数量考虑按每四个用水人数设置喷头1个，本工程实际安装淋浴器的数量取为20个。

2、集体浴室的建筑面积估算
集体浴室的建筑面积，包括淋浴间、更衣室、门厅兼接待厅、操作设备间几个部分的建筑面积。

本工程设计太阳能浴室132平米；具体布局及各部分面积分布设计详见浴室平面示意图。

（同时附150平米规模浴室布置示意图）
浴室的整体设计（建筑、结构、暖通、给排水、电气等专业设计）建议由具有专业资质的设计单位进行。

三、浴室建筑的报价
（一）浴室建筑估价（132平米）单位（元）
（二）浴室建筑估价（150平米）单位（元）
太阳能浴室暖通部分基本方案及报价
一、设计说明：
1、本工程中，太阳能集中浴室的供暖热源设计采用土壤源热泵。

土壤源热泵就是以大地作为冷热源对建筑进行空调的技术。

这种系统把传统的空调器的冷凝器或蒸发器直接埋入地下，使其与大地进行热交换，或者通过中间介质作为热载体，并使中间介质在封闭环路中通过大地循环流动，从而实现与大地进行热交换的目的。

冬季通过热泵将大地中的低位热能提高品位对建筑供暖。

本工程设计热泵机组输出功率10KW，采暖季对建筑物进行供暖；非采暖季可作为太阳能热水系统的辅助热源。

2、供热末端根据浴室特别是淋浴间湿度较大的实际条件，选择采用地板辐射供暖方式。

二、热泵系统估价单位（元）
说明：此报价中打孔费用为暂估值（非岩石层地质条件），由于各地地质条件不同，其实际价格应根据地质条件进行相应调整。

太阳能浴室淋浴设备基本报价
为达到太阳能浴室的整体节能、节水的建设目标，在终端用水方式上，本工程选取智能控水系统。

智能控水系统由电磁阀及过滤阀、控水 POS 、电源控制器、微机系统及射频卡所组成。

每一个淋浴头安装一个电磁阀及过滤阀和一个控水 POS 机,射频卡在洗浴管理系统通过发行机注册充值，入浴者可直接进行消费。

进入浴室后用射频卡面对控水 POS 刷卡即可出水、控水 POS开始计费，需要停止时再次刷卡即可停止出水计费。

如此循环往复。

当卡中金额为零时电磁阀自动关闭。

一、智能控水系统特点：
1、管理者按时、按量合理计费，即“用多少水，收多少钱”，多用多收，少用少收。

杜绝了浪费水的现象，节约了宝贵的水资源。

2、多用水需多付费，相对来说，人们入浴时间减少，提高了淋浴使用周转率，相当于浴室得到扩建。

3、变人工收费为自助使用管理。

有助于管理经营者提高管理，杜绝了管理方面的漏洞；
4、读卡器与电磁阀均为安全电压，充分保证使用者安全。

5、在节水、节能方面的管理会化被动为主动，可以实现经济效益和社会效益的双丰收。

二、控水系统价格表
太阳能浴室基础设施及条件建设说明
太阳能浴室的建设除上述太阳能热水系统、建筑结构、热泵供暖系统及控水系统外，还包括浴室的基础设施及条件的建设部分。

其主要内容有：给水的提供、污水的排放、电源的提供及设备间的必要设施。

1、给水：根据浴室的实际建设位置及周边情况，选择附近的供水管线引入浴室及设备间内。

2、排水:浴室排污量相对较小，本工程设计可考虑采用每村建设集体浴室过滤池一处或在达标的条件下直接排放。

具体方案根据设计及甲方条件进行确定。

3. 基础设施
浴室的基础设施：包括更衣柜、座凳、洗手盆、卫生间大
便器等必备品；
同时，浴室内除考虑自然通风外，需加装排风扇通风，设定换气次数。

4、电气设计
本项目中，工程的用电负荷主要为电辅助加热、循环水泵及各房间的照明设施。

在电加热与热泵同时运转时，其电功率约40KW；
太阳能集热器采取避雷措施，集热器支架、水泵电机与建筑物应有可靠的接地。

结论及说明
一、投资预算总计
按上述各部分的不同设计规模，可组合为以下四种方案：方案一：132平米建筑面积，配套64平米平板型太阳能热水系统：
序号项目名称规模价格（元）备注
01 太阳能浴室建设132平米178200
02 平板太阳热水系统64平米113241.8
03 热泵机组132平米47400
04 智能控水系统28500 20个淋浴器
05 总计367341.8
方案二：132平米建筑面积，配套80平米真空管型太阳能热水系统：
序号项目名称规模价格（元）备注
01 太阳能浴室建设132平米178200
方案三：150平米建筑面积，配套64平米平板型太阳能热水系统：
方案四：150平米建筑面积，配套80平米真空管型太阳能热水系统：
二、各方案分析说明
上述四个方案中，方案一及方案二其建筑面积为132平米，按设计图纸进行布置，其完全可满足浴室的使用要求，且其投资相对于方案三、方案四150平米的建筑费用较为节省；同时，方案一与方案二分别采用了不同的集热器类型，且费用相差不大，因此建议选择方案一及方案二分别进行建设。