低能耗独立农宅陶瓷太阳能取暖系统项目

河北黑瓷老人太阳能科技有限公司是以生产、研发陶瓷太阳能集热器的吸热体、使用寿命、太阳能与建筑一体化、太阳能采暖系统技术、夏季排空防过热、冬季排空防冻、不使用防冻液、伴热带等一体的太阳能企业，改变了现有光热太阳能的吸热基理。

一、项目基本情况

河北黑瓷老人太阳能科技有限公司是以生产、研发陶瓷太阳能集热器的吸热体、使用寿命、太阳能与建筑一体化、太阳能采暖系统技术、夏季排空防过热、冬季排空防冻、不使用防冻液、伴热带等一体的太阳能企业，改变了现有光热太阳能的吸热基理。本公司于2018年在位于唐山市曹妃甸工业区的生产基地建设了四栋低能耗独立农宅陶瓷太阳能取暖系统的示范，房屋面积分别为113㎡、153㎡、246㎡、305㎡，每个采暖季都对太阳能采暖能耗、室内温度、辅助热源用能情况都做如实记录。

示范项目由4座独栋的示范房组成，建筑结构为砖混结构，外墙、屋面分别采用70mm、80mm聚氨酯保温层，地面保温采用60mm聚氨酯保温层，外墙保温铺设至室外地坪以下300mm，外窗采用平开式、双层双玻塑钢窗，入户门为实木保温门，附加防风门斗。供暖系统采用陶瓷太阳能供暖系统，末端通过地板辐射为建筑供暖。

1号示范房的建筑面积153m²，平顶单层住宅，3室2厅2卫，共安装26块太阳能集热器，集热器总面积为52m²，末端系统采用地板辐射，集热器总面积与建筑面积比为1:3。

一号示范房

一号示范房室内

二、应用效果分析

12月1日～2月1日期间，对以上建筑节能技术的应用情况进行测试。实测室外环境空气的平均温度为-4.9℃，最低温度-15.4℃；同时由于该项目临近海边，相对湿度较大，实测室外环境空气的平均湿度达60.25%。根据对2号示范房的实测数据，室内平均温度为20℃，满足设计与居住条件要求。

三、系统能耗分析

基于2号示范房测试数据，对该系统的能耗状况进行分析，主要包括太阳能集热系统、水箱蓄热系统、地暖蓄热系统和末端供热系统。

（一）太阳能集热系统

2号示范房太阳能集热系统主要由20块陶瓷太阳能集热板组成。单块太阳能集热器面积为2.0m²，采光面积为1.65m²；则合计集热器面积40.0m²，采光面积为32.91m²。

根据实测数据，12月1日～2月1日期间，单位采光面积日均太阳辐照量为11.8MJ/(m²·d)，总太阳能辐照量仅为24382.1MJ。期间受大气污染和空气质量影响，总体太阳能辐照度不高，集热器采光面上辐照度高于800W/m²的时间仅占0.03%，太阳辐照度在300W/m²以下、300～500W/m²、500～800W/m²的时间占比分别为34.19%、27.84%和37.95%。

各太阳辐照度区间的时间占比

测试期间，太阳能有用得热量达6089.6MJ，折算为1691.5kWh；日均太阳能有用得热量为96.7MJ/d，折算为26.8kWh/d，实测在该地太阳辐照度较差的情况下，12月1日至2月1日包含各种天气状况的平均太阳能集热效率达25.0%。

典型日太阳能集热系统运行状况

（二）水箱蓄热系统

本系统选用保温蓄热水箱，在太阳能供热能力富裕时，及时存储太阳能得热量。水箱外形体积为2m3，实际容水量为1.61m3，与太阳能集热系统直接连接，无换热设备，完全通过热水流动的强迫对流和自然导热进行换热，换热效率高。

典型日水箱蓄热温度记录

测试期间水箱最高蓄热温度达55.7℃，最低温度为14.3℃，则实际运行中最大可蓄存热量达282.7MJ。

根据上述实测数据，2号示范建筑的日均耗热量为146.7MJ/d。水箱的最大蓄热量可以满足建筑的供暖需求，从而尽可能减少辅助热源电加热的投入。另一方面，在保障蓄热能力的同时，最高蓄热温度仅为55.7℃，蓄热系统的设计可

使太阳能集热器仍在较好的集热效率下工作，从而避免了集热效率下降，甚至间歇性启停的问题。实验数据验证了保温蓄热系统设计的合理性。

（三）地暖蓄热系统

根据末端供暖系统的供回水温差记录，在一天中变化较大。最大温差出现在13:00～15:00时刻，达到13.0℃，此时多余供热量输送到地热盘管，储存在地面混凝土及瓷砖中，实现继水箱之后的第二次长效蓄能。该部分热能完全散发需要2～3天，从而解决了夜间的供热问题，这种蓄热形式是目前市场上造价最低的形式之一。

末端采暖系统的供回水温度的最小温差一般出现在0:00～9:00，此时地面混凝土及瓷砖中的热量不断向室内释放，虽然热源供水温度仅为15℃，但房间温度仍然可满足居住和睡眠的需求，进一步减少辅助能源加热的投入。

末端供暖系统的供回水温度记录

四、末端供热系统

末端供热系统采用强制循环的方式，通过水泵将蓄热水箱中的热水输送至末端低温地热盘管，末端供暖系统同样与蓄热水箱直接连接，无换热设备，极大程度提高换热效率。

测试期间太阳能日均供热量可达26.8kWh/d，辅助能源加热系统日均供热量为13.9kW·h/d，该系统合计制热量为40.8kW·h/d，太阳能保证率高达65.9%，具有较高的运行能效。

此外，两组水泵的日均耗电量为8.6kW·h/d，占据了总耗电量的38.3%，该部分用能有待于通过控制策略的改善进一步减小，经过与中国建筑科学研究院有限公司等合作单位进行探讨，目前已经优化热源泵的控制方法，降低热源泵的耗电量约30%。

系统能量分布图

五、运行费用分析

陶瓷太阳能供暖系统的主动式能源投入为太阳能和辅助能源，太阳能是免费的，辅助能源投入为22.5kW·h/d，其中辅助热源加热和输配系统的耗电量分别为13.9kWh/d（折合燃气1.6m3/d）和8.6kWh/d。

采暖季运行费用估算为1072.8元，单位供热面积运行电费为9.5元/m²。

六、典型经验和做法

（1）建筑必须正南正北。

（2）屋面、墙体的保温：根据当地冬季最低气温的温度决定外墙保温的厚度，外墙使用80～150mm厚、容重为35Kg/m3的B1级聚氨酯或石墨烯保温板，根据当地冻土层的厚度决定基础保温入地深度。

屋顶保温板与外墙保温板材质厚度相同，在保温板上用100～200mm厚珍珠岩混凝土或加气块加强保温找坡，不能出现冷桥现象。

（3）地暖：室内地面保温和地暖的铺设，垫层的厚度由施工方决定并抹光；用24丝左右无气味塑料布做防潮层，并沿贴墙面起高100～200mm用胶带固定，用60mm厚与外墙保温相同材质做保温层，上面铺反射膜、地暖管、水泥砂浆铺地面砖，地暖管底面至地面砖面层厚度45mm，地暖管铺设间距150mm。

（4）户门及门斗：户门采用实木门，外加门斗，采用有框断桥铝玻璃门。

（5）窗户：要采用双层三玻的塑钢窗，窗框间距不小于100mm。南侧窗口面积加大充分吸收阳光的辐射热。

七、问题和建议

（1）国家没一个完整的标准及验收体系，且很省市级政府出台的文件只是把资金平均分配到各家各户。太阳能企业存在挣快钱，不负责任，完成项目了知，不考虑百姓能不能承受取暖费用、室内温度能不能达到20℃左右，这是各级政府都不关心的事儿，而且很多项目是假大空。而我公司提出的口号是：让百姓住得起、用得起、而且室内体感温度达到20℃左右。

（2）太阳能设备的寿命是否能达到国家标准的15年以上，凡是不能达到国家标准的，不要去浪费国家资金。我公司对陶瓷太阳能集热器保修15年，寿命可30年以上。

（3）太阳能供暖不是不可行，而是大多数的太阳能企业目光短浅，只追求当前的利益，不关心使用者（老百姓）日后的运行费用能否承担？

（4）目前政府有关部门只为完成政治任务，煤改气、煤改电的政策失误，国家投入巨大资金谁来负责？

（5）所以我们太阳能行业企业，要改变当前的思维方式，从建筑能耗做起，最后利用太阳能免费的能源，让几千来的建筑耗能变为建筑产业的方式。

（6）解决“3060的碳达峰碳中和”习近平总书记对国际社会的庄严承诺。双碳目标已上升至国家战略目标并纳入“十四五”规划当中，“碳中和”元年也正式开启，所以太阳能企业要抓紧这次机会，重塑太阳能的辉煌历史。