北京地区太阳能采暖工程现状调研报告.docx
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北京地区太阳能采暖工程现状调研报告
北京地区太阳能采暖工程现状调研报告
1.太阳能采暖发展概况
1.1太阳能采暖系统的原理
太阳能采暖系统（solarheatingsystem）是指将太阳能转换成热能，供给建筑物冬季采暖和全年其他用热的系统，系统主要由太阳能集热系统、蓄热系统、末端供热采暖系统、自动控制系统和其它能源辅助加热/换热设备集合构成。
太阳能采暖系统按集热器类型可分为空气集热器与液体工质集热器太阳能采暖系统；按集热系统运行方式可分为直接式与间接式太阳能采暖系统；按采暖系统蓄热能力可分为短期蓄热与季节蓄热太阳能采暖系统。
随着我国各类建筑节能设计标准的陆续发布，太阳能采暖系统已经被逐渐示范应用。
1.2国内外太阳能采暖工程的发展现状
1.2.1国外应用现状
欧洲、北美对太阳能供热（热水、采暖）系统“solarheating”的工程应用已有几十年历史，过去主要用于单体建筑——“太阳能建筑”和“零能建筑”内的小型系统，但近十余年来，包括区域供热在内的大型太阳能供热采暖综合系统“solarcombisystems”的工程应用有较快发展。
北欧、中欧等主要国家如瑞典、奥地利、丹麦、挪威等国家其综合系统的应用比例已约占全部安装量的50%。
从2000年开始，德国BMBF（联邦教育科技部）和BMWi（联邦经济技术部）实施了太阳能区域供热政府项目——“solarthermie-2000-Part3:
Solarassisteddistrictheating”:
至2003年已建成12个太阳能区域供热示范工程，8座季节蓄热小区热力站和4座短期蓄热小区热力站。
国际能源机构IEA在“太阳能供热制冷”计划中组织完成的“任务26——太阳能供热综合
系统”，编制出版了《太阳能住宅供热综合系统设计手册》——《SolarHeatingSystemsforHouses,ADesignHandbookForSolarCombisystems》:
手册中汇总了19个典型系统、15个工程示例，成为太阳能供热采暖综合利用系统设计的权威工具书。
1.2.2国内应用现状
近年来，随着我国建筑物供热能耗不断下降及太阳能热利用产品性能日益提高，太阳能供热采暖越来越受到人们的重视，相继建成了一些太阳能采暖示范项目，如：
北京平谷新农村建设项目的新农村住宅、河北省唐山迁安市太阳能农村住宅、拉萨火车站等。
但目前已建成试点绝大部分为单体建筑太阳能供热采暖工程，太阳能区域供热采暖（小区热力站）工程还没有应用实践。
我国的太阳能供热采暖工程应用仍处于起步阶段。
在标准和规范方面，国家标准GB5036《4民用建筑太阳能热水系统应用技术规范》已于2006年1月实施；列入2006年工程建筑标准规范制定、修订计划的国家标准《太阳能供热采暖工程技术规范》目前已完成“送审稿”。
2.北京地区太阳能采暖工程应用现状
2.1北京地区太阳能采暖条件
日照条件北京地区属太阳能资源较富区，年日照时数达到2600〜3000小时，年累计太
阳能辐照量达到5400〜6700兆焦/平方米，为北京地区利用太阳能利用提供了有利的自然条件。
建筑条件北京地区现有建筑面积5.2亿平方米，其中住宅建筑3.6亿平方米，非住宅公
共建筑1.6亿平方米。
目前，我国建筑能耗已约占社会终端能耗的1/3，而其中采暖及空调能
耗达到建筑能耗的2/3。
2004年，北京市煤炭消费总量占44.1%，优质能源比重约为54.4%，北京能源结构构成有待优化。
早期建筑没有建筑节能设计标准，能耗较高，在建和即将建设的公用建筑规模也很大，要实现我国建筑节能目标，可再生能源的利用有很大的发展空间，而且任重道远。
政策条件《中华人民共和国可再生能源法》第十七条明确规定：
国家鼓励单位和个人安装和使用太阳能热水系统、太阳能供热采暖和制冷系统、太阳能光伏发电系统等太阳能利用系
统。
从2006年1月1日起，房地产开发企业应当在建筑物的设计和施工中为太阳能利用提供必备条件。
对已建成的建筑物，住户可以在不影响其质量与安全的前提下安装符合技术规范和产品标准的太阳能利用系统，另有约定的除外。
这是我国太阳能采暖推广应用的法律基础。
《北京市“十一五”时期能源发展及节能规划》提出，鼓励太阳能的利用，推广太阳房建设和太阳能热水器的使用，到2010年，实现可再生能源供热面积4000万平方米，约占全市总供热面积的6%。
这是北京地区大力发展太阳能采暖的政策支撑。
《民用建筑太阳能热水系统技术应用规范》和《太阳能供热采暖工程技术规范》是北京推广太阳能采暖的技术依据。
产业条件北京的太阳能产业已有近30年的发展历史，产业基础较好。
目前拥有光热、光电领域从事研发、生产、经营和服务的企事业单位200多家，许多在京企业拥有较先进和成熟的太阳能热利用技术。
2.2主要太阳能采暖工程数据统计
根据本次调研的数据（截至2008年04月份），对北京地区太阳能采暖的工程按建筑物的不同性质进行了分类统计。
其中公共建筑12项，分户民宅21项。
表1:
公共建筑太阳能采暖工程
序号
项目名称
建筑面积
集热面积
建筑围护结构
集热器
类型
辅助类型
建设地点
建设时间
制造商
1
大兴榆垡天普办公楼太阳
356
80
钢架结构
全玻璃
电热辅助
大兴
2006
北京天普太阳能工业
能采暖项目
岩棉保温
真空管
有限公司
2
北京大学地球环境与生态
2000
276
砖混结构
全玻璃
电热辅助
河北省
2007
北京天鸣阳光太阳能
系统试验站采暖项目
外墙保温
真空管
围场
科技有限公司
3
怀柔县能源办公室太阳能采暖项目
384
48
普通砖混
平板集热器
空气源热泵
怀柔
2001
北京九阳实业公司
4
门头沟南辛房老年活动中心太阳能采暖项目
1240
210
砖混外墙保温
平板集热器
电热辅助
门头沟
2007
北京九阳实业公司
5
门头沟潭柘寺村民委员会太阳能采暖项目
1000
162
砖混结构外墙保温
平板集热器
电热辅助
门头沟
2007
北京九阳实业公司
6
大兴振利公司办公楼太阳能采暖项目
500
95
砖混，外墙聚氨酯保温
平板集热器
无
大兴
2002
北京九阳实业公司
7
裕鑫昌建筑老年活动站太阳能采暖项目
223
28
砖混结构外墙保温
平板集热器
电热辅助
平谷
2006
北京九阳实业公司
8
北京清华阳光公司办公楼试点工程
640
164
普通砖混
U型管式真空管
电热辅助
昌平
2003
北京清华阳光公司
9
北京市太阳能研究所办公楼示范工程
3000
655
普通砖混
热管真空管
朝阳
2000
北京市太阳能研究所有限公司
10
中国建筑科学研究院科技园蓄热式太阳能米暖示范工程
9573
.98
140
建材保温
平板集热器
地源热泵
通州
2007
中国建筑科学研究院
11
北京华光太阳能过滤设备
128
20
砖混
平板
电热辅助
昌平
2002
北京华光太阳能过滤
厂
集热器
设备厂
12
北京建筑设计研究院试验房
240
100
砖混
U型管式真空管
电热辅助
丰台区
2001
北京建筑设计研究院
表2：
各类民宅太阳能采暖工程
序号
项目名称
建筑面积
集热面积
建筑围护结构
集热器
类型
辅助类型
建设地点
建设时间
制造商
1
Wehouse别墅太阳能采暖系统项目
500
72
砖混结构外墙保温
热管真空管集热器
燃气锅炉
海淀
2007
北京天鸣阳光太阳能科技有限公司
2
门头沟樱桃沟别墅太阳能热水项目采暖项目（81户）
17172
3888
砖混结构外墙保温
真空管集热器
电加热辅助
门头沟
2006
北京天鸣阳光太阳能科技有限公司
3
昌平南口镇镜之谷别墅区太阳能热水米暖项目
5000
500
砖混结构外墙保温
真空管集热器
电加热辅助
昌平
2008
北京索阳科技有限公司
4
平谷区将军关村太阳能采
暖项目（86户）
14656
1904
砖混结构外墙保温
平板集热
器
生物质锅炉
平谷
2005
昆明新元阳光科技有
限公司
5
平谷区玻璃台村太阳能米
暖项目（68户）
10744
1360
砖混结构外墙保温
热管真空管集热器
生物质锅炉
平谷
2005
北京止兀太阳能安装有限公司
6
平谷区挂甲峪村太阳能米
暖项目（71户）
12425
1988
砖混结构外墙保温
平板集热器
生物质锅炉
平谷
2005
北京市太阳能研究所有限公司
7
平谷区南宅村太阳能采暖
项目（81户）
17658
1555.2
砖混外墙保温
平板集热器
生物质锅炉
平谷
2006
北京九阳实业公司
8
平谷区太平庄村太阳能采
暖项目69户
7659
993.6
空心砌块
保温
平板集热器
生物质锅炉
平谷
2006
北京九阳实业公司
9
平谷区太平庄村二期太阳
能采暖项目（12户）
1764
216
空心砌块保温
平板集热器
生物质锅炉
平谷
2007
北京九阳实业公司
10
平谷区新农村村委会太阳
能采暖项目（10户）
5134
667.6
新型保温建材
平板集热器
生物质锅炉/电
平谷
2007
北京九阳实业公司
11
平谷区新农村示范户太阳
能采暖项目1（162户）
18893
2739.1
空心砌块
保温
平板集热
器
生物质锅炉/电
平谷
2007
北京九阳实业公司
12
平谷区新农村示范户太阳能采暖项目且（312户）
34632
4329
空心砌块
保温
平板集热
器
生物质锅炉/电
平谷
2008
北京九阳实业公司
13
昌平南口农场太阳能采暖项目
174
28
砖混结构外墙保温
平板集热
器
电热辅助
昌平
2007
北京九阳实业公司
14
怀柔渤海镇村公所太阳能采暖项目
240
30
砖混结构外墙保温
平板集热
器
生物质锅炉
怀柔
2006
北京九阳实业公司
15
门头沟鲁家滩民宅太阳能采暖项目
353
30
砖混结构外墙保温
平板集热
器
电加热辅助
门头沟
2006
北京九阳实业公司
16
大兴区安定镇佟营村民宅太阳能采暖项目
198
20
砖混结构外墙保温
平板集热
器
生物质锅炉
大兴
2006
北京九阳实业公司
17
顺义区民宅太阳能采暖项目
206
20
砖混结构外墙保温
平板集热
器
顺义
2007
北京九阳实业公司
18
朝阳垡头民宅太阳能采暖项目
432
57
砖混结构外墙保温
平板集热
器
电加热辅助
朝阳
2007
北京九阳实业公司
19
怀柔民宅太阳能采暖项目
110
22
砖混结构外墙保温
平板集热
器
生物质锅炉
怀柔
2007
北京九阳实业公司
20
房山区民宅太阳能采暖项目
138
20
砖混结构外墙保温
平板集热
器
房山
2007
北京九阳实业公司
21
北京建筑设计研究院试验房
131
10
砖混结构内墙保温
真空管集热器
电
丰台
2001
北京建筑设计研究院
2.3调研情况分析
根据本次调研取得的数据，统计分析如下：
2.3.1北京地区截至2008年4月底累计开工建设太阳能采暖工程的建筑物建筑面积为约16.75万平方米，全部为单体建筑小型太阳能采暖系统，在已建的工程中，办公类建筑1.93万方米，占11.52%，民宅类建筑约14.82万平方米，占88.48%。
2.3.2从建设的区域分布来讲，太阳能采暖工程主要分布在北京周边的郊区县，其中，平谷区由于新民居太阳能采暖工程项目进展较早，因此所占比例最大。
2.3.3从建设的性质来讲，太阳能采暖建设工程大部分为新农村的民居建设，公建使用的面积较小，且多为示范性建设工程。
2.3.4从本次调研统计数据看，在北京地区进行太阳能采暖工程项目建设及试验的单位共有十一家，分别为北京九阳实业公司（以下简称“九阳”）、北京天鸣阳光太阳能科技有限公司（以下简称“天鸣”）、北京市太阳能研究所有限公司（以下简称“北太所”）、北京索阳科技有限公司（以下简称“索阳”）、昆明新元阳光科技有限公司（以下简称“新元”）、北京正元太阳能安装有限公司（以下简称“正元”）、北京天普太阳能工业有限公司（以下简称“天普”）、中国建筑科学研究院空调所（以下简称“建科院”）、北京清华阳光公司（以下简称“清华”）、北京建筑研究院（以下简称“北京建筑院”）、北京华光太阳能过滤设备厂（以下简称“华光”）。
其中“九阳”承建的工程项目数量为最多，其建设的建筑物面积占总面积的54.29%，集热器安装量占总量的50.25%。
2.3.5在已建设的太阳能采暖工程中，有别于目前国内太阳能热水系统中真空管集热器占多数的状况，太阳能采暖工程中目前使用的太阳能集热器类型主要为平板型太阳能集热器，在本次调查的33个项目中，有24个项目采用平板太阳能集热器，6个项目采用真空管集热器（全玻璃或U型管），3个项目为热管真空管集热器，从安装的集热器面积计算，平板集热器的数量约占到目前安装总量的68.23%。
2.3.6从太阳能采暖系统使用的辅助类型来讲，鉴于目前太阳能采暖多应用于新农村的建设项目中，即便是公建建筑也多位于郊区县，因此，辅助能源的应用类型多为生物质燃料炉或电加热辅助。
从本次调查的数据分析来看，北京地区的太阳能采暖技术目前的应用范围主要集中在新农村新民居的建设项目上。
作为社会主义新农村建设的一部分，太阳能采暖技术在广大郊区得到了广泛应用，特别是在新民居建设推广较好的平谷地区。
3．技术现状分析
太阳能采暖技作为一项新技术，在国内的应用处于起步阶段。
经过几年的工程示范应用，一批骨干太阳能企业进行了大量的技术研发，目前在集热器产品、系统设计等方面已有相对稳定的技术，针对于太阳能供热采暖工程的技术规范也已编写完成。
3.1技术概况
从国内各厂家建设的太阳能采暖技术统计看，目前太阳能热水采暖技术以单体建筑太阳能采暖为主，绝大部分为短期蓄热的形式。
太阳能区域供热采暖、跨季节蓄热供暖技术目前已列入“十一五”国家科技支撑计划项目中，中国建筑科学研究院科技园太阳能热水采暖和季节蓄热系统工程已基本完成示范项目建设。
3.2系统设计
运行原理：
太阳能采暖系统中，集热器运行设计全部采用温差循环方式。
其中绝大部分均采用直接循环、排空防冻的技术（典型的如“九阳”公司的太阳能采暖技术），也有与国外技术相类似的防冻液——水间接循环系统技术（如“新元”公司平谷区将军关村太阳能采暖项目）。
目前国内设计的太阳能系统中，储水箱的设计方案有两种：
单水箱太阳能采暖系统及双水箱太阳能采暖系统；单水箱太阳能采暖系统是指在太阳能采暖热水系统中，采暖与热水功能水箱共用一台，采用夹套换热等形式实现功能的区分；双水箱太阳能采暖系统指采暖与热水水箱独立设置，通过系统的阀门切换实现供热功能的转换。
由于单水箱方案较之双水箱方案具有投资低、占用空间小、使用方便等特点，因此，北京地区工程应用中除早期实施工程（平谷区将军关村、玻璃台村）采用双水箱设计方案外，后期实施的工程全部采用了单水箱的太阳能系统设计方案。
3.3系统设备的技术现状
3.3.1集热器
作为太阳能热利用的一个组成部分，太阳能采暖系统采用的集热器类型主要三种：
平板型太阳能集热器、全玻璃真空管太阳能集热器、热管真空管太阳能集热器。
平板集热器结构简单，抗压、抗外力冲击、抗冷热冲击能力强，故障率低，使用寿命长等优点，且易达到与建筑的结合。
真空管及热管集热器则存在着故障率相对较高，使用寿命短，与建筑结合性能不佳等问题。
由于太阳能采暖工程大部分为与建筑相结合的形式，因而对产品的与建筑结合、故障率、使用寿命等性能要求较高，相比于全玻璃真空管及热管真空管太阳能集热器，平板太阳能集热器在这一方面的性能更加优越。
在集热器的热性能方面，尽管平板集热器的保温性能劣于真空管集热器，但由于其有效采光面积要远大于真空管集器，因此，在产水温度与环境温度差值较小的情况下，其热效率要高于真空管集热器。
实验数据表明，在北京地区环境温度0C时，平板集热器的效率高出
真空管集热器约15%。
同时，针对太阳能采暖工程中“非季能源过剩”问题，真空管集热器易发生爆管、真空度降低等问题，而平板集热器则能较容易地解决这一问题。
因此，目前北京地区太阳能采暖工程中，除少部分工程中使用了真空管或热管太阳能集热器外，绝大部分均采用了平板型集热器。
3.3.2储水箱
目前，太阳能采暖系统中储水箱的结构形式不尽相同。
单水箱太阳能采暖系统中，水箱为夹套形式，将采暖与热水进行功能区分。
典型的设计方式如“九阳”的双层套筒式水箱。
此水箱为双层结构，外夹层水为采暖与太阳能集热循环热水，此部分为常压，以满足太阳能集热系统部分的排空等需求。
内套热水水箱为承压式，以满足生活热水的简单供应。
双水箱太阳能采暖系统中，两个水箱为简单的常压开式水箱，结构较为简单。
在防冻液——水间接循环的太阳能集热系统中，水箱设置盘管换热器。
在水箱的制造工艺上，为保证设备的正常使用寿命，目前一般均采用不锈钢或搪瓷的方案。
3.3.3辅助热源
太阳能采暖系统的辅助热源从技术上可采用任何一种常规热源，以弥补太阳能源不稳定的缺陷。
从本次调研的结果看，目前普遍采用较多为生物质、电等清洁能源形式。
辅助能源的设置形式目前一般均按系统进行统一设置，即一套系统设置一套辅助设备，这种方案对于采用生物质等形式较为适合。
对于采用电加热辅助的系统，由于其运行成本较高，部分专业技术人员提出每户按不同区域设置“单体空调”的辅助方案，此方案具有辅助加热启动速度较快的特点，因此对于用热需求间隙性大的用户更为适宜。
从建筑节能的角度考虑，辅助热源的设置除了保证技术上的合理性外，更重要的因素是满足建筑节能的要求。
《公共建筑节能设计标准》中对采用电热锅炉做出了限制规定，太阳能热水采暖系统是以节能为目标，因此，更应严格控制采用电热锅炉作为辅助热源的型式。
3.3.4采暖末端
太阳能集热器属中低温热源设备，因而应针对其效率特性曲线进行供暖散热端的选择，以达到系统的整体高效性。
目前工程普遍采用的为低温地板辐射散热系统，同时也开始建设了部分风机盘管采暖末端的系统。
低温热水热媒的末端系统使太阳能集热系统始终工作在高效率区域。
4.运行状况分析
4.1运行效果
建筑物室内采暖温度在实际使用中，除与太阳能集热器配比面积有关外，还受建筑物建设地点、建筑材料、房屋结构、建筑朝向、居住人口、生活方式等多种主客观因素影响。
即便是同一建筑物，在不同季节其运行效果也不尽相同。
本次调研的数据显示，目前太阳能采暖系统安装的比例范围（太阳能集热面积/建筑面积）基本在1：
6-1：
8，整个采暖季太阳能采暖的平均保证率在20-40%。
根据用户反映，在安装太阳能采暖热水系统后，其耗能量较之以前有大幅降低。
以平谷区太平庄村为例，该村一期工程共计69户新民居示范工程，每户建筑面积111
卅，墙体材料采用金阳砌块，太阳能集热器与房屋建筑面积比为1:
7.7，每户安装“九阳”
平板太阳能集热器14.4m20
通过测试表明，北京地区在气温不是很低的采暖季初期和末期，在不使用辅助能源只启动太阳能集热系统的情况下，房间温度可达到16~18C以上。
在冬季最冷的三个月里，不启动辅助设施的条件下，太阳能采暖房间的平均温度为10-12度，与非采暖房间的温差在10度左右0由辅助加热系统提供少量的能源对太阳能采暖系统进行补充，同样可以达到较佳的取暖效果0
4.2太阳能供暖经济性分析
以北京地区典型的户型，住宅面积为150川，按北京地区建筑节能指标65%建筑平均耗热指标22.5W/卅，采暖季平均保证率取35%,按《太阳能供热采暖工程技术规范》（送审稿）计算，太阳能采暖集热器面积约18平米；［太阳能集热系统效率40%，储水箱及管道热损15%］
4.2.1、太阳能采暖系统的节能费用预评估
按上述配置进行设计，太阳能采暖系统在采暖季（120天）的节能量为11844MJ节能费用：
相对于煤：
原煤的发热量为20.934MJ/kg，按现行市场价约0.9元/kg计，按效率65%计算，则热价为0.066元/MJ;即年节约费用784元；
相对于电采暖：
按0.6元/KWh热效率按90%+算，贝U其热价为：
0.185元/MJ;相对于电加热，其年节能费用约2191元0
4.2.2太阳能系统非采暖季节能量：
太阳能采暖系统在非采暖季的整体得热量为：
29905MJ［太阳能效率50%储水箱管道热损15%］;按居住3人，每人50L/天用水量考虑，实际非采暖季（245天）的最大总耗热量4630MJ［用水温度45度，冷水温度15度］。
即太阳能系统在非采暖季的保证率最少在600/100以上，完全能够满足用户的用水需求。
4.2.3年节能费用预评估
按目前实际用热量考虑，年节能量为16474MJ（折合4576kWh，其节约费用分别为1087元（相对于燃煤）、3048元（相对于电采暖）。
4.2.4太阳能系统费效比针对于太阳能利用系统，目前国际通用的经济性指标为太阳能系统费效比。
太阳能系统
费效比是指太阳能系统寿命期内每节省（替代）1kWh常规能源所需要的总系统增投资。
太阳能热水采暖系统中，设备增量投资在3.0万元左右，使用寿命平板太阳能集热器按30年计算，真空管集热器按15年计算，则太阳能系统费效比：
平板集热器太阳能采暖系统为0.22元/kWh真空管集热器太阳能采暖系统为0.44元/kWh与太阳能光电等其他利用形式相比，经济性较好。
（太阳能并网光伏发电的成本约为2.3元/kWh）。
4.2.5太阳能系统投资回收期预评估
相对于电采暖，太阳能设备的静态投资回收期约为10年；相对于燃煤采暖，其投资回收期大于太阳能系统使用寿命。
此问题主要原因为目前非采暖季太阳能的实际利用率不高。
通过能源的合理分配利用及系统综合技术改进，非采暖季太阳能利用率达到60%时，回收期
则会缩短至5.5年。
4.3太阳能采暖社会效益分析
太阳能采暖系统虽然初投资较大，但其在国家能源结构调整、环境保护、改善农村生活条件及带动农村经济发展等方面具有较高的社会效益。
（1）太阳能采暖系统作为一项新能源的利用技术，符合国家资源节约与环境保护的基本国策
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