作者：秦皇岛市北戴河兰德科技有限公司/石晓慧
近年来随着我国对绿色建筑的推广，低能耗、超低能耗、零能耗的建筑理念不断深入人心，而有效利用可再生能源是实现超低能耗和节能减排的重要途径。太阳能作为可再生能源的一种，取之不尽，用之不竭，同时又不会增加环境负荷。因此，太阳能供暖行业的产业化升级对破解北方“供暖性雾霾”意义重大，将成为未来能源结构中的重要组成部分。由于农村住宅相对分散、密度低，不宜采用投资大、维护水平高的集中供暖模式，而传统的燃煤取暖方式又存在效率低、污染环境、费用较高等问题，所以在农村推广安全环保、运营费用低的太阳能采暖系统符合新农村建设的客观要求。太阳能采暖作为新民居建设的一项内容，对于节能环保、改善广大农村农民居住生活条件，建设美丽乡村都将起到积极作用。
图为五户连排农宅太阳能供热采暖实景
图1工程项目实景图
农村住宅利用太阳能供暖与区域气候、建筑保暖围护密切相关，本文选择秦皇岛市北戴河区戴河村5户相连的民房太阳能供暖工程为例，阐述如何对农村住宅进行太阳能供暖设计和应用。
一、北戴河区太阳能资源
我国北方地区纬度33°N~45°N，经度103°E～120°E为适宜太阳能供暖的地区，北戴河地处北纬39.83°，东经119.48°，属中纬暖温带，年平均气温8.8～11.3℃之间，年平均日照时间在2700～2850小时之间，全年日照时数多于6小时的天数大于300天，属于太阳能二类地区，太阳能资源较丰富，适宜利用太阳能为建筑供暖。
二、工程概况
秦皇岛市北戴河区戴河村五户联排农房的太阳能供暖及自动控制系统，由秦皇岛市北戴河兰德科技有限责任公司在2015年设计和安装应用。该项目总建筑面积为539.74平方米，平均每户建筑面积为107.66平方米。供暖系统由40组双玻璃真空管组成的集热单元，1套控制系统（含远程监控），1个2吨供暖水箱，2套循环泵组成。系统于2015年10月26日正式投入运行，该项目两年来农户没有加一度电的辅助供暖，冬季室内平均温度20℃±2℃，夏季室内温度不超过28℃，达到冬暖夏凉的效果并实现了建筑超低能耗。而且由于供暖费用低廉，按照国家规定，秦皇岛地区5个月采暖期前后延长1.5个月时间，全年供暖期达到6.5个月，使农户的住房舒适度大大提高。
五户村民过去自己买煤供暖，每年每户平均4吨需要花费2400元，五户共燃烧煤炭20吨，需要12000元。现在平均每户每年循环泵运转耗电170度，约合88元，北戴河兰德公司收取每户每年远程运行费和系统维护费300元，每户每年供暖费用支出388元，每年减少供暖支出2012元，五户共计每年减少供暖支出10060元。每年减少二氧化碳排放52.8吨。每户太阳能供暖系统初投入为3.5万元，省政府从大气污染防治资金中给予每户补贴1.5万元，每户实际初投入为2万元，约9.95年可回收成本。
三、太阳能供暖系统与建筑保温围护系统设计
本项目在实施前，按照要求对太阳能供暖系统与建筑保温围护进行了相结合的科学设计。
1．屋顶防水保温围护：
第一步：20mm厚1∶3水泥砂浆找平层
第二步：高分子卷材防水层（FS2300/m2）
第三步：130mm厚苯板（20kg/m3）
第四步：1∶8水泥焦渣2%找坡，最薄处20mm
第五步：20mm厚1∶3水泥砂浆找平层
第六步：双层3mmSBS改性沥青卷材防水（第二层卷材带砂）
第七步：40mm厚C20细石砼保护层，内配钢丝网。
2．墙体保温围护：20公斤容重10cm厚聚乙烯阻燃苯板。
3．窗户保温围护：塑钢单玻平开双层窗。
4．采用低温热水地板辐射方式（俗称地暖）作为供暖终端，供暖主管道采用下进上回同程式系统，保证热量合理分配，均匀释放。
5．入户门做塑钢风斗。
四、太阳能供热采暖系统工作原理
戴河村五户联排太阳能供热采暖系统共配置集热单元40组，选用水作为循环工质。集热单元之间由结节连接，若干个集热单元通过串联的方式与供暖水箱的太阳能热水端连接。供暖水箱太阳能冷水端连接集热循环水泵P1，再连接逆止阀与集热单元的另一端连接构成一路循环系统。
另一路循环系统通过水泵P2将供暖水箱中的热水循环至建筑物内供暖终端PPR地盘管，从而把热量导入建筑物内，使建筑物内温度达到设计的要求。工作原理及工质流向如下图：
图2工作原理及工质流向
五、兰德公司太阳能供暖及自动控制系统的关键技术
1．建筑物与太阳能采暖系统一体化的科学设计方法，实现供暖、保温、投资和运行费用、居住舒适度的最优化。
2．系统利用智能传感器、总线通讯、自动控制和物联网技术实现了系统的全自动控制、远程监控、无人值守。
3．解决了炸管、冻管、跑水等问题，确保系统可靠运行。
4．综合设计系统的储能、热量合理分配和均匀释放，解决了太阳能供暖的温差变化大的问题。
5．系统具有应对极端天气的能力。
6．应用价格相对低廉、热转换效率高的真空玻璃太阳能集热管，利用先进的控制技术克服了其可靠性差的缺陷，提高了整个系统的性能价格比，以利于大范围推广应用。
7．太阳能供热采暖物联网远程监控平台。
戴河村五户联排太阳能供热采暖系统在BZ9200控制系统的基础上配备了物联网远程监控平台，该平台是一套基于Windows的操作系统，具有对若干建筑物太阳能供暖系统的数据采集、系统运行状态实时显示、历史数据存储、报警阈值设定、报警等功能的计算机上位机软件，它依托兰德科技公司研发生产的太阳能供暖及自动化控制系统、底层无线局域网以及无线传输系统对太阳能供暖运行系统进行数据采集，通过物联网将所采集的数据发送至本项目软件平台，从而对应用太阳能供暖建筑的客户群供暖状况进行实时监控。平台可以在远程精确地获得该供暖系统数据，依据数据来判断故障并处理。同时将该平台的功能通过专门的软件使我公司太阳能供暖运营部的工程师手机客户端具有与服务器平台相同的功能，运营工程师也可用手机昼夜监视供暖系统状况，方便供暖系统运营的管理和控制，确保供暖系统更加稳定可靠运行，保障优良的售后服务，减少人力、物力、财力支出。目前在国内，这种太阳能供暖远程运行管理模式全国属于首例，技术水平国内先进，远程运行管理模式国内首创，属于典型的物联网+系统，实现了企业经营模式上的创新。
2013年3月，由河北省住房和城乡建设厅邀请国内相关专家组成鉴定委员会，对秦皇岛市北戴河兰德科技有限责任公司完成的“太阳能供暖及自动控制系统”项目进行科技成果鉴定。结论为“该课题研究实用性强，具有创新性，符合国家节能减排政策，社会、环境和经济效益显著，推广应用前景广阔，成果居国内领先水平。”2014年被河北省住建厅评为科技进步一等奖。
图3获奖证书
农村住宅太阳能供热采暖的应用及设计提高了农民居住质量，推进了社会主义美丽新农村建设，实现了农村住宅供暖“零”碳排放，为农村低碳社区建设提供有力保障。
