太阳能热水采暖工程项目实施方案.doc

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太原市古太原县城太阳能热水采暖
集成示范系统实施方案

北京中清阳明太阳能光伏光热科技有限公司
二〇一二年十月

一、 项目概况
太原市古太原县城总占地面积27平方公里，前期在改造及修缮的基础上，实现千年古城与时代同步的科技理念，把新技术新产品应用在古城改造项目上，达到经济效益和社会效益最大化，起到示范推广的目的。
2012年10月16日，中清阳明公司对该项目状况进行了实地考查和调研。古城民宅采暖期为每年11月15日至第二年3月15日，共120天，非采暖期240天，民宅冬季采暖是采用燃煤进行采暖。
通过调研与太原市科技局研究协商，我公司确定以晋源区古县城北后街46号民居东厢房和东大街114号民居东厢房两栋建筑物为太阳能热水采暖示范项目。

图1北后街46号民居东厢房 图2北后街46号民居内部情况

图3东大街114号民居东厢房 图4东大街114号民居房顶情况
二、项目实施的目的、意义及必要性
1、 项目实施的目的
通过项目的实施，大幅提高太阳能集热系统在全年的使用率，实现在满足建筑物热环境和人体舒适度的前提下，最大限度地利用太阳能，进一步减少对常规能源的消耗，进一步减少二氧化碳排放的目的。
2、项目实施的意义
（1）通过本项目的实施，将建成太阳能热水和采暖集成系统；从而大大提高太阳能集热系统在全年的使用率。
（2）利用太阳能集成系统给建筑物冬季采暖、非采暖期供应生活热水及洗浴，这将进一步提升太阳能系统全年的节能减排效益。
（3）项目实施后将在太阳能热水采暖集成技术的应用上起到更好的示范带动作用。项目验收后，可在山西省学校、医院及民宅学推广使用。
3、 项目实施的必要性
在太原地区学校、医院及民宅，采暖、热水和饮用水供应等要求是学校建筑物必备的基本功能。利用太阳能与辅助能源相结合来提供这些功能，达到全年最大限度使用太阳能和节能减排的目的。我们深感项目实施的必要性如下。
（1）在冬季，利用太阳能采暖技术可将太阳能系统采集的能量用来给建筑物供暖，减少现有的燃煤锅炉对常规能源的消耗和二氧化碳的排放量。
（2）太阳能供热采暖集成系统，采用智能控制技术对其运行进行自动控制，其突出的优点一是达到将太阳能给各个用能端所需能量的合理、均衡分配的目的；二是达到自动依据天气状况来改变能量供给的目的；三是达到系统自动运行，减少工作人员对系统操作的工作量。总的效果就是实现自动调节系统运行、最大限度利用太阳能。
三、项目实施的技术方案与内容
项目的总的技术方案是，首先将民宅供暖方式采用地板辐射采暖，提高太阳能保证率，利用智能控制设备对整体系统进行有效控制，使用智能变频节能电采暖器为太阳能集成系统在太阳能不足的时候为建筑物补充热源。
1、项目设计原则：
1）在民宅在屋顶安装太阳能集热器，对房间供暖及提供生活热水和洗浴，辅助热源采用智能变频节能电采暖器。
2）太阳能集热器采用热管式真空管。
3）太阳能热水和采暖系统采用智能控制器自动控制运行。
4）供热采暖期建筑物内温度满足国家标准（16℃）
5）非采暖期提供生活热水和洗浴热水
2、设计原始资料
1）地理座标：采用太原市的地理座标。北纬37°47′，东经112°33′，海拔778.3m。
2）气象资料：采用太原市的气象资料。年平均环境温度10.0℃，年平均每日的日照小时数7.1小时，年总日照小时数2587.7小时，太阳能保证率推荐值为40%～50%；水平面年平均日太阳辐照量14.394MJ/(m2·d),水平面年总太阳辐照量5259.107MJ/(m2·a)。
3）建筑物情况
北后街46号民居东厢房：建筑物南北向布置，座东朝西。建筑物轴线尺寸南北长16.5m，布置5间，开间3.3m；东西宽6m，房间进深5.1m，走廊0.9m；建筑面积约为100m2。建筑结构形式为砖混结构。
在紧邻建筑物北山墙处有2.7x6m的空间，可以作为设备间用。
北后街114号民居东厢房：建筑物南北向布置，座东朝西。建筑物轴线尺寸南北长15.6m，布置两间，开间7.8m；东西宽5m，房间进深4.2m，走廊0.8m；建筑面积约为95m2。建筑结构形式为砖混结构。
在紧邻建筑物南山墙处有6 m2的空间，及紧邻建筑物东侧有2.5x10m空间，可以作为设备间用。
3、采暖供热负荷
1）冬季采暖负荷
根据《供暖通风设计手册》山西太原地区冬季室外采暖计算温度-12°C，室内采暖计算温度16~18°C，根据《城市热力网设计规范》CJJ34-2002，该建筑为不节能建筑，采暖估算单位热指标取80w，冬季采暖计算热负荷为：
北后街46号民居东厢房 8000w
北后街114号民居东厢房 7600w
2）热水供应
考虑居民住户热水使用情况，厨房设置一个热水龙头，卫生间设置一个淋浴器供洗浴，两处用水均为不同时，最大连续小时热水用水量540L/h（40°C热水），折算为耗热量为16.2kW,(按自来水10°C计算)，实际热水供应为不连续间断供应。
4、设计方案
4.1 系统设计原则及供热介质参数确定
屋顶布置太阳能集热器系统；设备间设置太阳能储热水箱、采暖水箱、生活热水箱，换热及采暖热循环采用水箱内置铜管换热器及水泵循环方式，热水供应采用架空布置高位生活热水箱。
采暖方式采用地板辐射采暖系统，供回水温度40~30°C。
生活热水设计温度40~50°C。
控制方式采用带触摸屏的人机界面智能控制系统。
4.2 屋顶太阳能集热系统
1）太阳集热器的设计选型
太阳能集热器管采用热管真空管太阳集热器，规格为CE70/1900A-20,即每组太阳集热器由20支Φ70×1900热管真空集热管组成，净采光面积为2.28m2/组。太阳集热器的外形尺寸2140×1990mm。
2）屋面太阳集热器的布置设计
（a）北后街46号民居东厢房：集热器倾角设计为50°，集热器前后不相互遮挡的距离为3450mm。屋面设计考虑南北向布置，安装4排太阳集热器，每排由2组太阳集热器组成。太阳集热器的总数量为4排×2组/排=8组，总的净采光面积Ac=8组×2.28m2/组=18.24m2。
（b）北后街114号民居东厢房：前两排集热器倾角设计为38°，集热器前后不相互遮挡的距离为2274mm；后两排集热器倾角设计为50°，集热器前后不相互遮挡的距离为3450mm。屋面设计考虑南北向布置，安装4排太阳集热器，每排由2组太阳集热器组成。太阳集热器的总数量为4排×2组/排=8组，总的净采光面积Ac=8组×2.28m2/组=18.24m2。
3）集热器阵列表面太阳辐照量计算结果

a、当集热器倾角为38°时：
月份
一月
二月
三月
四月
五月
六月
七月
八月
九月
十月
十一月
十二月
月平均日太阳辐照量MJ/(m2·d)
12.563
14.492
15.170
17.820
17.847
17.208
16.526
16.185
15.647
14.093
12.138
11.024

b、当集热器倾角为50°时：
月份
一月
二月
三月
四月
五月
六月
七月
八月
九月
十月
十一月
十二月
月平均日太阳辐照量MJ/(m2·d)
13.0780
14.671
14.775
16.753
16.307
15.530
15.013
15.036
15.050
14.072
12.514
11.518
4.3 设备间主要设备选型计算
1) 储热水箱容积确定
根据上节设计计算储热热水箱46号院容积为2m3，114号院容积为1.8m3。
2) 采暖热水箱容积及换热器容量确定
根据《工业锅炉房设计手册》，经计算，北后街46号民居东厢房
项目设计采暖热水循环流量为756.8kg/h，北后街114号民居东厢房 项目设计采暖热水循环流量为718.96kg/h。
两个项目采暖热水箱选型：均选用组合式不锈钢肋板水箱，详见03R401-2,1#，V有效=0.84m3，LxBxH=1000x1000x1220（mm）。
水箱内置铜管换热器，容量8000w。
3）生活热水箱容积确定
按连续使用热水量540L/h（40~50°C）考虑，生活热水箱容积约0.5m3，选用组合式不锈钢肋板水箱，参见03R401-2, LxBxH=800x800x1000（mm），V有效=0.54m3。
因根据城乡居民生活习惯，生活热水不是连续使用，考虑生活热水箱具一定储备容量，所以，生活热水不考虑辅助能源，水箱内不设置铜管换热器。
4）采暖辅助能源选型
根据计算两个项目采暖设计热负荷分别为8000w、7600w，选用智能变频节能采暖器，型号G-8000，N=8000w。
4.4 采暖形式
房间采暖采用地板辐射采暖系统，采暖供回水温度30~40°C，水泵强制循环，管材采用de20的PE-X管。
4.5 系统集成
详见原则性系统图。

太阳能供热采暖系统由以下四部分组成：
（1）屋面太阳能集热系统，由真空管热管太阳集热器采用管道串联组成，设支架支撑并与屋面固定连接。
（2）设备间，设置有太阳能储热水箱、采暖水箱、生活热水箱、换热循环泵、采暖循环泵、辅助智能变频采暖器。生活热水箱架空布置，热水供应可不设置供水泵。水箱内设置铜管换热器。
（3）地板辐射采暖系统，住户房间采暖采用地板辐射采暖系统。
（4）配电及控制系统，外接电源由用户配套提供。
四、项目的系统运行技术方案
1、项目实施后的集成系统，在智能控制器的控制下进行自动运行。智能控制器的控制原理如下图。

2、集成系统运行时的技术方案如下：
将集成系统的运行总体划分为“冬季供热采暖”、和“非采暖降温”这两种大的工况，并由智能控制器来自动识别并控制系统进入相应的工况运行。
（1）当系统处于“冬季供热采暖”工况时，采暖用热水自动进入采暖系统中，来给建筑物供暖；不足部分由已安装的燃煤锅炉及集中式空调机组解决。智能控制器是从以下四个方面来保证实现最大限度利用太阳能进行采暖的。
1）将一天24小时简单地划分为白天晴天、白天阴雪天和夜间三种情况 ，并能对这三种情况进行自动识别，依据识别结果自动控制采暖系统进入相应的供暖状态，这样一来，就在很大程度上解决了所有供暖系统无法克服的因一天内天气的变化而造成的要么供热量不足要么供热量太大的弊病，从而达到既满足舒适度要求又节约供暖能量的目的；
2）自动控制系统的控制模式遵循太阳能供热优先原则，只要太阳能系统得到的或储存的热量能满足供暖要求，则燃煤锅炉及空调系统不会启动；这从另一个方面又达到了最大限度利用太阳能而减少常规能电能消耗的目的；
3）自动控制系统遵循的太阳能优先供热原则，最大限度地降低了太阳能集热系统循环工质的温度，使集热器系统总是在温度较低工作段运行，提高了集热系统的光—热转换效率，从而又达到最大限度利用太阳能的目的；
4）自动控制系统中的供热参数设置、修改非常方便，以适应不同月份、不同天气状况的供暖控制要求。
（2）当系统处于“非采暖降温”工况时，智能控制器控制系统只产出生活用热水及洗浴热水，而不进行采暖。
五、项目组织实施与管理措施
项目组织实施的具体方案以及项目管理措施
1、组织形式
为确保改造项目的顺利实施，中清阳明公司建立了一套完善的项目组织管理和运行机制。
1）项目领导小组
由公司的主要领导组成，主要负责各部门及小组间的沟通协调和项目重大问题的决策。同时建立了例会制度并定期召开。
2）专家顾问组
由公司技术专家与国内相关领域的专家共同组成，负责总体方案论证、关键技术咨询、成果评估等工作。
3）总体技术组
组长为总项目负责人，负责重大关键问题及共性技术问题的研究、解决，及设备的最终选定和采购。总体技术组负责项目的实施指导、进度检查和成果验收；负责项目管理方式和运行机制的制定和执行；领导和协调各技术小组的相互沟通，检查工作计划和工作成果；负责考核项目具体任务的执行情况，作好对项目的进度检查和成果验收。
4）技术小组
由公司各领域的技术专家分头组成，小组成员分别对各自的技术工作负责。向总体技术组提出各自领域的技术方法和设备选型，为项目各项实施内容的关键技术提供解决方案。
5）项目办公室
由项目经理牵头，负责项目组织、安排、施工与后勤保障等工作。
6）成果资料组
负责施工资料的收集与管理；项目阶段性成果的整理与提交；项目各项文档的管理与归档；项目最终成果的整理、存档与提交等工作。
2、项目管理原则
为加强项目计划的统一管理，确保项目任务按时完成，拟采取以下项目管理措施：
首先，制定项目管理条例，明确各工作组职能和工作方法。其次，制定项目施工计划及经费开支计划，定期检查，发现问题，及时处理。另外，加强公司各工作小组之间的合作，及时协调工作中出现的各种问题并加以解决。同时，按照以下基本原则实施项目管理：
（1）分工明确、矩阵式管理：明确项目组织形式，确定各工作小组的任务，建立项目工作包任务与完成人员定向矩阵关系。建立完善的内部检查监督制度，并配合各专题专家作好项目执行计划的有效监督。
（2）任务合同制、过程式管理：项目进展和质量管理都实现合同约束下的动态管理。根据研究合同的执行情况，对经费支出作出具体决定。对任务执行实行严格的过程式管理，建立并完善流程式的时间质量管理体制。
（3）任务分工、系统协作：在项目实施过程中，各工作小组在分工明确的前提下，联合协作，确保整体项目的顺利实施。
3、项目运行管理机制及保障措施
（1）组织的建立
根据项目的专业特点下设调研组、设备采购组、开发组、测试组，设立项目技术总监1名，实时检查监督项目进度、人员调配和各项目组之间的合作和协调。本公司坚持严格管理、狠抓落实的政策，制定了严格详细的管理制度，对在公司内部形成团结合作、齐心协同的工作氛围打下了良好的基础。公司下设处理部、解释部、研发部、市场部等。科研和生产均按项目由公司统一管理，并对项目运作和质量进行全面负责。
公司按照ISO9001：2000标准制定工作流程，并建立起一整套的管理规章制度，包括《财务管理制度》、《工作规章制度》、《保密制度》、《奖惩制度》、《人事制度》、《资料管理制度》、《销售业务管理制度》、《工程项目管理制度》、《售后服务条例》、《文件控制程序》、《质量记录控制程序》、《管理评审控制程序》、《设计和开发控制程序》、《采购控制程序》、《内部审核控制程序》、《不合格品控制程序》、《改进控制程序》等程序文件，并由综合行政部严格按照《质量手册》规定的工作流程进行监督实施。实施过程中要求技术人员逐步完成各项技术文档，并按照要求完成审批工作，文档要定期汇总。同时建立了项目技术人员的工作日志制度，根据设定节点定期汇报工作情况。
（2）组织目标的分解
根据组织分工和项目目标，对各个项目组的任务目标进行分解，同时，项目组内部将任务按专业和进度落实到个人，根据研发的目标和进度，拟定人力、物力、财力的投入计划和方案。
（3）计划的实施和控制
以周为单位举行定期科研例会，对项目组和个人工作进展情况以及人、财、物的投入情况进行汇总，与各阶段的相关目标进行对比，对任务的完成情况进行总结和分析。特别是对未完成的任务，要根据进展情况认真分析，找出原因，对下一阶段的目标进行调整。
六、项目起止年限、各阶段目标及施工计划
阶段划分
分阶段目标和实施内容
2012年8月30日-10月10日
集成系统设计、智能控制器设计、测试方案制定；专家论证，智能控制器生产。
2012年10月11日-12月20日
根据最终设计图纸完成集热系统、储热系统及建筑物、设备间、辅助热源系统改造，完成智能控制器安装调试。
2012年12月21日-2013年1月20日
系统运行测试分析，完成系统改进。将智能控制器的控制功能完善为对热水、采暖集成系统的控制。
2013年2月-2013年12月
以一个年度为周期，完成冬季采暖期、非采暖期集成系统的
性能测试与分析；撰写、整理技术资料、项目验收。由主管
单位提出进一步推广的意见和建议。

七、项目实施费用 单位：元
项目实施内容及价格
（1）北后街46号民居东厢房
序号
名称
内 容
价格
备注
一
设备、材料及安装费类
功能说明
381000.00

1
集热系统及安装
CE70/1900A-20,即每组太阳集热器由20支Φ70×1900热管真空集热管共8组
145000.00

2
自动控制系统及太阳能智能控制器
●便捷的人机界面操作；
●实时监测并控制太阳能系统、供热采暖系统的运行；
●自动确定系统工作状态（冬季供热采暖、非采暖期供热两种工作状态）；
●根据不同天气情况，自动识别工作模式（分晴天、阴雪天、夜晚时段三种工作模式）；
●根据设定参数与控制算法，对系统进行全面的自动化控制，实现整个系统的合理高效运行；
●实时显示系统运行状态与故障状态；
●远程故障监测与系统控制；

95000.00

4
地暖工程
地板辐射采暖系统（含一层防潮层、保温层、管道层、水泥砂浆找平层、装饰层），综合单位造价180元/m2；（含龙骨，装饰层采用复合地板板）

28000.00

5
储热系统
太阳能储热水箱，采暖供热水箱，生活水箱，.热交换器；各类循环水泵等
40000.00

6
辅助热源及配电系统改造
智能变频节能电采暖器，配电系统接入8000w
37500.00

7
辅材
批次
10500.00

8
设备间改造和管路系统安装
储热系统安装及设备间改造
25000.00

二
费用类

26356.00

1
安装调试费

套
1
8000.00

2
运输费

套
1
2000.00

3
维护及测试费

套
1
12000.00

4
税金
6.6%

4356.00

共计
407356.00

（2）东大街114号民居东厢房
序号
名称
内 容
价格
备注
一
设备、材料及安装费
功能说明
379600.00

1
集热系统及安装
CE70/1900A-20,即每组太阳集热器由20支Φ70×1900热管真空集热管共8组
145000.00

2
自动控制系统及太阳能智能控制器
●便捷的人机界面操作；
●实时监测并控制太阳能系统、供热采暖系统的运行；
●自动确定系统工作状态（冬季供热采暖、非采暖期供热两种工作状态）；
●根据不同天气情况，自动识别工作模式（分晴天、阴雪天、夜晚时段三种工作模式）；
●根据设定参数与控制算法，对系统进行全面的自动化控制，实现整个系统的合理高效运行；
●实时显示系统运行状态与故障状态；
●远程故障监测与系统控制；

95000.00

4
地暖工程
地板辐射采暖系统（含一层防潮层、保温层、管道层、水泥砂浆找平层、装饰层），综合单位造价180元/m2；（含龙骨，装饰层采用复合地板板）

27100.00

5
储热系统
太阳能储热水箱；采暖供热水箱，生活水箱，.热交换器；各类循环水泵等
40000.00

6
辅助热源及配电系统改造
智能变频节能电采暖器，配电系统接入8000w
37500.00

7
辅材
批次
10000.00

8
设备间改造和管路系统安装
储热系统安装及设备间改造
25000.00

二
费用类

20130.00

1
安装调试费

套
1
8000

2
运输费

套
1
2000

3
维护及测试费

套
1
6500

4
税金
6.6%

3630

共计
399730.00
项目总计价格：807086.00元
八、推广模式
通过政府补贴，使用单位和用户自筹部分资金。实现太阳能应用的推广，达到节能减排的目的。
九、项目经济社会效益分析
1、经济和环境效益预测
项目实施完成后，形成的太阳能热水和采暖制成系统，将大大提高系统在全年的太阳能使用率，进一步提高太阳能年平均保证率，为学校、医院和民宅节约的电能。在古城形成规模效应，有效的改善生态环境，达到节能减排的目的。太阳能集热器件的平均寿命期限为15年，使用智能控制器能提高集热器件寿命5年时间。
项目经济效益
1）与电采暖方式比较，项目投资回收年限：6-9年；主要设备寿命按25年考虑，有一定的经济效益。
2）运行维护，采用控制采用自动控制系统，人机界面为触摸屏及按钮，几乎没有运行维护工作量。
2、社会效益
全球变暖和能源耗尽是全人类面临的严峻挑战。随着我国经济的高速发展，环境保护和能源节约已成为刻不容缓的紧迫使命。发展新能源技术已成为世界科学技术发展的潮流。太阳能技术作为新能源领域中的中坚，受到世界科学技术领域的广泛重视。
社会及环保效益
（a）采暖期平均太阳能节能率（保证率）：50%；
（b）全年平均太阳能节能率（保证率）：65%；
（c）采暖期智能控制运行模式的节能率：20%；
（d）全年常规能源替代量（折标准煤）：4158.12kg/a；
（e）年二氧化碳减排量：10.27t/a；
3.结论
通过以上分析，该示范项目投资回收期可控制在设备全寿命周期范围内，具有一定的工程经济效益；采用太阳能供热采暖节能减排，环保效益十分显著；通过示范总结经验，大面积推广，解决居民的冬季采暖问题，可大大提高城乡居民的生活质量，提高城乡社区居民幸福指数，所以具有一定的社会效益。
项目实施完成后，将对太阳能供热采暖集成技术在古太原县城这一特殊环境中的推广使用，起到很好的示范带动作用；将对社会各界人士在新能源利用知识的理解和教育方面起到很好的实际演示作用，进一步加强他们对节能减排重要性的理解和认识。通过改造后集成系统的运行、测试和评估工作，为集成系统的进一步推广和使用打下良好的技术基础。

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