圖為五戶連排農宅太陽能供熱采暖實景
圖1 工程項目實景圖
農村住宅利用太陽能供暖與區域氣候、建筑保暖圍護密切相關，本文選擇秦皇島市北戴河區戴河村5 戶相連的民房太陽能供暖工程為例，闡述如何對農村住宅進行太陽能供暖設計和應用。
一、北戴河區太陽能資源
我國北方地區緯度33°N~45°N，經度103°E ～ 120°E為適宜太陽能供暖的地區，北戴河地處北緯39.83°，東經119.48°，屬中緯暖溫帶，年平均氣溫8.8 ～ 11.3℃之間，年平均日照時間在2700 ～ 2850 小時之間，全年日照時數多于6 小時的天數大于300 天，屬于太陽能二類地區，太陽能資源較豐富，適宜利用太陽能為建筑供暖。
二、工程概況
秦皇島市北戴河區戴河村五戶聯排農房的太陽能供暖及自動控制系統，由秦皇島市北戴河蘭德科技有限責任公司在2015 年設計和安裝應用。該項目總建筑面積為539.74 平方米，平均每戶建筑面積為107.66 平方米。供暖系統由40 組雙玻璃真空管組成的集熱單元，1 套控制系統（含遠程監控），1 個2 噸供暖水箱，2 套循環泵組成。系統于2015 年10 月26 日正式投入運行，該項目兩年來農戶沒有加一度電的輔助供暖，冬季室內平均溫度20℃ ±2℃，夏季室內溫度不超過28℃，達到冬暖夏涼的效果并實現了建筑超低能耗。而且由于供暖費用低廉，按照國家規定，秦皇島地區5 個月采暖期前后延長1.5 個月時間，全年供暖期達到6.5 個月，使農戶的住房舒適度大大提高。
五戶村民過去自己買煤供暖，每年每戶平均4 噸需要花費2400 元，五戶共燃燒煤炭20 噸，需要12000 元。現在平均每戶每年循環泵運轉耗電170 度，約合88 元，北戴河蘭德公司收取每戶每年遠程運行費和系統維護費300 元，每戶每年供暖費用支出388 元，每年減少供暖支出2012 元，五戶共計每年減少供暖支出10 060 元。每年減少二氧化碳排放52.8 噸。每戶太陽能供暖系統初投入為3.5 萬元，省政府從大氣污染防治資金中給予每戶補貼1.5 萬元，每戶實際初投入為2 萬元，約9.95 年可回收成本。
本項目在實施前，按照要求對太陽能供暖系統與建筑保溫圍護進行了相結合的科學設計。
1．屋頂防水保溫圍護：
第一步：20mm 厚1 ∶ 3 水泥砂漿找平層
第二步：高分子卷材防水層（FS2 300/m2）
第三步：130mm 厚苯板（20kg/m3）
第四步：1 ∶ 8 水泥焦渣2% 找坡，最薄處20mm
第五步：20mm 厚1 ∶ 3 水泥砂漿找平層
第六步：雙層3mmSBS 改性瀝青卷材防水（第二層卷材帶砂）
第七步： 40mm 厚C20 細石砼保護層，內配鋼絲網。
2．墻體保溫圍護： 20 公斤容重10cm 厚聚乙烯阻燃苯板。
3．窗戶保溫圍護：塑鋼單玻平開雙層窗。
4．采用低溫熱水地板輻射方式（俗稱地暖）作為供暖終端，供暖主管道采用下進上回同程式系統，保證熱量合理分配，均勻釋放。
5．入戶門做塑鋼風斗。
四、太陽能供熱采暖系統工作原理
戴河村五戶聯排太陽能供熱采暖系統共配置集熱單元40 組，選用水作為循環工質。集熱單元之間由結節連接，若干個集熱單元通過串聯的方式與供暖水箱的太陽能熱水端連接。供暖水箱太陽能冷水端連接集熱循環水泵P1，再連接逆止閥與集熱單元的另一端連接構成一路循環系統。
另一路循環系統通過水泵P2 將供暖水箱中的熱水循環至建筑物內供暖終端PPR 地盤管，從而把熱量導入建筑物內，使建筑物內溫度達到設計的要求。工作原理及工質流向如下圖：
圖2 工作原理及工質流向
五、蘭德公司太陽能供暖及自動控制系統的關鍵技術
1．建筑物與太陽能采暖系統一體化的科學設計方法，實現供暖、保溫、投資和運行費用、 居住舒適度的最優化。
2．系統利用智能傳感器、總線通訊、自動控制和物聯網技術實現了系統的全自動控制、遠程監控、無人值守。
3．解決了炸管、凍管、跑水等問題，確保系統可靠運行。
4．綜合設計系統的儲能、熱量合理分配和均勻釋放，解決了太陽能供暖的溫差變化大的問題。
5．系統具有應對極端天氣的能力。
6．應用價格相對低廉、熱轉換效率高的真空玻璃太陽能集熱管，利用先進的控制技術克服了其可靠性差的缺陷，提高了整個系統的性能價格比，以利于大范圍推廣應用。
7．太陽能供熱采暖物聯網遠程監控平臺。
戴河村五戶聯排太陽能供熱采暖系統在BZ9200 控制系統的基礎上配備了物聯網遠程監控平臺，該平臺是一套基于Windows 的操作系統，具有對若干建筑物太陽能供暖系統的數據采集、系統運行狀態實時顯示、歷史數據存儲、報警閾值設定、報警等功能的計算機上位機軟件，它依托蘭德科技公司研發生產的太陽能供暖及自動化控制系統、底層無線局域網以及無線傳輸系統對太陽能供暖運行系統進行數據采集，通過物聯網將所采集的數據發送至本項目軟件平臺，從而對應用太陽能供暖建筑的客戶群供暖狀況進行實時監控。平臺可以在遠程精確地獲得該供暖系統數據，依據數據來判斷故障并處理。同時將該平臺的功能通過專門的軟件使我公司太陽能供暖運營部的工程師手機客戶端具有與服務器平臺相同的功能，運營工程師也可用手機晝夜監視供暖系統狀況，方便供暖系統運營的管理和控制，確保供暖系統更加穩定可靠運行，保障優良的售后服務，減少人力、物力、財力支出。目前在國內，這種太陽能供暖遠程運行管理模式全國屬于首例，技術水平國內先進，遠程運行管理模式國內首創，屬于典型的物聯網+ 系統，實現了企業經營模式上的創新。
2013 年3 月，由河北省住房和城鄉建設廳邀請國內相關專家組成鑒定委員會，對秦皇島市北戴河蘭德科技有限責任公司完成的“太陽能供暖及自動控制系統”項目進行科技成果鑒定。結論為“該課題研究實用性強，具有創新性，符合國家節能減排政策，社會、環境和經濟效益顯著，推廣應用前景廣闊，成果居國內領先水平。”2014 年被河北省住建廳評為科技進步一等獎。
圖3 獲獎證書
農村住宅太陽能供熱采暖的應用及設計提高了農民居住質量，推進了社會主義美麗新農村建設，實現了農村住宅供暖“零”碳排放，為農村低碳社區建設提供有力保障。
