石城鎮(zhèn)桃花地新村建筑為單體獨(dú)棟住宅，共 45 棟，每棟 2 層，采暖面積 200 平方米左右。該建筑的圍護(hù)結(jié)構(gòu)較好、保暖性能良好；屋面為坡屋頂，主體朝向為正南方向，采光條件良好，適宜于安裝太陽能集熱器。 

       本項目建筑形式為二層，由于受屋頂安裝面積限制，每戶只能安裝 18 ㎡平板集熱器，冬季為住戶一層提供地板低溫輻射采暖，太陽能實(shí)際功能面積 100 平方米，達(dá)到部分節(jié)能的目的。春夏秋季為用戶提供充足的生活熱水。除了連續(xù)陰天等不利氣象條件，太陽能系統(tǒng)可以完全滿足三季生活熱水的需要。當(dāng)太陽能不能滿足需求時，輔助熱源電加熱滿足用能要求。建筑二層的采暖根據(jù)需要使用空調(diào)解決。 

       北京山區(qū)氣候環(huán)境條件：北京地處北緯 39048，冬季月日照小時數(shù) 201h，冬季平均日太陽能輻照量 4479W/m2，環(huán)境溫度：11-3 月平均氣溫-1.6℃，冬季極端日平均氣溫-9℃，最低溫度-15℃，北京山區(qū)村鎮(zhèn)冬季溫度更低，極端天氣最低溫度達(dá)-27.4℃。 

       由于受屋頂安裝面積限制，冬季太陽能供熱采暖系統(tǒng)只能為住戶一層提供地板低溫輻射采暖，采暖面積為 100 ㎡。設(shè)計參數(shù)如下： 

       （1）供暖面積：100 ㎡。 

       （2）采暖設(shè)計熱負(fù)荷指標(biāo)：80W/㎡，采暖期內(nèi)平均建筑物日耗熱量指標(biāo)：40W/㎡，低谷電時段建筑物耗熱量指標(biāo)：30W/㎡。 

       （3）供暖季天數(shù)：120 天。 

       （4）太陽能供水溫度 40℃，不足熱量經(jīng)輔助熱源補(bǔ)充，谷電蓄熱溫度 85℃。 

       （5）室內(nèi)設(shè)計溫度：16℃ 

       （6）太陽能保證率：30% 

       （7）供暖季太陽能集熱器平均集熱效率：40% 

       （8）供暖季日均太陽輻射量：15.72 (MJ/㎡·日) 

       （9）系統(tǒng)熱損失：0.2  

       （10）戶內(nèi)供電總量 9KW 以內(nèi) 

       圖 1 給出了密云石城鎮(zhèn)太陽能供熱采暖系統(tǒng)的原理示意圖。該系統(tǒng)由太陽能平板集熱器、水箱（含電加熱器）、循環(huán)管路、控制系統(tǒng)、地板采暖系統(tǒng)、水泵、洗浴噴頭等組成。太陽能集熱器安裝在屋頂南坡，水箱、水泵及控制系統(tǒng)都安裝在一層廚房間內(nèi)。 

圖 1 密云石城鎮(zhèn)太陽能供熱采暖系統(tǒng)原理示意圖 

       太陽能集熱系統(tǒng)采用溫差循環(huán)方式，落空式防凍防過熱設(shè)計。在集熱器上集管和儲熱水箱下部設(shè)立兩個溫度測點(diǎn)（T1 和 T2），當(dāng) T1 與 T2 溫差高于設(shè)定上限溫差，太陽能循環(huán)泵開始運(yùn)行，把集熱器吸收的太陽能能傳輸?shù)絻崴?；?dāng)T1 與 T2 溫差低于設(shè)定下限溫差，太陽能循環(huán)泵停止工作；在冬季當(dāng) T1 達(dá)到防凍警示溫度后，循環(huán)泵停止工作，太陽能集熱器中的水在重力作用下回流到水箱， 實(shí)現(xiàn)排空防凍；在非采暖季，只要水箱高于設(shè)定最高溫度，循環(huán)泵停止工作，集熱器中的水回流到水箱，系統(tǒng)停止往水箱輸送熱量，集熱器逐步達(dá)到悶曬平衡狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)排空防過熱。 

       系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)全自動運(yùn)行，當(dāng)需要采暖時，開啟采暖循環(huán)泵，將儲熱水箱的熱量通過管路和地板采暖系統(tǒng)送到房間中，以提高房間溫度，達(dá)到提高和保證室溫的目的。  

       系統(tǒng)為全系統(tǒng)節(jié)能運(yùn)行模式，分為不同時間、不同季節(jié)相互配合切換使用， 使整套供暖系統(tǒng)達(dá)到最佳的節(jié)能效果。 

       由于太陽能受天氣和室內(nèi)管道散溫情況的制約，為了能夠很好的滿足用水的要求，太陽能系統(tǒng)設(shè)計輔助熱源，本工程采用電加熱系統(tǒng)作為輔助熱源。電加熱系統(tǒng)簡便易行通電即可使用。在陰雨天太陽能提供的熱水不能滿足用熱要求時， 微電腦控制器開啟輸出信號，開啟輔助電加熱系統(tǒng)，當(dāng)太陽能供熱溫度高于或達(dá)到正常供熱值時，輔助加熱系統(tǒng)停止加熱。最大限度地利用太陽能，達(dá)到節(jié)能的目的。 

       從本項目投資回收年限看，以太陽能采暖方式替代電能等價格比較高的能源， 投資靜態(tài)回收期大致在 8.5 年左右，而系統(tǒng)壽命在 15 年，所以靜態(tài)投資回收期遠(yuǎn)低于系統(tǒng)壽命，投資回報較高，項目技術(shù)經(jīng)濟(jì)性較好。 

       單戶太陽能系統(tǒng)年替代散煤量為 3787 Kg/年，二氧化碳減排量 10224Kg/年； 二氧化硫減排量 204 Kg/年。整個項目 45 戶年節(jié)約散煤 170t/年，年減排二氧化碳 460t/年，年減排二氧化硫 9t/年。 

       項目自建成運(yùn)行至今，經(jīng)濟(jì)效益方面與單純電取暖相比共節(jié)約電費(fèi) 55.8 萬元，社會效益方面相比較散煤燃燒取暖相比共減排二氧化碳 1288t，減排二氧化硫 25t。 

       項目自從 2013 年 11 月正式投入使用以來，經(jīng)過了實(shí)際考驗，目前 45 套系統(tǒng)整體運(yùn)行情況良好。 

       經(jīng)過走訪用戶并結(jié)合軟件模擬，本項目考慮供暖/熱水全部需求情況下，采暖季太陽能采暖系統(tǒng)負(fù)責(zé)區(qū)域內(nèi)室內(nèi)溫度一般設(shè)定在 20℃，全年太陽能保證率在 40%左右，全年運(yùn)行費(fèi)用約為 20 元/平方米。 

       該項目被評為 2016 年度“首都藍(lán)天行動科技示范工程”。 

圖 4 密云石城鎮(zhèn)太陽能供熱采暖系統(tǒng)實(shí)景 

       項目總體成效體現(xiàn)在如下幾個方面： 

       （1）使用太陽能采暖技術(shù)是符合北方農(nóng)村“散煤替代”供熱采暖的有效措施之一。 

       （2）綠色環(huán)保，采用的是太陽能這種潔凈的綠色能源，避免了礦物質(zhì)燃料對環(huán)境的污染，能為用戶提供一個干凈舒適的生活空間。 

       （3）高效節(jié)能，太陽能供熱采暖系統(tǒng)能最大效率的利用太陽能，可節(jié)約能源成本 40-60%以上，運(yùn)行成本大大降低。  

       （4）高效運(yùn)行，嵌套式溫度分層水箱，將開式儲熱水箱和承壓生活熱水水箱結(jié)合構(gòu)成夾套式換熱器，系統(tǒng)利用水箱溫度分層滿足不同供熱溫度需求，保證系統(tǒng)高效運(yùn)行。 

       （5）安全可靠，太陽能供熱采暖不會產(chǎn)生傳統(tǒng)燒煤采暖爐一氧化碳中毒的危險，它是安全可靠的系統(tǒng)。 

       （6）美觀長久，平板太陽能集熱器可布置在坡屋頂，與建筑結(jié)合較好，且全部金屬流道，金屬邊框，使用壽命長。 

       （7）主被動結(jié)合太陽能+低谷電輔熱供暖系統(tǒng)可以最大限度降低投資，提高運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性，在現(xiàn)階段最具有推廣價值，建議重點(diǎn)推廣應(yīng)用。 

       該項目技術(shù)成熟，最先應(yīng)用于平谷掛甲峪村的村民新建住宅采暖，還有在平谷區(qū)黃松峪鄉(xiāng)、金海湖鎮(zhèn)、王辛莊鎮(zhèn)、平谷縣城等散戶用太陽能采暖系統(tǒng)，石城鎮(zhèn)項目是該技術(shù)第二次大規(guī)模應(yīng)用。目前桑普公司采用此技術(shù)所做的太陽能采暖系統(tǒng)，合計安裝集熱器面積 3280m2，合計服務(wù)建筑面積 23900m2。 

       該太陽能供熱采暖相關(guān)技術(shù)通過中國農(nóng)村能源行業(yè)協(xié)會組織專家進(jìn)行的技術(shù)鑒定，鑒定結(jié)論表明：該項技術(shù)采用平板集熱器、嵌套式溫度分層水箱、排空的防過熱防凍措施、全自動控制，具有可靠性高、熱性能好、運(yùn)行費(fèi)用低等特點(diǎn)。嵌套式溫度分層水箱，將開式儲熱水箱和承壓生活熱水水箱結(jié)合構(gòu)成夾套式換熱器，系統(tǒng)利用水箱溫度分層滿足不同供熱溫度需求，保證系統(tǒng)高效運(yùn)行。該技術(shù)曾經(jīng)于 2010 年應(yīng)用在“新型太陽能采暖系統(tǒng)”，獲得北京市自主創(chuàng)新產(chǎn)品證書，于 2011 年應(yīng)用在“全天候太陽能供熱采暖裝置”，獲得國家重點(diǎn)新產(chǎn)品證書。 

       由于屋頂面積有限，安裝的集熱器面積有限，導(dǎo)致太陽能采暖保證率低。但換種思路來想，只要使用了太陽能這種免費(fèi)能源，不管太陽能保證率多少，都是節(jié)能和環(huán)保的。為了實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)，建議大力推廣太陽能采暖技術(shù)應(yīng)用。 使用太陽能采暖技術(shù)確實(shí)是符合北方農(nóng)村“散煤替代”供熱采暖的有效措施之一，同時，主被動結(jié)合太陽能+低谷電輔熱供暖系統(tǒng)，可以最大限度降低投資， 提高運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性，在現(xiàn)階段最具有推廣價值，建議重點(diǎn)推廣應(yīng)用。