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别墅太阳能采暖热水综合应用

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发表于 2016-5-6 09:24:39 | 显示全部楼层 |阅读模式
摘要:某别墅区的太阳能采暖应用项目作为力诺瑞特太阳能与建筑相结合的示范工程,旨在解决小区居民的冬季取暖。系统在投入运行之后,其带来的舒适性能得到住宅用户的认可与好评,并且在其他小区得到推广。本文通过对该示范项目的介绍,得出太阳能采暖与热水结合系统设计的方法。

关键词:太阳能,采暖,太阳能建筑相结合

0引言

近年来,我国能源消费日渐增长,常规能源的价格也一路攀升,其中带来的环境污染问题越来越严重。某别墅区所在地为旅游地区,环境保护尤其重要,因此,节能减排势在必行,有效地利用新能源与可再生能源是我国推进经济与环境社会发展的重要课题。

目前,我国太阳能系统在提供生活热水的同时兼有采暖功能。近年来,随着市场的需求,热水兼采暖系统已经得到逐渐的推广应用。太阳能用于采暖系统,一般采用低温地板辐射供暖的形式,在室内地面下铺设管道,通过双向循环的方式,管内流体通过加热地板,通过地板向室内辐射热量,从而提供舒适的温度。地板辐射供暖节省空间,且干净卫生,热稳定性好。尤其是其低温供暖形式特别适合太阳能供暖的特点。

1项目介绍

该项目位于西宁市,是大陆性高原半干旱气候,该地区气候特点是气压低、日照长、雨水少、蒸发量大、太阳辐照量强、日夜温差、无霜期短和冰冻期长等。该项目12栋别墅,每户需采暖面积为200平方米,太阳能系统为其提供太阳能供应生活热水及太阳能采暖应用,辅助热源采用燃气锅炉。

2方案说明

2.1系统原理(如图1所示)

别墅采暖运行原理

别墅采暖运行原理


(1)温度符号说明:T1- 集热器出口温度、T2- 集热器进口温度、T3- 储热水箱底部温度、T4- 采暖管道回水温度、T5-室内温度;

(2)设备符号说明:b1- 集热循环泵、b2- 供暖循环泵;

(3)集热循环:当T1-T3≥10℃且T3≤75℃,启动b1,集热循环开始;当T1-T3<4℃或T3>75℃,关闭b1,集热循环停止;

(4)供暖循环:当T4≤30℃,启动b2,供暖循环开始,此时若燃气锅炉检测到入口处水温低于设定值则启动燃气锅炉;当T4>35℃,关闭b2,供暖循环停止;

(5)集热/供暖循环定压及补水:采用膨胀罐进行定压,采用自来水进行补水;

(6)集热循环防冻:采用防冻循环及防冻电伴热带进行防冻。当T2≤4℃,启动b1 及电伴热带,集热循环防冻开始;当T2>8℃,关闭b1及电伴热带,集热循环防冻停止;

(7)热水供水:采用自来水顶水式供水,自来水先进入储热水箱底部的同时将储热水箱顶部高温水顶至用水点。此时若燃气锅炉检测到入口处水温低于设定值则启动燃气锅炉。

2.2采暖季建筑物耗热指标计算
全部房间平均室内计算温度18℃、采暖期室外平均温度-13℃。建筑物耗热指标计算:

室内温度

室内温度

2.3建筑物热水热负荷计算
冷水温度10℃,热水温度50℃,热水量300L。

热负荷计算

热负荷计算

2.4太阳集热面积计算
根据《太阳能供热采暖工程技术规范》GB50495之规定,本地区太阳能采暖系统的太阳能保证率可按50%取值;热水系统的热负荷约为采暖负荷的14%,故不予单独设置。西宁地区每月平均日太阳能辐射量如表1所示。

太阳能辐射量

太阳能辐射量

系统总负荷:Q=QR×50%≈181MJ
西宁地区采暖期为162天,采暖期平均太阳幅照量为18.427MJ/m2。

采暖总热负荷量

采暖总热负荷量

2.5辅助热源计算
本系统采用小型燃气热水锅炉作为辅助热源,其功率按采暖热负荷取值,为4200W,考虑热水使用等其它不利因素,此值取为8kW。

2.6储热水箱计算
储热水箱的作用是储存生活用热水并作为采暖系统的缓冲水箱参与供暖循环。本地区采暖季平均日照时长约为9h,有日照的时间内采暖需要的热量为136MJ,尚有44MJ能量需要储存,这部分能量可以使300L的冷水升温35℃。储热水箱容量可按热水需求量取值,即取为300L。

2.7关于夏季过热的说明
一般的太阳能采暖系统都存在非采暖季过热的问题,大型系统中需要设置热量消除装置和专门的非采暖季工作模式来解决此问题;小型系统则可通过手动方式解决。

该工程案例中,集热器面积为25m2,而夏季热水需要的面积仅为7m2,故在非采暖季可通过阀门装置手动隔离出三分之二的太阳集热器并进行适当遮挡,从而消除系统过热的同时延长太阳集热器使用寿命。

3运行分析

3.1静态投资回收期计算
静态投资回收期计算不考虑银行贷款利率、常规能源价格上涨率等影响因素,可以迅速了解太阳能系统增投资的大概回收期。

本系统中采暖季时长162天,系统平均每天吸收太阳能量为181MJ,一个采暖季中系统吸收的太阳能总量为29322MJ,折合电能约为850kW·h。按目前民用电价格0.5元/kW·h计算,一个采暖季可节省的费用约为4250元。

非采暖季为203天,系统平均每天生产40℃的热水共300L,吸收太阳能量为50MJ,一个采暖季吸收的太阳能总量约为10150MJ,折合电能约3000kW·h。一个非采暖季可节省的费用约为1500元。

非采暖季热负荷量计算

非采暖季热负荷量计算


3.2二氧化碳减排量计算
太阳能系统的环保效益体现在因节省常规能源而减少污染物的排放,主要指标为二氧化碳的减排量,一般以系统的设计使用寿命为计算周期。

二氧化碳减排计算

二氧化碳减排计算

3.3费效比计算
费效比指投入费用和产出效益的比值,可以用来衡量生产经营活动的效果,是很直观的一个指标,通常将投资的费用与系统的效能之比称为费效比。

太阳能费用计算

太阳能费用计算



4结语

通过上文分析对比,本系统在正常使用的情况下,约6年便可收回初始投资,相对于常规热水系统,太阳热水系统在寿命期内消费的特点是初始投资大而运行费用低。初始投资大是因为太阳热水系统是在常规热水系统的基础上增加了太阳集热系统,因此增加了初投资;运行费用低,则是因为充分利用太阳能提供生活热水而减少了常规能源的消耗。

本系统结构较简单,易于维护管理,适合别墅类建筑应用,对别墅类建筑采暖及热水应用设计有一定借鉴意义。







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发表于 2017-3-3 16:32:12 | 显示全部楼层
不错,需要这样的技术文章,多多益善。
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