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太阳能宾馆热水系统节能改造实例分析

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发表于 2017-11-3 10:04:19 | 显示全部楼层 |阅读模式
0前言

太阳能作为一种免费、清洁、无污染的能源,以节能和环保的突出特点,在建筑中的利用越来越普遍。下面以杭州某宾馆为例,浅谈杭州普桑能源科技有限公司设计安装的太阳能热水系统在宾馆、饭店节能改造中的应用。

1改造前情况

该宾馆地处杭州市余杭区余杭镇。现采用一台燃煤锅炉给客房提供生活热水,储热水箱放置在锅炉房旁边的一设备间内,据该宾馆后勤人员介绍,该宾馆每天大约需15吨50℃的热水,每年约使用100t煤,加上两个锅炉人员工资及维修等费用,年运行费用较高的。经过实地考察得知,该锅炉属于淘汰型锅炉,燃烧效率很低,同时现有储热水箱保温材料有多处脱落,特别冬季散热很大;锅炉与水箱连接管道及供热水管道未做任何保温处理,热损失较大。

2改造方案的提出

在杭州地区实行的“煤改气(油、电)”等环保政策,使宾馆等商业单位的能源费用大幅上涨,该宾馆为了降低运行费用及环保,计划对该单位的燃煤锅炉进行节能改造,寻求合理的改造方案。

3改造方案的确定

杭州市属于太阳能资源较丰富地区,具有利用太阳能的良好条件。同时太阳能资源的节能和环保的突出特点,因此建议该宾馆采用太阳能提供生活热水。

但由于太阳能源的不稳定、不连续性,为了保正该宾馆全天候24小时供应热水的需求,采用太阳能系统时必须采用辅助能源,根据以上分析及结合现有状况,建议该宾馆采用空气源热泵作为辅助热源,电加热作为备用热源(第二辅助热源),采用电加热作为第二辅助能源具有以下优点:电加热管可以直接装在现有的储热水箱中,具有安装方便,不占用设备间的空间;全部自动化运行,不需专人看管,节省人员工资;系统运行维护方便;可以利用低谷电,节省运行费用。

经过分析及结合该宾馆现有状况,最终该宾馆选择了太阳能热水系统节能改造方案。

4相关计算

4.1太阳能集热面积

(1)杭州地区的太阳辐射资源

查有关资料,杭州:纬度30o14’,经度120o10’,高度41.7m

杭州地区全年各月水平面的月平均日太阳辐照量见表1。

表1   杭州地区全年各月水平面/当地纬度斜面上的月平均日太阳辐照量(MJ/㎡·d)


1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
水平面
6.813
7.753
9.021
12.542
14.468
13.218
17.405
16.463
12.013
10.276
8.388
7.303
纬度斜面
9.103
8.534
9.552
11.953
12.715
11.417
15.158
15.684
11.846
11.524
10.839
10.425



从表1可知:不同斜面上的太阳辐照量是不同的,且随月份(季节)变化而变化。本系统设计太阳集热器的倾角采用当地纬度,因此设计计算应选择纬度斜面的太阳辐射值。因此查表1,取太阳集热器斜面(当地纬度斜面)平均值12MJ/㎡·d作为设计值。

(2)杭州地区太阳集热器的热效率

太阳集热器效率曲线

太阳集热器效率曲线



太阳集热器的瞬时效率曲线见图1。图中纵坐表标为集热器的瞬时效率,横坐标为归一化温差X,X=(tR-ta)/G,其中tR为集热器热水进出口平均温度(产热水温度),ta为环境或周围空气温度,G为总日射辐照度。从效率曲线可以看出,太阳集热器的热效率随产热水温度与环境温度的温差与太阳辐照度的比值(tR-ta)/G的变化而变化。也就是说,环境温度越高,要求的产热水温度越低,太阳集热器的热效率就越高;反之,则越低。

假定产热水温度按45℃计算,根据杭州地区全年各月的环境平均温度,可以推算出全年各月的热效率数值η见表2。

表2    太阳能在杭州地区全年各月的平均热效率值

月份

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

ta

4.3

5.6

9.5

15.8

20.7

24.3

28.4

27.9

23.4

18.3

12.4

6.8

η

0.42

0.46

0.50

0.52

0.55

0.56

0.58

0.57

0.56

0.54

0.51

0.46




(3)太阳集热面积确定

根据GB/T 18713-2002《太阳热水系统设计、安装及工程验收技术规范》,太阳集热器的集热面积可以按如下公式计算:

太阳能集热面积公式

太阳能集热面积公式



项目采用58×1800×50型太阳能集热器30块,每块集热面积为7.5㎡,太阳能总集热面积为225 ㎡。总共1500支58×1800集热管。

4.2辅助加热功率确定

辅助加热功率的选取应按阴雨天没有太阳能时,完全靠辅助加热来保证供热设计。(杭州地区:每年日照时数大于6小时的天数约为220~250天,此期间不使用辅助加热)辅助加热功率应按阴雨天完全靠热泵加热时计算。

计算参数:最长加热时间:12小时

冷水水温:15℃

热水水温:55℃

加热水量:15000kg

热泵计算选型如下:

L热水的耗热量Q=M(L)×C×ΔT

=15000 kg×1 kcal/kg·℃×40℃

=600000Kcal

其中:M为总用水量L

C为水的比热(kcal/kg·℃)

ΔT为温升℃

设备输入功率=Q÷COP÷q(电热值860) ÷t(运行时间)

=600000÷3.8÷860÷12

≈15.29kW

选用空气源热泵10匹2台。另增加30kW电加热。极端天气情况下备用。

5关键设备选型

5.1太阳集热器选型

目前国内使用的太阳集热器类型主要有平板型太阳集热器、真空管太阳集热器、热管真空管太阳集热器、U形管真空管太阳集热器。平板型太阳集热器保温性能不如真空管太阳集热器,适合在春、夏、秋三季使用;真空管集热器在-25℃的低温条件下,仍可产生热水,可一年四季使用,冬季利用太阳能的效率最高,但存在炸管泄漏问题;热管集热器可在-50℃条件下使用,但热管冷凝端(加热端)表面积仅是真空管的百分之一,易结水垢,换热效果不如真空管,且使用效果直接受到热管本身质量和寿命的影响,部分热管出现质量下降和衰减问题,不容易被发现,且成本高;U形管真空管太阳集热器是在真空管的内壁插入了一根U形的铜管,利用传热介质在U形铜管内流动将真空管吸收太阳热能带走,因而可封闭带压循环,不存在炸管泄漏问题,但由于U形管怕冻,因此必须采用防冻液介质循环,成本相对也高。

综上所述,不同类型的产品各有其优缺点。为此,选择全玻璃真空管太阳集热器比较合适,热效率高,经济实用,是目前国内市场(包括杭州)普遍使用的产品。

5.2 空气源热泵

该项目空气能热泵热水机组,在进水温度、进水压力、环境温度等参数不断变化的情况下,始终保证出水温度恒定在设定值(出厂设定55℃),48℃~60℃可调。机组开启即有高温热水产生,源源不断地流入保温储水箱中供用户使用。

5.3储热水箱

为了尽量利用原有设备,降低节能改造费用。建议采用原有的储热水箱,但原有水箱需重新做保温,内壁需重新涂刷耐高温的环保防腐涂料。

5.4控制系统

系统控制器应能实现:在保证优先利用太阳能加热的情况下,根据天气阴晴变化和热水用水量的多少,自动判断和启动辅助加热系统,以保证全天候热水供应。因此建议该宾馆采用CPU可编程电脑控制器,实现太阳能系统的全自动化、智能化,确保控制系统的可靠性,实现自动化运行,并具有可以根据用户的实际需要,任意修改控制程序,使太阳能系统实现真正意义上的全自动控制和智能化管理。

5.5系统管路

选用德国威乐水泵,噪音低,寿命长。电磁阀选用无压直开式电磁阀。管路选用国标热镀锌钢管,外用5cm聚苯乙稀保温,外裹玻璃钢铝箔布,保温效果好,美观耐用。

6效益分析

6.1经济效益

表3  经济效益对比


电锅炉
燃油锅炉
天然气锅炉
年产50℃热水量
4500t
4500t
4500t
比较设备热值
860Kcal/kW·h
10200Kcal/kg
8500Kcal/m3
比较设备效率
90%
80%
85%
年需要燃料
232558kW·h
22058kg
24913m3
燃料价格
0.6元/kW·h
4.5元/kg
2.3元/m3
年节省费用
139535
99261
57300
太阳能系统造价
250000
250000
250000



由表3可看出,安装太阳能热水系统,其节省的费用,相对于电锅炉系统来说,节省的电费,2年左右就可收回投资;相对于燃油锅炉来说,节省的燃油费,3年左右就能收回投资。相对于燃气锅炉来说,节省的燃气费,4年左右就能收回投资,而太阳能系统的使用寿命在10年以上(一般可用15年)。由此可见,安装太阳能系统的经济效益非常显著。

6.2环境效益

该太阳能热水系统无污染、无噪音、无废物废气排放,可以有效降温室气体CO2的排放,有利于缓解全球气候变暖;同时也减少酸雨气体SO2和总悬浮颗粒物的排放量,有益于改善杭州地区的生态环境,环境效益显著;还能较大幅度地减少煤炭或其它化石燃料的消耗。

7结语

对于正在使用燃油、燃气或电锅炉的单位,如机关厂矿、宾馆学校、住宅等提供生活热水的地方,进行节能改造,采用太阳能热水系统是有效的节能降耗、较少雾霾的措施之一,将会给企业带来可观的经济效益,值得广泛推广应用。




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发表于 2019-3-21 10:58:17 | 显示全部楼层
主要做工程,太阳能集热等的控制
太阳能集热工程智能控制仪是专为太阳能集热工程实现全自动运行而设计的配套产品。该控制仪采用目前最新的水温、水位探测技术和微电脑控制系统,全自动运行,能有效提高集热效率,具有智能化程度高,功能齐全,使用方便,寿命长, 性能可靠,通用性强的优点,适用于各种型式的太阳能集热工程。
本产品由主机、集热器水温传感器、水箱水温传感器、水箱水位传感器、管道温度传感器、附件等几部分组成。与本产品配套使用的有电磁阀(抽水泵)、辅助电加热器、循环泵等,是太阳能集热工程理想的配套控制仪表。
      

主要功能
1.自动加水:自动将集热器中的热水放到水箱里。
2.水循环自动控制:根据各种情况,自动控制集热系统的水循环,保证水箱里的水保持一定温度,并防止管道被冻坏。
3.控制辅助加热、伴热带、循环泵、进水阀。
4.定时开启辅助加热器将水箱里的水加热到设定温度。
5.定时向水箱里加水至设定水位。
6.恒温控制:保证水箱里的水随时可用。
7.控制伴热带工作,防止管道被冻坏。
8.用水循环,打开水龙头即出热水。
9.防空晒、防干烧。

本公司多年来专心于太阳能集热工程控制系统的研究开发,致力于将先进的电子技术运用到太阳能集热工程中,提供适应各种不同环境、工程要求的工程控制系统,功能全面,性能可靠,通用性强,深受用户好评。
公司经营理念:“诚信为本 ,质量为本”,以高科技产品和技术为主线,全方位为用户提供服务。
公司注重产品质量,并通过一系列科学的工艺流程控制对产品品质加以监控,力争出厂的每一件产品都是合格的、对消费者负责任的优质产品。
丰富的行业经验,深厚的技术积累,使得我公司可随时为客户量身订制,提供从产品设计、生产到安装、调试的全面服务。我们相信,通过我们的不懈努力,定会帮助您进一步降低生产成本,提升您企业及产品的市场竞争力。
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