[論文精品] 大型太陽能熱水系統(tǒng)與蒸汽鍋爐補熱技術(shù)研究 文獻綜述

1、 畢業(yè)設(shè)計（論文）文獻綜述學(xué)生姓名： 學(xué) 號： 專 業(yè)： 產(chǎn)品質(zhì)量工程 班 級： 質(zhì)量062 設(shè)計（論文）題目：大型太陽能熱水系統(tǒng)與蒸汽鍋爐補熱技術(shù)研究指導(dǎo)教師： 系： 機電工程系 2010年3月6日1 太陽能熱水系統(tǒng)的國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀目前我國在建筑住宅中應(yīng)用的太陽熱水系統(tǒng)技術(shù)，主要有悶曬式熱水系統(tǒng)和循環(huán)式熱水系統(tǒng)兩大類。將集熱器與儲水箱合為一體的悶曬式熱水系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)簡單、價格低廉，適合農(nóng)村使用，市場占有率2%左右。循環(huán)式熱水系統(tǒng)的集熱器有平板式太陽集熱器、全玻璃真空管集熱器，前者市場占有率高達2% 以上。平板熱水系統(tǒng)在大型建筑太陽能供熱水工程中占主導(dǎo)地位。為提高太陽熱水系統(tǒng)在住宅中應(yīng)用的可靠性

2、、全天候運行，在太陽熱水系統(tǒng)中較多的采用了電輔助熱源和自控技術(shù)。為解決冬季熱水系統(tǒng)防凍問題，已開發(fā)出和正在開發(fā)雙回路分體式熱水系統(tǒng)，自動排空系統(tǒng)。對保證住宅建筑中太陽熱水系統(tǒng)質(zhì)量起到了重要作用。目前太陽熱水系統(tǒng)技術(shù)及推廣應(yīng)用較好的國家有奧地利、希臘、以色列、丹麥、德國、荷蘭、澳大利亞、日本、美國等國家。這些國家每千人擁有太陽集熱器的面積如表! 所示：隨著人民生活水平的不斷改善,對生活質(zhì)量的要求也日益提高,因此新建住宅小區(qū)集中熱水供應(yīng)也成為各房地產(chǎn)企業(yè)提高競爭力的有效手段之一。隨著住宅小區(qū)建設(shè)的進一步發(fā)展,人們開始把目光投向太陽能熱水系統(tǒng)。太陽能是一種取之不盡、用之不竭的潔凈能源,由于發(fā)展迅猛和

3、廣泛應(yīng)用,已被人們稱之為“21世紀(jì)的能源”。我國太陽能資源十分豐富,全國有2/3以上的地區(qū),年輻射總量大于每平方米502萬kj,年日照時數(shù)在2000h以上。現(xiàn)有電熱型熱水器費用昂貴及燃?xì)庑偷牟话踩?，且排放二氧化碳污染大氣，北方用煤氣取暖造成城市空氣環(huán)境污染，這些都是太陽能熱水器的外部生存環(huán)境。太陽能熱水器克服上述缺點，它是綠色環(huán)保產(chǎn)品。使用簡單，方便。太陽能熱水器順乎時代發(fā)展的要求，滿足人們對環(huán)保綠色產(chǎn)品的需求。在人類文明程度日益提高的今天，它是現(xiàn)代文明社會的最佳選擇。應(yīng)該注意到，集體單位對太陽能熱水器的用量很大。新建商住樓統(tǒng)一安裝熱水器，已是房屋開發(fā)公司計劃之內(nèi)的事，配套熱水器的商品房銷勢

4、更好2 太陽能熱水系統(tǒng)的優(yōu)缺點2.1 太陽能熱水系統(tǒng)的優(yōu)勢我國使用的直插緊湊式真空管太陽能熱水系統(tǒng)技術(shù)已達到世界領(lǐng)先水平， 供熱成本為0.25元/kwh；而國際上流行的承壓式平板熱水系統(tǒng)，供熱成本為0.95 元/kwh。2007年，我國太陽能熱水系統(tǒng)年生產(chǎn)能力達到2300萬平方米，使用量達到1.2億平方米，占世界總使用量的60%，居世界之首。我國有已建屋頂面積100億平方米， 如果達到人均1 平方米 的熱水系統(tǒng)，僅占屋頂面積的13%，便可完全解決生活熱水的需求，可取代2.1億t 標(biāo)準(zhǔn)煤?，F(xiàn)在存在的問題是，現(xiàn)有的直插緊湊式真空管太陽能熱水系統(tǒng)只能提供7090的熱水，不能提供一般的供熱鍋爐和供熱空

5、調(diào)所需要的高溫蒸汽（工業(yè)鍋爐需要100200的水蒸氣，“兩步走” 升溫技術(shù)也需要廉價、干凈的100200的水蒸氣）。2.2 太陽能熱水系統(tǒng)的不足雖然太陽能熱水器也在我國很多地方普及起來，而且大有取代燃?xì)鉄崴骱碗姛崴?。因為太陽能熱水器有非常明顯的優(yōu)勢，相對于以上兩種熱水器利用的加熱能源來說，太陽能是一種取之不盡的生態(tài)能源，不產(chǎn)生污染，不危害環(huán)境。但是，我們也應(yīng)該看到，太陽能的低密度和不穩(wěn)定性事其利用過程中難以克服的缺點。所以，為了保證熱水系統(tǒng)的正常使用，就需要調(diào)節(jié)太陽能的收集利用與生活熱水使用過程中產(chǎn)生的不重要性。首先要考慮日周期的太陽能蓄積以及連續(xù)陰雨天氣無法利用太陽能的事實，必須采用輔助

6、的加熱裝置滿足使用上的要求。3 太陽能熱水系統(tǒng)輔助設(shè)備太陽能因其具有綠色環(huán)保，無污染，廉價等特點。越來越受到人們的喜歡， 許多家庭和公共場所都在使用太陽能熱水器。但是，太陽能受天氣影響很大，當(dāng)夜晚或者陰天陽光不足時，水箱中的水可能達不到設(shè)定溫度。這時需要采用輔助加熱的方法把水箱中的水加熱到足夠的溫度，以滿足用戶全天候使用的要求。3.1 以熱泵技術(shù)做輔助加熱方式的太陽能熱水系統(tǒng)熱泵技術(shù)是一種新型的節(jié)能制冷供熱技術(shù)，長期以來主要應(yīng)用于建筑物的采暖空調(diào)領(lǐng)域。因熱泵制熱在節(jié)能降耗及環(huán)保方面的良好表現(xiàn)，衛(wèi)生熱水供應(yīng)系統(tǒng)也越來越多的采用熱泵設(shè)備作為熱源。其中以室外空氣為熱源的空氣源熱泵，結(jié)構(gòu)簡單，不需要專

7、用機房，安裝使用方便，在衛(wèi)生熱水供應(yīng)方面具有不可替代的優(yōu)勢，除了比較大型的空氣源熱泵熱水系統(tǒng)外，現(xiàn)在已有多個品牌的小型的家用空氣源熱泵熱水器也投放市場。但空氣源熱泵的一個主要缺點是供熱能力和供熱性能系數(shù)隨著室外氣溫的降低而降低，所以它的使用受到環(huán)境溫度的限制，一般適用于最低溫度-10以上的地區(qū)。3.2 以電加熱器作輔助加熱方式的太陽能熱水系統(tǒng)基于現(xiàn)代電子技術(shù)的太陽能熱水器輔助電加熱方法,也可以滿足在無光照陰雨天或寒冷冬季條件下正常使用的要求，在陰雨天或者寒冷季節(jié)，可開啟電加熱器加熱，待水溫達到要求時能自動斷電。當(dāng)日曬不足時，用水前可用電輔助加熱，既充分利用了太陽能，又縮短了電加熱時間。接通電源

8、即自動上水，水滿自動停止上水。若需電加熱，在上水到規(guī)定水位時，即自動通電。電加熱時，當(dāng)水溫達到要求時自動斷電。但是電加熱相對于大型住宅、賓館、游泳池、公共浴池等場所需電量比較大，往往會耗費比較大的電能卻得不到應(yīng)有的效果。3.3 以燃?xì)忮仩t作輔助加熱方式的太陽能熱水系統(tǒng)系統(tǒng)一般由五部分組成,太陽能集熱面、蓄熱水箱、燃?xì)忮仩t、連接管道及自動控制部分。在北方地區(qū)一般選用玻璃真空管為集熱元件,太陽能集熱面由真空管集熱器串、并聯(lián)組合而成。集熱面積的大小,根據(jù)當(dāng)?shù)靥柲苜Y源情況而定。以內(nèi)蒙古呼和浩特為例,該地區(qū)地處北緯42,全年全天平均太陽輻照量為每平方米22723kj,太陽能集熱器的平均日效率g45%

9、,但一年四季各有不同。計算表明1平方米太陽能集熱面積春、秋兩季平均日產(chǎn)45熱水80kg 左右、夏季110kg 左右,冬季45kg左右。太陽能集熱面的位置一般選擇樓頂集熱管南北豎向放置，全天跟蹤陽光。蓄熱水箱是儲存熱水的容器,容積等于太陽能集熱面夏天的產(chǎn)水量, 結(jié)構(gòu)為雙膽保溫型,以利于散熱損失的減少。燃?xì)忮仩t是在陰雨天氣,或冬季太陽能不足時對水量不足的加熱補充。鍋爐容量的選擇一般以鍋爐為單一熱源時, 連續(xù)運行8 10個小時,產(chǎn)生滿足用戶全天所需熱水的水量來計算。管道系統(tǒng)是由連接太陽能集熱面、水箱、鍋爐之間的管道、循環(huán)泵、電動閥等組合而成,管道系統(tǒng)要嚴(yán)格保溫,并要有可靠的防凍系統(tǒng)。4 蒸汽鍋爐作輔

10、助設(shè)備的效益比較目前，越來越多的住宅、賓館、游泳池、公共浴池等場所采用太陽能作為其中央熱水系統(tǒng)的主要熱源。這些場所一般要求衛(wèi)生熱水在一定的時間段內(nèi)或全天24小時連續(xù)供應(yīng)，為滿足太陽能不足時的用熱需求，使太陽能集熱系統(tǒng)的投資更加經(jīng)濟，通常采用電加熱器或電鍋爐、燃煤或燃油（氣）鍋爐、市政熱力等作為太陽能中央熱水系統(tǒng)的輔助熱源。表5.1 熱水器效益比較熱水器類型對比項目太陽能中央熱水器電熱水器燃油熱水爐熱泵熱水器用水人數(shù)，用水量200人，10000kg/天200人，10000kg/天200人，10000kg/天200人，10000kg/天規(guī)格143平方米，10立方米60kw，5立方米20萬大卡，5立

11、方米10h，10立方米首次投資費用140000元20000元待添加的隱藏文字內(nèi)容245000元150000元使用壽命15年7年（15年內(nèi)再買一次設(shè)備）7年（15年內(nèi)再買一次設(shè)備）1215年晴天一天能源費用0元350元（以0.9/元計算）280（以3.5元/升計算）1140一年能源費用（以晴天270計算）電費33250燃油費26600電費127750元柴油費102200元電費51100元三年能源費用電費99750燃油費79800電費383250元柴油費306600元電費153300元15年總費用電費638750燃油費5390001956250元1623000元916500元對比總結(jié)1 與電熱水器

12、相比，投資太陽能熱水器1年半回收投資，每年可節(jié)省電費10萬元，15年節(jié)省總費用約150萬元與熱泵熱水器相比15年節(jié)省總費用約40萬元。2 與燃油熱水爐相比，投資太陽能熱水器2年回收投資，每年可節(jié)省燃油費用7.5萬元，15年共節(jié)約總費用108.4萬元。由表1.5可以看出相對于大型住宅區(qū)、賓館、酒店，游泳池、公共浴池等場所采用燃煤或燃油（氣）鍋爐作為太陽能中央熱水系統(tǒng)的輔助熱源的太陽能熱水系統(tǒng)更能瞞足其一定的時間段內(nèi)或全天24小時連續(xù)供應(yīng)，為滿足太陽能不足時的用熱需求。且更具經(jīng)濟效益。蒸汽鍋爐設(shè)備對不可再生資源的使用和污染氣體的排放讓它具備一定的不環(huán)保性。分體承壓式太陽能集中熱水系統(tǒng)主要由循環(huán)系統(tǒng)

13、（集熱器、水泵、膨脹儲液罐及管路）和末端系統(tǒng)（每戶的儲熱水箱及控制系統(tǒng)）組成。簡單的說，此種太陽能熱水系統(tǒng)就是通過循環(huán)管路和集熱系統(tǒng)給用戶末端電熱水器增加太陽能熱源。我國年平均日照時間為2500至2 900h ，考慮最不利情況，按照每天日照8h計算，折合全年理想情況下大約有300d屬于太陽能日照可以滿足全天加熱水的需求。下面采用差額投資回收期的概念比較兩者的經(jīng)濟性。太陽能熱水系統(tǒng)與電熱水器相比水費相同，運行費用差額可以只計電費。太陽能熱水循環(huán)系統(tǒng)按循環(huán)泵每天運行6h，末端系統(tǒng)陽光不充足時按理想情況65d計算；電熱水器按1 年225戶每天每戶加熱80l熱水算。循環(huán)系統(tǒng)為公共電費約0.9 元/(k

14、wh)，末端系統(tǒng)電費為民用電0.5 元/(kwh)差額投資回收期是指初投資大的方案（太陽能熱水）相對初投資小的方案（電熱水器），由于凈現(xiàn)金流量（年運行費用）的節(jié)約額而回收初投資差額的時間。由表1初投資差額和運行費用差額可知，本項目公寓式酒店采用太陽能集中熱水系統(tǒng)和分戶電熱水器相比5.13年即可收回差額投資，即5年后每年節(jié)約熱水器運行費用約8萬元。從用戶的角度，使用太陽能集中熱水系統(tǒng)后，每年的費用約是使用電熱水器費用的31。5 總結(jié)太陽能作為一種新能源，是一種清潔無污染的可再生能源。太陽能熱水系統(tǒng)是以吸收太陽輻射能為熱源，將太陽能轉(zhuǎn)為熱能以達到加熱水的目的的整套裝置，包括太陽能集熱裝置、儲熱裝置

15、、循環(huán)管路裝置等。由于太陽能熱水系統(tǒng)在全年運行中受天氣的影響很大，其獨立應(yīng)用存在間歇性、不穩(wěn)定性和地區(qū)差異性，在太陽能應(yīng)用中除利用集熱器將太陽能轉(zhuǎn)換成熱能外，應(yīng)采取熱水保障系統(tǒng)（輔助加熱系統(tǒng)）和儲熱措施來確保太陽能熱水系統(tǒng)全天候穩(wěn)定供應(yīng)熱水。太陽能供熱水系統(tǒng)按其集熱、儲熱和輔助加熱方式分為三種：（1）單機太陽熱水器，即分戶集熱、儲熱、輔助加熱；（2）集中式中央太陽能供熱水系統(tǒng)，即集中集熱儲熱、集中輔助加熱或分戶輔助加熱；（3）半集中方式，即集中集熱、分戶儲熱和輔助加熱。本文研究的是集中式中央太陽能供熱水系統(tǒng)，所以對集中式中央太陽能供熱水系統(tǒng)作詳細(xì)的介紹。集中式中央太陽能供熱水系統(tǒng)的特點是集成化

16、程度高，集中儲熱方式利于降低造價并減少熱損失，輔助加熱系統(tǒng)集中利于補熱；熱水系統(tǒng)供應(yīng)管路簡單，合理的干管循環(huán)回水保證供水品質(zhì)，實現(xiàn)各用水終端即開即熱；對于住宅小區(qū)，集中式系統(tǒng)相對分戶系統(tǒng)有初期投資少、集成化程度高的優(yōu)勢，模塊化的集熱器與建筑結(jié)合也比較美觀。但該類系統(tǒng)集中運行一旦出現(xiàn)故障，用戶熱水將不能得到保證，且用戶使用前需放出較多冷水。該系統(tǒng)在用水時間上可能受系統(tǒng)運行方式影響，當(dāng)24小時供熱水運行費用太高時，改用定時供熱水將使用戶用熱水受到限制。為解決以上問題，可在上述系統(tǒng)中將集中輔助加熱方式改成分戶加熱方式。該方式運行成本低，能實現(xiàn)太陽能熱水的免費供應(yīng)，但同時也會出現(xiàn)個別用戶大量使用熱水造

17、成其他用戶的熱水量減少的現(xiàn)象，需采用經(jīng)濟手段解決用水平衡。該方式在用水時間上不受限制，能實現(xiàn)24小時供熱水，而且集熱系統(tǒng)出現(xiàn)故障也不會對用戶使用造成影響。參考文獻：1 羅振濤,霍志臣，王錦俠等.太陽能熱水器技術(shù)j.北京:機械工業(yè)出版社，19902 羅春南.真空管熱水器的熱特性分析及計算j.山東建筑工程學(xué)院學(xué)報.1998,33 羅振濤，霍志臣.2007中國太陽能熱水器行業(yè)發(fā)展?fàn)顩r報告j.太陽能產(chǎn)業(yè)論壇.2008,(1)4 耿立明，劉漫洲，劉雨剛，楊威. 基于plc的太陽能熱水器的自動控制系統(tǒng)j.遼寧工程技術(shù)學(xué),2002,32,(4):62-665 田琦大型太陽能熱水供應(yīng)系統(tǒng)設(shè)計的若干問題j中國給

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