太陽能采暖制冷熱水三聯(lián)供系統(tǒng)案例淺析2

1、太陽能采暖-制冷-熱水三聯(lián)供系統(tǒng)方案一 、引言近年來，人類社會經(jīng)濟發(fā)展迅猛，煤、電、石油、天然氣等能源日益短缺，能源危機、環(huán)境污染等問題日漸突顯，已成為威脅人類生存的頭等大事，對新能源的開發(fā)利用顯得尤為重要，特別是對太陽能的開發(fā)利用。太陽能作為一種可再生的清潔能源具有其它能源無可比擬的優(yōu)勢。我國太陽能資源十分豐富，絕大部分地區(qū)年平均日輻射量在4kwh/.d以上，全國2/3以上地區(qū)年輻照量大于502萬KJ/,年日照時數(shù)在2000小時以上。太陽能取之不盡用之不竭，處處均可開發(fā)應用，無需開采和運輸，不會污染環(huán)境和破壞生態(tài)平衡，符合國家倡導的“建設(shè)資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會”的要求，具有良好的節(jié)能減排

2、效果。因此對太陽能的開發(fā)利用必將創(chuàng)造出良好的社會效益、環(huán)境效益和經(jīng)濟效益。我們通過深入的調(diào)查，收集了大量的信息資料，經(jīng)專業(yè)人員潛心研究，設(shè)計出了太陽能采暖-制冷-熱水三聯(lián)供系統(tǒng),并運用于多個工程。本系統(tǒng)不但能夠滿足用戶冬季采暖、夏季制冷的需求，還能四季提供日常生活用熱水。現(xiàn)根據(jù)在北京市房山區(qū)長陽鎮(zhèn)實施的工程。二 、工程概況1、 工程簡介該建筑是一座新建的節(jié)能民居，上下兩層建筑面積為419，大小房間共15間，磚混結(jié)構(gòu)，中空玻璃塑鋼門窗，外墻為370厚空心磚，外墻加裝70厚標準擠塑板保溫層，房頂采用200厚聚苯板保溫，建筑外圍護結(jié)構(gòu)符合節(jié)能50標準。.2、設(shè)計要求夏季按3個月制冷，冬季4個月采暖，

3、全年每天提供480升45熱水。設(shè)計參數(shù)參照下表 空調(diào)室外計算參數(shù)（表一）干球溫度（）濕球溫度（）相對濕度（%）夏季3226.465冬季-9-45空調(diào)室內(nèi)計算參數(shù)（表二）夏 季冬 季房間功能溫度（）相對濕度（%）溫度（）相對濕度（%）客廳24651845臥室26652245廚衛(wèi)餐廳26652045太陽能計算參數(shù)（表三）北京地區(qū)北緯39° 48，東經(jīng)116° 28.月份123456T-4.6-2.24.513.119.824.0H15.08117.14119.15518.71420.17518.672月份789101112T25.824.419.412.44.1-2.7H16.

4、21516.43018.68617.51015.11213.709T月平均室外溫度； H等緯度角太陽月平均日輻射量（MJ/d）。3、負荷計算依據(jù)建設(shè)部建筑設(shè)計院、北京市建筑設(shè)計院編著建筑設(shè)備專業(yè)設(shè)計技術(shù)資料，建筑節(jié)能設(shè)計標準（JGJ26-95），GB/T187132002太陽熱水系統(tǒng)設(shè)計、安裝及工程驗收技術(shù)規(guī)范，GB/T170491997全玻璃真空集熱管，給水排水工程施工手冊，地面低溫輻射供暖技術(shù)規(guī)程（JGJ142-2004）,夏熱冬冷地區(qū)居住節(jié)能設(shè)計標準等及表一、表二的數(shù)據(jù)做表如下：建筑面積m²冷負荷熱負荷生活熱水日負荷總面積F=419m²q=35W/m²Q小時

5、=q*F=14.67kwq=20.6w/m²Q小時=q*F=8.63kwQ=CMT=1*480kg*（45-10）/860kcal=19.5kwh注：1、根據(jù)夏熱冬冷地區(qū)居住建筑節(jié)能設(shè)計標準，圍護結(jié)構(gòu)達到節(jié)能50%的建筑熱負荷指標為20.6w/m²，則419m²的建筑冬季采暖總負荷為24854KWh.冷負荷指標為35W/m²，419m²的建筑夏季制冷總負荷為15844KWh（每天12小時）。2、冬季供暖供水溫度：35，回水溫度：303、冬季供暖熱負荷設(shè)計比例：太陽能冬季采暖貢獻率為40%，剩余60%由輔助熱源低溫熱泵提供。4、系統(tǒng)組成及工作原理

6、太陽能采暖-制冷-熱水三聯(lián)供系統(tǒng)（如下圖所示）由以下六個子系統(tǒng)組成：太陽能集熱系統(tǒng)、低溫熱水輻射地板采暖系統(tǒng)、熱水供應系統(tǒng)、輔助能源系統(tǒng)、風冷系統(tǒng)、自動控制系統(tǒng)。4.1太陽能集熱系統(tǒng)太陽能集熱系統(tǒng)主要由太陽能集熱器、集熱器支架、循環(huán)管路、循環(huán)泵、閥門、過濾器、儲熱水箱等組成。集熱器由太陽能采暖專用真空管和特制的采暖聯(lián)箱組成，本集熱器實現(xiàn)了承壓運行、超低溫差傳導、防垢、防凍、防漏、抗風功能，真空管經(jīng)過特殊加工處理，即使玻璃管損壞系統(tǒng)也不會漏水，能夠照常運行。集熱器及支架設(shè)計安裝合理，且功能與景觀完美結(jié)合，不破壞建筑物美觀，并可起到屋頂隔熱層作用。集熱器采集的熱量以水為載體，通過循環(huán)管路儲存于儲熱

7、水箱中。水箱有兩個，一個是熱水水箱，主要用于生活熱水和洗浴熱水，另一個是膨脹水箱，主要用于采暖和制冷。水箱與集熱器采用高位集熱器低位水箱安裝方式，強制循環(huán)，停機排空的運行方式，實現(xiàn)太陽能的采集和系統(tǒng)防凍，大大提高了對太陽能的采集效率和系統(tǒng)安全性。4.2輔助能源系統(tǒng)當太陽能不能滿足系統(tǒng)需求的熱量時，不足的熱能由輔助能源提供。本工程選用新一代低溫空氣源熱泵機組作為輔助能源，制冷量31KW,制熱量32KW,電源電壓380V。本空氣源冷熱泵機組已成功實現(xiàn)室外溫度-15時，額定制熱量衰減比普通熱泵機組減少25%左右。而且，其最低運行溫度可低至-20。機組在室外溫度0時運行的能效比可達到3.0。4.3低溫

8、熱水地板輻射采暖系統(tǒng)本工程采用低溫熱水地板輻射采暖，上下兩層共設(shè)四組分集水器，每組分別采用溫控器控制，優(yōu)先使用太陽能能源，根據(jù)采暖區(qū)域溫度的要求，合理利用輔助熱源，大大減少運行費用。進入冬季采暖時，必須先將系統(tǒng)進行冬夏季行環(huán)管路轉(zhuǎn)換，以集熱系統(tǒng)及輔助能源系統(tǒng)生產(chǎn)的熱水為熱媒，在地板盤管中循環(huán)流動，加熱地板，通過地面輻射的方式向室內(nèi)供熱。低溫熱水地板輻射采暖所需供水溫度在35-50，較普通暖氣片供水溫度85-95低得多，從采暖水箱到采暖末端是低溫傳輸，所以傳輸熱損大大減少。由于加熱管在地下面，地板散發(fā)的熱量從低處向高處傳送，在2米以內(nèi)的人體活動區(qū)域被有效利用，熱損失小。地暖不占用室內(nèi)空間且溫度梯

9、度均勻，不像普通暖氣片那樣冷熱不均又占用空間。4.4熱水供應系統(tǒng)系統(tǒng)生產(chǎn)的熱水除提供采暖外，還能通過熱水供應系統(tǒng)為用戶提供生活日常用熱水。本系統(tǒng)采用恒溫恒壓裝置保證用水終端水的溫度和壓力，不會出現(xiàn)供水不足或斷水現(xiàn)象，采用自動循環(huán)保溫裝置保證供水管路和用水終端時刻有舒適溫度的熱水，即使較長時間不用熱水也能保證用熱水時即開即熱。4.5風冷系統(tǒng)本系統(tǒng)利用了風冷熱泵機組的優(yōu)點，它不但冬季可以給太陽能采暖提供熱能補充，還可以獨立完成夏季制冷的需求，實現(xiàn)一機多用，充分利用能源，降低投資成本。進入夏季制冷時必須先將系統(tǒng)進行冬夏季行環(huán)管路轉(zhuǎn)換，將生活水箱和膨脹水箱獨立使用，太陽能集熱器為用戶提供熱水。由熱泵機

10、組生產(chǎn)低溫水并儲存于膨脹水箱，通過風機盤管吸收室內(nèi)熱量，為室內(nèi)降溫，達到制冷目的。由于采用冷水系統(tǒng)，室內(nèi)水分及人體水分不易流失，所以遠比直接使用氟系統(tǒng)舒適。4.6自動控制系統(tǒng)本系統(tǒng)采用微電腦自動控制，能自動識別陽光有無及強弱，監(jiān)測水箱水溫和室內(nèi)溫度，實現(xiàn)太陽能集熱系統(tǒng)和采暖系統(tǒng)溫差循環(huán)，采暖實施分室分時段控制；水位自動控制；熱水系統(tǒng)自動循環(huán)保溫，恒溫恒壓給水；實時功能狀態(tài)顯示；另特為有峰/谷電價地區(qū)的用戶設(shè)計了谷電應用功能，使輔助能源在谷電時間段內(nèi)充分蓄能，享受優(yōu)惠電價，減少運行費用。為保證系統(tǒng)運行可靠及用戶人身安全，設(shè)置了多種保護措施，如漏電保護、過載短路保護、干燒保護、水流保護、逆序保護、

11、缺相保護、超溫保護、高壓保護、低壓保護、頻繁啟動保護等，用戶可放心使用?？刂葡到y(tǒng)人機界面可以顯示各種設(shè)置點參數(shù)及各設(shè)備運行情況，自動檢測系統(tǒng)故障并顯示故障代碼，以方便查詢和檢修。通過全智能化的控制功能，即充分有效地采集利用了可再生能源又最大限度地節(jié)約了能源，同時保證了系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性和安全性。三 經(jīng)濟性分析3.1 419m²建筑采暖、制冷、生活熱水供應形式的初投資及運行、維護費用比較： 名稱項目太陽能+低溫熱泵采暖、制冷、熱水燃煤鍋爐采暖+中央空調(diào)制冷電加熱熱水（0.48噸/日）太陽能熱水（0.48噸/日）初投資、萬元23.38萬元（558元/ m²）（120元/m&#

12、178;+260元/m²）*419=15.92萬元0.5萬元（6kw電鍋爐）無夏季運行費用、元/m²（90天）419*20元/=0.84萬元419*20元/=0.84萬元245天*0.5*19.5=2389元無冬季運行費用、元/m²（120天）419*12元/=0.5萬元419*30元/=1.3萬元120天*0.5*19.5=1170元1170*30%=351元平均年維修費用400元2000元400元351元全年生活熱水3959元351元年運行維修合計總費用1.38萬元2.34萬元0.4萬元0.035萬元電費按0.5元/kwh計算，低溫熱泵在0時能效比為3.0，太

13、陽能保證率按70%。由上表可見太陽能采暖、制冷、熱水每年運行費用可節(jié)約（2.34+0.4）-(1.38+0.035)萬元=1.32萬元。系統(tǒng)增投資為23.38-15.92-0.5=6.96萬元，增投資回收年限6.96/1.325年。系統(tǒng)使用壽命為20年，壽命期內(nèi)節(jié)約費用20年*1.32=26.4萬元。其中還沒考慮常規(guī)能源漲價因素、利率因素等，而且燃煤鍋爐、電鍋爐一般不超過10年就需要較大的設(shè)備更換投資，本文不做詳盡的計算。3.2系統(tǒng)碳減排量太陽能熱水系統(tǒng)二氧化碳減排量Qco2=Qsave*n/W*Eff*F co2*44/12式中Qco2系統(tǒng)壽命期內(nèi)二氧化碳減排量Qsave=62632MJ（太

14、陽能三聯(lián)供系統(tǒng)的節(jié)能量。因為太陽能貢獻率為40%，輔助能源為保證率為60%，由于采用熱泵技術(shù)，常規(guī)能源消耗不會大于總能耗的30%，）Eff=95%（常規(guī)能源水加熱裝置的效率）F co2=0.866kg碳/kg標準煤（二氧化碳排放因子，kg碳/kg標準煤）W=29308MJ/kg(標準煤熱值)n=20（經(jīng)濟分析年限年）依上表計算：Qco2=62632MJ*20年/29.30MJ*0.866kg碳*44/12=181205.94kg合計181噸太陽能采暖、制冷、生活熱水系統(tǒng)在壽命期內(nèi)二氧化碳減排量為181噸四、結(jié)論本系統(tǒng)是對太陽能、熱泵、低溫熱水輻射地板采暖地綜合利用。春、夏、秋可完全依靠太陽能提供足夠的日常生活用熱水；夏季用熱泵和風機盤管制冷，冬季以太陽能為熱源，熱泵為輔助能源完成采暖和熱水供應的任務。在本系統(tǒng)中太陽能采用地暖專用集熱器，集熱效率高，系統(tǒng)能穩(wěn)定性強。輔助能源為低溫熱泵機組，它彌補了太陽能的間歇性和隨季節(jié)變化帶來的