太陽(yáng)能熱水方案

1、目 錄一、前言二、現(xiàn)場(chǎng)情況三、建造方案四、經(jīng)濟(jì)效益五、社會(huì)效益六、投資預(yù)算七、結(jié)論一、 前言隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展和人口的有計(jì)劃增長(zhǎng)，能源需求量日益增加，太陽(yáng)能這種可再生清潔能源的開(kāi)發(fā)有著重要的意義。雖然人類(lèi)在建筑中利用太陽(yáng)能方面已積累了不少經(jīng)驗(yàn)，但有目的地研究太陽(yáng)能還是最近幾十年來(lái)的事。1939年美國(guó)麻省理工學(xué)院建成了世界上第一座用來(lái)采暖的太陽(yáng)能系統(tǒng)，到七十年代世界性能源危機(jī)后，太陽(yáng)能的發(fā)展速度大大加快，目前世界上大約有幾十萬(wàn)座太陽(yáng)能建筑系統(tǒng)。太陽(yáng)能是指利用太陽(yáng)能替代部分常規(guī)能源加熱的一種方式。早期的太陽(yáng)能是利用太陽(yáng)熱能與光能的自然傳遞使居室溫暖明亮，通常稱(chēng)為“被動(dòng)式太陽(yáng)能建筑”。而后隨著科

2、學(xué)技術(shù)的發(fā)展和人們對(duì)居住環(huán)境要求的提高，逐漸從被動(dòng)式太陽(yáng)能發(fā)展成“主動(dòng)式太陽(yáng)能”。主動(dòng)式太陽(yáng)能建筑是由太陽(yáng)能集熱器、熱水槽、泵、散熱器、控制器和貯熱器等組成的供暖系統(tǒng)。它與被動(dòng)式太陽(yáng)能建筑一樣，圍護(hù)結(jié)構(gòu)應(yīng)具有良好的保暖隔熱性能。我國(guó)是太陽(yáng)能資源十分豐富的國(guó)家，三分之二的國(guó)土面積年日照量在2200小時(shí)以上，年輻射總量大約在每年33408360MJ/，相當(dāng)于110250kg標(biāo)準(zhǔn)煤/平方米。我國(guó)的太陽(yáng)能資源按年輻射總量劃分為五類(lèi)地區(qū)：豐富地區(qū)（66908360MJ/），較豐富地區(qū)（58526690MJ/），中等地區(qū)（50165852MJ/），較差區(qū)（41805016MJ/），最差區(qū)（33444180

3、MJ/）。即使我國(guó)太陽(yáng)能較差的地區(qū)，年輻射總量也接近東京（4220MJ/），高于倫敦（3640MJ/）、漢堡（3430MJ/）這些世界上太陽(yáng)能利用較好的城市，可見(jiàn)我國(guó)的太陽(yáng)能利用還大有潛力可挖。 熱泵與太陽(yáng)能集熱設(shè)備、蓄熱機(jī)構(gòu)相聯(lián)接的系統(tǒng)方式，不僅能夠有效地克服太陽(yáng)能本身所具有的稀薄性和間歇性，而且可以達(dá)到節(jié)約高位能和減少HotTag環(huán)境污染的目的，具有很大的開(kāi)發(fā)、應(yīng)用潛力。隨著人們對(duì)獲取生活用熱水的要求日趨提高，具有間斷性特點(diǎn)的太陽(yáng)能難以滿(mǎn)足全天候供熱，熱泵技術(shù)與太陽(yáng)能利用相結(jié)合無(wú)疑是一種好的選擇方法。 二、現(xiàn)場(chǎng)情況兩臺(tái)4噸蒸汽鍋爐，蒸汽壓力額定蒸汽壓力0.8MPa，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際壓力0

4、.2MPa，每天耗水量120噸。車(chē)間頂面積2000多平方米?，F(xiàn)因禁煤要求改為然用其他燃料的鍋爐?，F(xiàn)場(chǎng)圖：圖1 現(xiàn)場(chǎng)示意圖三、實(shí)施方案1、設(shè)計(jì)分析：（1）太陽(yáng)能系統(tǒng)分析：昆明日照屬較豐富地區(qū)（140.448160.56萬(wàn)大卡/平方米），年平均日照在2350小時(shí)，太陽(yáng)能集熱為148.8萬(wàn)大卡/平方米，熱效率按45%計(jì)算，每平方米每天可以供熱0.342萬(wàn)大卡/平方米，太陽(yáng)能按2000平方米計(jì)算，每天可提供684萬(wàn)大卡。可以把124.4噸水由20加熱到75.（2）熱泵系統(tǒng)分析：熱泵作為太陽(yáng)能的補(bǔ)充，昆明年平均氣溫為15，熱泵工作溫度-540。且高溫?zé)岜幂敵鰷囟?5，采用6臺(tái)輸出功率為91.2KW的高溫

5、熱泵機(jī)組，每天按20小時(shí)工作可最高可提供945.5萬(wàn)大卡熱量，當(dāng)環(huán)境溫度較低時(shí)也能提供709萬(wàn)大卡熱量，這些熱量能把128噸水由20加熱到75.（3）兩個(gè)系統(tǒng)并聯(lián)使用滿(mǎn)負(fù)荷運(yùn)行下，能把252.4噸水由20加熱到75，實(shí)際使用的水量為120噸，設(shè)計(jì)能力是實(shí)際使用的2倍。2、太陽(yáng)能系統(tǒng)：設(shè)計(jì)安裝10000支58×1800真空管太陽(yáng)集熱管，配置120M3熱水箱，由3500×6000的二只保溫?zé)崴浣M成循環(huán)儲(chǔ)水系統(tǒng)（兼軟水箱）。應(yīng)用專(zhuān)利技術(shù)“一種分水室循環(huán)貯熱水箱”專(zhuān)利號(hào)ZL952094827將系統(tǒng)的二個(gè)水箱分為高溫水室和低溫水室使用。在太陽(yáng)輻射較低時(shí)，只加熱高溫水箱的熱水，保證系

6、統(tǒng)提供的熱水溫度能滿(mǎn)足要求；當(dāng)太陽(yáng)輻射較高時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)分別將兩只水箱的水加熱，保證系統(tǒng)提供的水溫和水量滿(mǎn)足使用要求。系統(tǒng)采用溫差控制強(qiáng)制循環(huán)方式。當(dāng)集熱器內(nèi)的水溫高于箱內(nèi)的水溫，其溫差達(dá)到設(shè)定值時(shí)，循環(huán)水泵啟動(dòng)，將集熱器內(nèi)的熱水泵到熱水箱中。隨著循環(huán)的進(jìn)行，集熱器內(nèi)水溫逐漸下降，當(dāng)集熱器與熱水箱之間的溫差降到設(shè)定值時(shí)，循環(huán)水泵停止運(yùn)行，等待下一個(gè)循環(huán)周期。循環(huán)溫差上、下限可人為自行設(shè)定。全日照情況下，每天產(chǎn)70熱水120M3。設(shè)計(jì)依據(jù)：根據(jù)業(yè)主要求及有關(guān)現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范和規(guī)程。GB/T19141-2003 太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)技術(shù)條件GB/T18713-2002 太陽(yáng)熱水系統(tǒng)設(shè)計(jì)、安裝及工程驗(yàn)收技

7、術(shù)規(guī)范GB50015-2003 建筑給水排水設(shè)計(jì)規(guī)范DB53/T104-2003 太陽(yáng)熱水器（系統(tǒng)） 太陽(yáng)能加熱系統(tǒng)主要技術(shù)參數(shù)：鍋爐進(jìn)水我們采用太陽(yáng)能加熱：太陽(yáng)能以633.2kcal/·h的集熱量，一天平均以12小時(shí)的日照計(jì)算，每天每平方米集熱7598.4kcal，太陽(yáng)能的換熱效率按45%計(jì)算，2000的太陽(yáng)能每天可提供熱量683.856萬(wàn)大卡，能把120噸水有20加熱到77，除去每天水箱和管路的散熱10萬(wàn)大卡，太陽(yáng)能加熱水的水溫平均能保證在75以上太陽(yáng)能加熱圖： 圖2 太陽(yáng)能加熱系統(tǒng)示意圖3、熱泵系統(tǒng)：為保證陰雨天及夜間熱水供給，配置輸入功率24KW，制熱量約為91.2KW，額定

8、出水溫度75的空氣源高溫?zé)岜脽崴畽C(jī)組6套。熱泵熱水機(jī)組是一種先進(jìn)高效無(wú)污染的節(jié)能型熱水裝置。熱泵技術(shù)基于逆卡諾循環(huán)原理，采用電能驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)進(jìn)行熱交換，將低溫?zé)嵩吹哪芰课〔鬏斀o高溫?zé)嵩?，從而提高了熱能的品位便于利用。?biāo)準(zhǔn)工況下，該系統(tǒng)消耗一個(gè)單位的能量，則可從低溫?zé)嵩次?個(gè)單位的熱量供高溫?zé)嵩词褂?。即消耗一個(gè)單位的能量，可以得到3個(gè)單位的能量輸出，其能耗比高達(dá)3倍以上。因而節(jié)能效果非常顯著。鍋爐進(jìn)水我們采用熱泵加熱：熱泵以每臺(tái)91.2KW的熱量供出，一天20小時(shí)的工作計(jì)算，每天每臺(tái)熱泵輸出157.5萬(wàn)大卡，6套每天輸出熱量945.5萬(wàn)大卡熱量，當(dāng)環(huán)境溫度較低時(shí)也能提供709萬(wàn)大卡熱量，足可

9、以把120噸水由20加熱到75.4、綜合利用 該系統(tǒng)以太陽(yáng)能為主，熱泵作為太陽(yáng)能的輔助，在有陽(yáng)光時(shí)利用太陽(yáng)能加熱鍋爐進(jìn)水，沒(méi)有陽(yáng)光時(shí)采用熱泵替補(bǔ)太陽(yáng)能加熱鍋爐進(jìn)水，整套系統(tǒng)采用PLC自動(dòng)控制。在太陽(yáng)能供熱不足時(shí)由PLC自動(dòng)控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)熱泵的功率，保證供熱和進(jìn)水量，確保鍋爐處于正常工作狀態(tài)。太陽(yáng)能與熱泵并聯(lián)系統(tǒng)圖： 四、經(jīng)濟(jì)效益4噸鍋爐，0.2MPa的壓力，蒸汽溫度為120，太陽(yáng)能加熱進(jìn)水由20常溫加熱到77，需熱量22.8萬(wàn)大卡，在由77加熱到120蒸汽，需熱量230.63萬(wàn)大卡，總耗熱253.43萬(wàn)大卡，煤的發(fā)熱量按0.5萬(wàn)大卡，鍋爐效率按80%計(jì)算，每小時(shí)耗煤634千克/小時(shí)，由20加熱到

10、77，每小時(shí)可節(jié)煤57千克。如采用標(biāo)準(zhǔn)柴油加熱，熱值1.0996萬(wàn)大卡/千克，鍋爐效率按89%計(jì)算，每小時(shí)耗油260千克，每小時(shí)可節(jié)油23.4千克。如采用電加熱，每度電0.0864萬(wàn)大卡，每小時(shí)耗電2933度，每小時(shí)可節(jié)電264度。高溫?zé)岜眉訜徇M(jìn)水由20加熱到75，需熱量22萬(wàn)大卡，在由75加熱到120蒸汽，需熱量231.43萬(wàn)大卡，總耗熱253.43萬(wàn)大卡，煤的發(fā)熱量按0.5萬(wàn)大卡，鍋爐效率按80%計(jì)算，每小時(shí)耗煤634千克/小時(shí)，由20加熱到75，每小時(shí)可節(jié)煤55千克。如采用標(biāo)準(zhǔn)柴油加熱，熱值1.0996萬(wàn)大卡/千克，鍋爐效率按89%計(jì)算，每小時(shí)耗油260千克，每小時(shí)可節(jié)油22.65千克。

11、如采用電加熱，每度電0.0864萬(wàn)大卡，每小時(shí)耗電2933度，每小時(shí)可節(jié)電255度。鍋爐額定出力下采用太陽(yáng)能對(duì)鍋爐進(jìn)水加熱每小時(shí)三種能源的對(duì)比見(jiàn)下表：表1：三種能源節(jié)約對(duì)比方式煤柴油電單價(jià)（元）15.30.60采用太陽(yáng)能節(jié)約57(kg)23.4(kg)264(kw.h)節(jié)約成本（元）57124158.4采用熱泵節(jié)約55(kg)22.65(kg)255(kw.h)節(jié)約成本（元）55120127.5全年以330天計(jì)算，兩臺(tái)4噸鍋爐出力為額定值的75%，年需成本和采用太陽(yáng)能以一年196天正常使用，節(jié)約量見(jiàn)下表：原料太陽(yáng)能節(jié)約量(噸)太陽(yáng)能節(jié)約成本(萬(wàn)元)太陽(yáng)能維護(hù)維修成本(萬(wàn)元)節(jié)約成本(萬(wàn)元)煤3

12、3533.55.3528.15柴油137.672.9267.57電155.2(萬(wàn)度)93.287.85表2：太陽(yáng)能年節(jié)約量?jī)膳_(tái)4噸鍋爐出力為額定值的75%，年需成本和采用熱泵（以除去太陽(yáng)能使用的天數(shù)）134天為準(zhǔn)年節(jié)約量見(jiàn)下表：表3：熱泵年節(jié)約量原料熱泵節(jié)約量(噸)熱泵節(jié)約成本(萬(wàn)元)熱泵耗電成本(萬(wàn)元)熱泵維護(hù)維修成本(萬(wàn)元)節(jié)約成本(萬(wàn)元)煤221.122.11232.33-3.22柴油91.05348.2622.93電102.5(萬(wàn)度)61.536.17 綜合表2、表3得出采用太陽(yáng)能加熱泵系統(tǒng)，鍋爐燒煤年節(jié)約24.93萬(wàn)元；燃油每年可節(jié)約90.5萬(wàn)元；用電每年節(jié)約124.02萬(wàn)元。由于煤

13、禁止使用，從以上數(shù)據(jù)得，鍋爐改燃油18個(gè)月可以收回太陽(yáng)能熱泵系統(tǒng)投資成本。表4：在額定功率下，4噸蒸汽鍋爐相對(duì)三種燃料每小時(shí)耗量方式煤柴油電熱值5000(kcal/kg)10996(kcal/kg)864(kcal/kw.h)耗量（按額定）634(kg)260(kg)2933(kw.h)單價(jià)（元）15.30.60成本（元）63413781759.8五、社會(huì)效益 1、生態(tài)環(huán)境方面：提高了能源品質(zhì)、減少了部分燃料的尾氣排放、降低環(huán)境污染、保護(hù)生態(tài)環(huán)境。2、節(jié)約能源方面：太陽(yáng)能作為可再生能源，應(yīng)用太陽(yáng)能對(duì)鍋爐進(jìn)水加熱系統(tǒng)，改變鍋爐加熱都采用非可再生能源加熱結(jié)構(gòu)，節(jié)約了常規(guī)能源的消耗量，符合國(guó)家的發(fā)展

14、能源戰(zhàn)略。六、投資預(yù)算1、太陽(yáng)能系統(tǒng)序號(hào)名稱(chēng)規(guī)格單位數(shù)量單價(jià)（元）金額（元）備注1真空管58*1800支10000202000002聯(lián)集器孔1000020200000304不銹鋼3聯(lián)集器支架孔10000101000004熱水箱3500*6000m³1202200264000304不銹鋼5PP-R管40m5008040000含管件保溫6循環(huán)自動(dòng)控制系統(tǒng)A300套2248049607循環(huán)水泵德國(guó)威樂(lè)臺(tái)42580103208工時(shí)費(fèi)管12000101200009直接費(fèi)用小計(jì)93928010管理費(fèi)（5%）4696411稅收（4%）3757112利潤(rùn)（5%）4696413太陽(yáng)能系統(tǒng)合計(jì)10707

15、792、熱泵系統(tǒng)序號(hào)名稱(chēng)規(guī)格單位數(shù)量單價(jià)金額備注1熱泵熱水機(jī)組GT-SKR100套629667178002高溫機(jī)組2循環(huán)水泵德國(guó)威樂(lè)臺(tái)62580154803PP-R管63M601287680含管件、保溫4工時(shí)費(fèi)套655033005直接費(fèi)用小計(jì)2044626管理費(fèi)（5%）10223.17稅收（4）8178.58利潤(rùn)（5%）10223.19合計(jì)233086.7 太陽(yáng)能與熱泵系統(tǒng)使用壽命均為十年，鍋爐改為燃油鍋爐，太陽(yáng)能投資成本一年辦可以收回，熱泵系統(tǒng)投資成本當(dāng)年即可收回。綜合一下，總投資130.4萬(wàn)元，18個(gè)月完全收回成本。相對(duì)燒柴油，年節(jié)省90.5萬(wàn)元，相對(duì)電鍋爐年節(jié)省124.02萬(wàn)元。七、結(jié)論 研究建立利用太陽(yáng)能和熱泵對(duì)鍋爐進(jìn)水加熱的完整系統(tǒng)，并對(duì)系統(tǒng)一些