太陽能光熱應(yīng)用系統(tǒng)中太陽能年節(jié)能率的計算分析方法

1、太陽能光熱應(yīng)用系統(tǒng)中太陽能年節(jié)能率的計算分析方法摘要:介紹了太陽能光熱應(yīng)用熱水系統(tǒng)中年節(jié)能率的一種比較科學(xué)準(zhǔn)確的計算分析方法；以廣西環(huán)境保護(hù)廳危舊房改住房改造建設(shè)項目的子項目太陽能空氣源耦合熱水系統(tǒng)”為例,對太陽能的年節(jié)能率進(jìn)行了詳細(xì)的分析計算。從計算過程和計算依據(jù)來看，這種計算方法都較為科學(xué)可靠，對采用太陽能光熱應(yīng)用系統(tǒng)的節(jié)能減排分析計算，有著重要的參考意義。關(guān)鍵詞:太陽能空氣源熱泵節(jié)能率計算分析方法廣西屬于屬南亞熱帶季風(fēng)氣候，氣候溫和，平均年日照時數(shù)1600h,平均每年太陽能輻照量約為4578MJ/m2,太陽能資源十分豐富，利用太陽能潛力巨大。目前，社會上正推廣和普及集中供應(yīng)式的太陽能空氣

2、源耦合熱水系統(tǒng)，然而，太陽能空氣源耦合熱水系統(tǒng)在設(shè)計及項目申報時首先要進(jìn)行節(jié)能量的計算分析，太陽能光熱應(yīng)用系統(tǒng)中節(jié)能量的計算分析目前沒有一種較為科學(xué)可靠、具有很強說服力的計算分析方法，因此,本文以廣西環(huán)境保護(hù)廳危舊房改住房改造建設(shè)項目的子項目太陽能空氣源耦合熱水系統(tǒng)”為例，實踐一種新的計算分析方法。1項目的概況廣西環(huán)境保護(hù)廳危舊房改住房改造建設(shè)項目是將原來的低、矮、舊的職工住宅樓拆除，在原來土地上新建一棟33層的高樓,項目地址為廣西南寧市民族大道78號。為了響應(yīng)國家節(jié)能減排的號召，該項目采用了一種可再生能源建筑應(yīng)用形式一一太陽能空氣源耦合熱水系統(tǒng),本集中式熱水系統(tǒng)總計供應(yīng)186戶約651人日常

3、生活熱水需求。設(shè)計每天人均熱水定額為80L,使用時間為24h,最大用熱水季節(jié)每天用熱水總量為52m3。本熱水工程項目總計安裝了2600支太陽能真空集熱管，總計配備空氣源熱泵60匹,節(jié)能效果極為顯著。2熱水系統(tǒng)中太陽能集熱系統(tǒng)的年節(jié)能率的計算分析2.1熱水系統(tǒng)的工作過程太陽能空氣源耦合熱水系統(tǒng)通過自動控制模塊的控制，實現(xiàn)完全自動化控制。有充足的太陽能輻射時，熱水系統(tǒng)優(yōu)先采用太陽能來制取生活熱水，陰雨天氣或太陽能輻射不足時，啟動空氣源熱泵來作為輔助熱源制取生活熱水。2.2年節(jié)能率的定義太陽能熱水系統(tǒng)的年節(jié)能率，是指太陽能熱水系統(tǒng)在每年運行中相對于常規(guī)的熱水加熱方式，太陽能集熱系統(tǒng)節(jié)省的電量（不包括

4、其它輔助熱源節(jié)省的電量）占常規(guī)熱水加熱方式所消耗電量的比例。2.3熱效率的計算231太陽能集熱系統(tǒng)熱效率太陽能集熱系統(tǒng)的熱效率計算方法，以配備有循環(huán)水泵的集中式太陽能集熱系統(tǒng)為例，通常太陽能集熱系統(tǒng)在太陽輻照下熱水從初始溫度加熱到設(shè)定溫度，太陽能集熱系統(tǒng)只有循環(huán)水泵消耗少量電能，其它任何設(shè)備都不消耗電能，以本系統(tǒng)為例配備的循環(huán)水泵額定輸入功率為0.265kW循環(huán)1000kg已經(jīng)溫升35C的水所需要時間為0.128h,耗電為0.034度。因此得出配備有循環(huán)水泵的集中式太陽能集熱系統(tǒng)實際熱值為：35000/0.034=1029411.76kCal度；綜合熱效率為:1029411.76/860=11

5、9699%電熱水器熱效率本地區(qū)居民生活熱水的常規(guī)加熱設(shè)備為各家各戶獨立安裝的電熱水器，電熱水器的工作原理實際是電阻加熱，電熱水器熱效率為95%,即能效比為0.95。2.4節(jié)能率計算熱水熱量計算的統(tǒng)一條件設(shè)定南寧位于北回歸線以南，地理坐標(biāo)東經(jīng)108224匕緯2248陽光充足，雨量充沛，霜少無雪，氣候溫和，夏長冬短,年平均氣溫在21.6C。冬季最冷的1月平均12.8C，夏季最熱的7、8月平均28.2C。年均降雨量達(dá)1304.2mm,平均相對濕度為79%。這里一年四季都非常適合旅游觀光。亞熱帶季風(fēng)氣候。根據(jù)南寧市氣候特點，生活熱水需求量按照夏季、冬季和過渡季節(jié)劃分。夏季為59月共計153天，熱水需求

6、系數(shù)取0.6;冬季為1、2、12月，共計90天，熱水需求系數(shù)取1;過渡季為3、4、10、11月，共計122天，熱水需求系數(shù)取0.8。全年制熱需求及普通電熱水器能耗的計算用戶最大日用熱水總量:52t;水的溫差公式：水的溫差C）二水目標(biāo)水溫-水初始水溫?zé)崴枨罅抗剑簾崴枨罂偭慷沼米畲鬅崴偭繜崴枨笙禂?shù)X供應(yīng)天數(shù)熱水需求制熱量公式：Q=CpmAT式中：Q為該熱水系統(tǒng)運行需要的能量（kWh）;Cp為水的比熱容(Cp=1.167kWh/tG);T為水的溫升（即熱水目標(biāo)溫度與基礎(chǔ)初始水溫之差）；m為水的質(zhì)量。若使用電熱水器加熱制取生活熱水的用電量如下：電熱水器加熱用電量（kWh）二熱水制熱量斗電熱

7、水器電熱效率式中電熱水器電熱效率=95%。243太陽能集熱系統(tǒng)年節(jié)能率的計算1kCal=4.182kJ;1kW-h=3600kJ;每一支058X1800太陽能真空集熱管的集熱面積為0.1044m2,每模塊50支管集熱面積為5.22m2。太陽能真空集熱管集熱效率為92%。太陽能集熱系統(tǒng)管路和水箱的熱損失率，據(jù)許多實例檢測經(jīng)驗，取太陽能集熱系統(tǒng)的集熱量計算公式：Qsave=DAcJt(4-nc)-ncd其中:Qsave為太陽能熱水系統(tǒng)的年節(jié)能量,(KWh);D為計算天數(shù)；Ac為直接系統(tǒng)太陽能集熱器面積,m2;Jt為太陽能集熱器采光面上的平均每天太陽輻照量，(kWh)/m2,可參考中國氣象輻射資料年

8、冊(2001年)得到，如1月份為：5.93MJ/m2=1.647(kWh)/m2;nd為太陽能集熱器年平均集熱效率，;真空管太陽能集熱系統(tǒng)取92%;nc為管路和水箱的熱損失率，據(jù)許多實例檢測經(jīng)驗，取20%;由于太陽能每年的輻照總量變化非常小，可查閱權(quán)威資料中國氣象輻射資料年冊(2001年)得到廣西幾個主要城市按月份布的太陽能輻照量數(shù)據(jù)表。(見表2)每一支058X1800太陽能真空集熱管1月份共31天的集熱量為:Qsave=DAcJt(1-nc)-ncd=31X0.1044X647(X-20%)X2%=3.923(kWh)按這樣的方法計算得到每支058X1800太陽能真空集熱管在每個月份的集熱量

9、編成表格得到表3。經(jīng)計算得到每支058X1800太陽能真空集熱管全年的集熱量總計為91.313kWh。本節(jié)能項目整個小區(qū)總計安裝這種規(guī)格的太陽能真空集熱管為2600支,全年的集熱量總計為23.74138萬kW-ho要采集這些熱量，太陽能集熱系統(tǒng)所消耗的電能為：2374138T19699%=198.34(kWh)即本項目太陽能集熱系統(tǒng)年節(jié)能量為：2374138-198.34=237215.46(kWh)本項目太陽能集熱系統(tǒng)年節(jié)能率為：太陽能集熱系統(tǒng)年節(jié)能量斗常規(guī)熱水加熱方式的年用電量X100%=237215.46563980.5X00%=42.1%本項目太陽能集熱系統(tǒng)年節(jié)能率為42.1%。2.5

10、誤差分析從計算過程和計算依據(jù)來分析，本項目太陽能集熱系統(tǒng)年節(jié)能率的計算方法可稱之為逐日計算法”。逐日計算法的計算分析結(jié)果的誤差是存在的，誤差的大小主要與幾個參數(shù)有關(guān)。太陽能輻照量數(shù)據(jù)是參考中國氣象輻射資料年冊(2001年)得到,每年的氣候都會或多或少與2001年的有變化，但通常變化量不大。太陽能真空集熱管集熱效率取92%,這是太陽能真空集熱管的生產(chǎn)廠家提供的實驗數(shù)據(jù)，該參數(shù)我們也可通過實驗測出；管路和水箱的熱損失率，在實際工程中，如果保溫措施做得很好，可直接降低熱損失率。用戶每年的實際用熱量總和，每年實際用熱量與季節(jié)和氣候有關(guān)，因此各季節(jié)的用熱系數(shù)不同。2.6常規(guī)計算分析方法常規(guī)的計算分析方法見文獻(xiàn)1。3結(jié)語在能源危機(jī)壓力下，國家大力提昌開發(fā)利用可再生清潔能源。其中，太陽能光熱應(yīng)用技術(shù)是可再生清潔能源的開發(fā)應(yīng)用技術(shù)中最為成熟和廣泛應(yīng)用的技術(shù)之一。采用逐日計算法”來對太陽能光熱應(yīng)用系統(tǒng)中年節(jié)能率的計算分