平板太阳能方案.docx
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平板太阳能方案
平板太阳能热水器设计方案
太阳能是最具潜力的可再生能源。
我国太阳能资源极为丰富,年太阳能辐照总量大于502万kJ/㎡、年日照时数超过2200h的地区占国土面积2/3以上。
按我国《2000-2015年新能源和可再生能源产业发展规划》要求,我国太阳热水器保有量到2015年达到2.7亿m2,2020年达到5.0亿m2,2005年我国太阳能热水器的保有量7500万m2,由此可见,太阳能光热利用有着广阔的市场前景。
太阳能热利用的范围非常广,可以供暖、干燥、制冷、发电、海水淡化、消毒等。
太阳能供热采暖是太阳能利用的新方向,它可以满足冬季供暖,其它季节供热水,是太阳能光热综合应用新技术,在我国北部地区的应用已引起了关注。
长三角地区虽然属于非供暖地区,但冬季也相当寒冷,给人们的生活生产带来诸多不便,有供暖的必要。
供暖常见的热源主要是燃煤、燃气、燃油锅炉或热电厂蒸汽。
在长三角地区,由于供暖时期较短,相关设施不完备,一般情况下冬季常用空调制热,耗电量大,效果不好,人们迫切要求开发节能型供暖设备,太阳能供暖首当其冲。
长三角所处华东地区是我国太阳能资源丰富的地区之一,太阳能年辐射总量在3.3×106~8.4×106千焦/米2之间,每平方米的得热量相当于112~286公斤标准煤!
按目前太阳能光热转换率最低45%考虑,太阳能用于生活、生产供热采暖完全可以胜任。
1、设计资料:
本工程为满足飞索半导体(中国)有限公司供暖及热水需求设计,设计耗热量为120kw。
2、设计依据
1)GB/T18713-2002《太阳热水系统设计、安装及工程验收技术规范》
2)ISO9806-1:
1994《太阳集热器检测方法》
3)GB/T6424-997《平板型太阳能集热器技术条件》
4)GB4271-84《平板型太阳能集热器热性能试验方法》
5)GB/T1551-1995《太阳能热水器吸热体、连接管及其配件所用弹性材料的评价方式》
6)GB/T13384—92《机电产品包装通用技术条件》
7)GBJ93-86《工业自动化仪表工程施工及验收规范》
8)GB50242-2002《建筑给水排水及采暖工程施工质量验收规范》
9)GB50268-97《给水排水管道工程施工及验收规范》
10)GB50332-2002《给水排水工程管道结构设计规范》
11)GBJ15-88《建筑给水排水设计规范》
12)JGJ116-98《建筑抗震加固技术规程》
13)GB50009-2001《建筑结构荷载设计规范》
14)GB50057-94《建筑物防雷设计规范》
15)JGJ/T16-92《民用建筑电气设计规范》
16)GBJ131-90《自动供仪表安装工程质量检验评定标准》
17)GB/T50106-2001《给水排水制图标准》
18)GB4272-92《设备及管道保温技术通则》
19)98R418《管道及设备保温》国家建筑标准设计图集
20)建质〖2003〗4号《全国民用建筑工程设计技术措施》2003年3月1日起执行
21)JGJ59-99《建筑施工安全检查标准》
3、设计参数
3.1气象参数
地理位置:
北纬31.3°,东经120.6°
年太阳辐照量:
水平面4657.516MJ/m2,30°倾角表面5544.37MJ/m2
年日照时数:
1997.5h
年平均日照时数:
5.5h
年平均温度:
16.0℃;
年平均日太阳辐照量:
水平面12.76MJ/m2,30°倾角表面15.191MJ/m2
3.2热水设计参数
小时耗热量:
120kw
设计热水温度:
60℃
设计冷水温度:
17℃
3.3太阳能集热器性能参数
集热器类型:
平板集热器
集热器规格型号:
YASOL-PM-111114
集热器采光面积:
2m2
4、设计方案
4.1工程原理图
说明(结合运行原理图):
1、根据苏州的地理位置,集热器采用30°倾角,保证太阳热水系统冬季热水供应。
2、工质循环管道采用紫铜管,耐腐蚀、耐高压,寿命长。
3、采用两个水箱:
一个作为集热水箱,另外一个作为恒温供水水箱。
双循环控制,24h供应热水。
4、自动补水:
系统采用电磁阀自动补水,当供热水箱内水位低于设定水位时打开电磁阀进行补水。
5、集热温差循环:
在储热水箱与集热器之间采用温差循环控制。
当集热器内温度T1比储热水箱内水的温度T2高5℃以上,集热循环水泵P1自动启动;当二者之间的温差小于2℃时,P1停止运行。
6、防冻:
系统采用双循环控制,集热循环介质采用YASOL双循环承压系统专用循环介质,高沸点、低凝固点,彻底解决防冻问题,保证系统一年四季正常运行。
7、恒温供水:
控制柜恒温智能控制,恒温供水。
当供热水箱温度T3低于52℃时,启动辅助能源,开始加热。
当供热水箱内温度达到55℃时停止,满足用水温度,辅助热源为容积式水加热器,热媒为蒸汽。
。
8、两水箱之间的循环:
当储水箱内温度T2比供热水箱内温度T3高5℃以上时,循环泵P2启动,两水箱之间开始循环,当二者之间的温差小于2℃时,P2停止运行。
以达到节能的作用。
9、注意事项:
电磁阀前面加装过滤器,以防止杂质堵塞电磁阀;水平安装的单向阀选用升降式单向阀,垂直安装的单向阀选用旋启式单向阀。
4.2、设计计算
4.2.1太阳集热器的定位
太阳集热器朝向:
正南;倾角:
30°。
4.2.2集热器面积确定
4.2.2.1确定太阳能保证率f
苏州属太阳能资源一般区,系统全年使用,取太阳能保证率f=0.6。
4.2.2.2确定管路及贮水箱热损失率ηL由于系统保温的热水管路和贮热水箱等部件都在室内,环境温度较高,ηL取0.05。
4.2.2.3集热器年集热效率ηcd
取ta=17℃;ti=tL/3+2tend/3=45.67℃;SY=5.5h;JT=15191KJ/㎡。
归一化温差=767W/m2
则归一化温差X=0.0374㎡?
℃/W。
查得ηcd=0.55。
取Qw=20571L/d;c=4.187kJ/(kg?
℃);ρr=1kg/L;tend=60℃;tL=17℃;JT=15191KJ/㎡;f=0.6;ηL=0.02;ηcd=0.55。
Ac=326.6m2
集热器的规格为一块2㎡,则需要163.3块集热器,取164。
则实际集热器面积为328㎡。
4.2.3设备选型
4.2.3.1贮热水箱按每平方米太阳集热器面积对应75L贮热水箱容积确定:
水箱的有效容积Vr=75Ac=24600L
4.2.3.2集热系统循环泵
按每平方米集热器的流量为0.02kg/(㎡?
s)计算,集热系统的流量为23616L/h,此流量即为集热系统水泵的流量。
4.2.3.4集热系统换热器加热面积计算
0.95x112920/5000/5/0.8=5.4m2
4.2.4系统节能效益分析
4.2.4.1基础参数
电热值3600KJ/kwh 用电价格0.55元/kwh 电锅炉效率0.95
天然气热值:
34000KJ/m3 天然气价格:
2.4元/m3 燃气锅炉效率:
0.8
柴油热值:
46040kj/kg 柴油价格:
5.42元/kg 燃油锅炉效率:
0.85
标准煤热值:
29298kj/kg 煤价格:
800元/吨 燃煤锅炉效率:
0.65
4.2.4.2太阳能热水系统年节省量ΔQsave
取Ac=328㎡;JT=5544.37MJ/㎡;ηcd=0.55;ηc=0.05。
代入公式 ΔQsave=AcJT(1-ηc)ηcd
则 ΔQsave=950194MJ/a
4.2.4.3寿命期内太阳能热水系统的总节省费用
节省蒸汽:
年节省费用:
G=1.1x950194x103x0.186/2725.5=71330元
寿命期内节省费用:
71330x[1+(1+0.1)+(1+0.1)2+(1+0.1)3………+(1+0.1)20]-910840x0.01x20=3905041元
节省电费:
年节省费用:
950194x0.55x1000/(3600x0.95)=152809元
寿命期内节省费用:
152809x[1+(1+0.1)+(1+0.1)2+(1+0.1)3………+(1+0.1)20]-910840x0.01x20=857378.8元
节省天然气费:
年节省费用:
950194x2.4x1000/(34000x0.8)=83841元
寿命期内节省费用:
153790x[1+(1+0.1)+(1+0.1)2+(1+0.1)3………+(1+0.1)20]-910840x0.01x20=4621901元
节省柴油费:
年节省费用:
950194x5.42x1000/(46040x0.8)=139825.5元
寿命期内节省费用:
139825.5x[1+(1+0.1)+(1+0.1)2+(1+0.1)3………+(1+0.1)20]-910840x0.01x20=7829831元
节省燃煤费:
年节省费用:
950194x0.8x1000/(29298x0.65)=39916.4元
寿命期内节省费用:
765034x[1+(1+0.1)+(1+0.1)2+(1+0.1)3………+(1+0.1)20]-910840x0.01x20=2105039.5元
太阳能热水系统二氧化碳的减排量
取W=29308KJ/kg;n=20年;FCO2=0.866kg碳/kg标准煤,Eff=0.95
代人公式
则 Qco2=1890t
20年内二氧化碳的减排量为1890t。
太阳能热水工程设计
太阳能热水工程系统
太阳能太阳热水工程
▲应用场合多:
太阳能热水工程应用广泛,从一般家庭、小单位到大企业、大集团;几十人、几百人甚至上千人的洗浴都可应用。
▲适用范围广:
根据不同地域及所处纬度选择合适倾角的集热器;根据屋面结构选择不同类别的集热器;根据不同气候配置不同真空集热管。
▲选择类型多:
单机串并联热水工程从经济型到豪华型;联集管集热模块热水工程从自然循环到温差循环;家用太阳热水工程从普通型到别墅型。
▲经济实用:
集热部件采用国际领先的干涉膜技术,集热性能更强,性价比更高。
生产制造选用先进的进口设备及科学的管理体系,保证工程产品的质的精良,达到工程项目较高的使用性能。
一次性投资,长期受益;一般三年左右可收回投资,相当于节能使用十二年以上,投资回报率高。
▲环保节能:
无公害,无污染,有利于房顶防晒;90%节电,是绿色环保节能的首选。
热水工程解决方案比较
1.热泵与太阳能相结合的解决方案
大规模的集中热水系统,将太阳能与空气源热泵联合,能实现在充分利用太阳能的前提下,空气源热泵作为辅助加热,使太阳能与空气源热泵优化组合,保证一年365天每天都能产生足够的热水,其耗能远小于常规太阳能热水系统的运行费用指标。
将空气源热泵热水系统引入到太阳能中央热水系统的应用,解决了太阳能辅助能源问题,并将两者的优势同时发挥,实现了热水系统最节能、最合理的结合运用。
太阳能系统与热泵系统既是相对独立又是联合的系统。
根据需要,它们既能分别单独满足使用要求,又能联合满足使用要求。
2.集中空调系统的制冷、采暖、热水一体化解决方案
夏天,多功能一体机组制冷时,采用高温转低温预蒸发制冷技术,使机组制冷比普通中央空调节能30%以上,且通过机组回收的废热制取节能的55℃热水,比普通电热、燃油、燃气热水器节能100%。
冬天,多功能一体机组无须制冷只需热水及取暖,机组设计采用独有低温制热技术,机组在-15℃低温环境下,也能吸取环境中的低温空气,制取55℃热水,比燃气、燃油、电热等制热设备节能70%以上,机组运行除了需用少量的电能驱动外,其它的能量全部来源于环境中和建筑中的免费热能,机组全年综合能效比达6.7以上。
3.基于热泵的别墅暖通空调热水系统整体解决方案
具体情况及其业主需求量身定做的,涵盖冬季采暖、夏季制冷、全年提供生活热水、灰尘吸附、空气灭菌净化甚至恒温恒湿,泳池加热等诸元的合理的科学的整体解决方案。
运用热泵、太阳能、地暖、自动控制等方式有机结合,可做到使业主能拥有自动运行的低能耗、高品质的生活空间。
4.酒店服务业中央空调解决方案
特为大中型建筑物(特别是酒店服务业)中央空调系统的设计的热源塔冷(热)源热泵,具有明显的初投资低、节能和性能稳定优势。
热源塔热泵夏季制冷具有比冷却塔更好的冷却效果,较低的风速令人满意的降低了噪音;
冬季热源塔由于采用了宽带小温差传热设计,吸取低品位热源能力比窄带空气源热泵换热器结霜温度下降了5~6℃,减少了85%的结霜机率。
在环境负温度运行期间,设计有喷淋防霜系统以及旋流汽液分离消噪系统,有效地控制了对环境的污染。
热水工程的节能比较
高效节能环保热泵太阳能热水工程系统
热水量为30吨/天方案各种制热设备性价比较
注:
制热工作状况为:
环境温度20℃,进水温度15℃,出水温度55℃以上。
加热方式
电热水器
燃油锅炉
燃气锅炉
太阳能+电辅
热泵热水器
太阳能热泵热水器
能源种类
电
柴油
天然气
阳光+电
空气或水+电
空气或水+电
环保指数
环保不节能
污染不节能
污染不节能
环保节能
高效环保节能
高效环保节能
安全指数
危险
危险
危险
较危险
安全
安全
安装地方
安装不限制
受安装限制
受安装限制
受安装限制
安装不限制
安装不限制
实际热值
817千卡/kwh
8100千卡/kg
6450千卡/m3
817千卡/kwh
3870千卡/kwh
3870千卡/kwh
燃料价格
0.6元/kwh
6元/kg
3.5元/m3
0.6元/kwh
0.6元/kwh
0.6元/kwh
日消耗燃料
1467kwh
147.9kg
372m3
1467kwh
309kwh
309kwh
日运行费用
880元
887.4元
651元
880元
185元
185元
年能源费用
321200元
323901元
237615元
128480元
(40%用电)
67671元
27068元
40%用电
设备寿命
5--10年
5--15年
5--15年
10年
15年
10--15年
维护费用
0.2万元/年
0.96万元/年
0.2万元/年
0.1万元/年
无
使用效果
采用直流式供热水,水温不稳定
采用直流式供热水,水温不稳定
采用直流式供热水,水温不稳定
热水温度不稳定,受天气影响
智能控温补水供热水采暖冷气
智能控温补水供热水采暖冷气
优点
不污染,占地少
投资多占地多
投资多占地多
无污染安全环保
节约资源资金安全稳定环保
节约资源资金安全稳定环保
不足
使用费高,不安全因素较高
使用费高,危险环境有污染专人看管费较高
使用费高,危险环境有污染专人看管费较高
阴雨天夜晚热水不足,全年40%用电辅助加热
空气源热泵在-5℃环境效果偏低,地源热泵不影响
空气源热泵在-5℃环境效果偏低,水源地源热泵不影响
热泵节约的费用/年
25.3万元
25.6万元
16.99万元
6万元
太阳能热泵节约的费用/年
29.4万元
29.6万元
21万元
10万元
4万元
注:
表中每天用水量为30吨,热水温度为55℃、升温40℃为例计算,燃料价格按市场价为参考,电费0.6元/度;太阳能按每年40%阴雨天气用电辅助加热或热泵热水器加热。
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