太阳能中央热水系统设计

筑 龙 网 W WW .Z HU LO NG .C OM 筑龙网 www.zhulong.com 1 太阳能热泵中央热水系统项目设计 太阳能热泵中央热水系统将太阳能集热热水系统与热泵热水系统合而为 一，不仅具有高效、无污染和高可靠性等特点，还能在满足热水使用要求的前提 下，通过控制，充分利用可再生能源――太阳能，进一步降低热水供应系统的运 行成本。 系统构成 太阳能热泵中央热水系统主要由太阳能集热器、热泵、换热设备、循环泵、 储热水箱及控制器等组成，系统结构如图 1所示。 图 1 太阳能热泵中央热水系统结构 筑 龙 网 W WW .Z HU LO NG .C OM 筑龙网 www.zhulong.com 2 本系统主要利用太阳能集热以及热泵技术，建立了一套基于太阳能为主要 热能来源，辅助以热泵加热的全年热水供给系统。系统以先进的热泵技术解决了 太阳能集热在阴雨天不能满足一定温度热水需求的缺点；通过系统控制，使低辐 射值的太阳能能够得到充分的利用，大大提高了供热系统的效率；系统日产 30 吨、温度为 55℃的热水。 本系统采用计算机全自动控制，真正实现了系统运行过程的无人职守；通 过分析太阳能集热器中工质的温度、储热水箱温度、以及用户在不同时段的用水 量差异，合理安排太阳能热泵中央热水系统的工作方式，在保证用户全年每日 24 小时热水需求的前提下，最大限度的降低系统运行费用；合理的系统工作方 式，可充分利用太阳能和空气源中的热能，一般情况下，优先利用太阳能集热器 对蓄水箱中的水进行加热，当太阳能集热器产生的热水低于一定要求时，启动热 泵来辅助产生热水；控制系统通过对传感器状态、集热器温度、环境温度、设备 运转状态进行 检测 工程第三方检测合同工程防雷检测合同植筋拉拔检测方案传感器技术课后答案检测机构通用要求培训 ，及时发现系统运行故障，系统故障报警，并对实际运行数据 进行实时检测和记录；具有在低温环境下对太阳能集热器的防冻保护功能，保障 系统安全运行。 经济测算 本项目工程为西安电力投资 集团菊苑公寓热泵热水工程，地理 位置位于关中平原中部，介于北纬 33°39′ ～ 34°45′ 、 东 经 107°40′～109°49′之间。西安 气候属暖温带半湿润大陆性季风气 候，年平均气温 13.1～13.4℃。全 年以 7月最热，月平均气温 26.1～ 26.3℃，月平均最高气温 32℃左右；1月最冷，月平均气温-0.3～-1.3℃，月平 均最低气温-4℃左右，年较差达 26～27℃（年平均气温见下表）。年日照时间 1983～2267 小时，无霜期 208～230 图 2 我国太阳能年辐射总量分布 图 筑 龙 网 W WW .Z HU LO NG .C OM 筑龙网 www.zhulong.com 3 天，属于阳光可利用区域，如图 2所示。 西安市气候状况 月 份 1月 2 月 3 月 4月 5月 6月 7月 8月 9月 10 月 11 月 12 月 平 均 气 温 (℃) -0.5 2.2 7.9 14.1 19.4 24.8 26.3 25.3 19.6 13.8 6.8 0.9 日平均日照 (小时) 4.2 4.3 4.9 5.5 6.1 7.1 6.7 7.2 4.5 4.3 4.0 4.0 1) 太阳能集热分部系统 用水量为 30吨，自来水进水平均温度为 10℃，经系统加热后温度为 55℃， 电价格为 0.5元/kW·h。 a) 平均每日需要的能量： Q＝CM△t ＝1（kcal/kg·℃）×30000（kg）×（55-10）℃＝1350000（kcal） b) 太阳能热水供应： 从我国太阳能年辐射总量的分布图来看，西安介于太阳能年辐射较丰富区 与可利用区之间，一年每平方米的太阳能辐射量约为 1500 kW·h，太阳集热效 率为 47%，则每平方米一年的太阳能辐射量为： 1500 （kW·h）×47%＝705 （kW·h） 在该设计方案中，由于用户条件的限制，太阳能的集热面积设计量为 350m 2 ， 年集热量： Q1＝705 （kW·h/ m 2 ）×350（m 2 ）=246750（kW·h） =246750（kW·h） ×860（kcal/ kW·h）=21220500（kcal） 西安地区年日照时间约为 63%，一年中具体有 360×63%=227日。则太阳能 筑 龙 网 W WW .Z HU LO NG .C OM 筑龙网 www.zhulong.com 4 集热器每日吸收的太阳光能为： Q1′＝21220500÷227＝934824（kcal/日） 由于 Q1′< Q，还需要启动热泵进行辅助加热。 c) 热泵辅助热水供应： 热泵平均每日的运行费用：（1350000-934824）（kcal）÷860（kcal/ kW·h） ÷4×0.5（元/ kW·h）＝60.35（元） 在全年日照 63%的时间内系统的运行费用为： C1＝60.35（元/日）×227（日）＝13699.45（元） 2) 热泵供热分部系统 平均每日需要的能量： Q＝CM△t ＝1（kcal/kg·℃）×30000（kg）×（55-10）℃＝1350000（kcal） 热泵平均每日的运行费用： 1350000（kcal/日）÷860（kcal/ kW·h）÷4×0.5（元/ kW·h）＝196.22 （元/日） 在全年非日照时间内系统的运行费用为： C2＝196.22（元/日）×（360-227）（日）＝26097.38（元） 3) 太阳能热泵中央热水系统全年总费用： C＝C1＋C2＝13699.45+26097.38＝39796.83（元） 4) 各种加热方式比较 下表是 30吨 55℃热水各种加热方式比较（注：太阳能热水器为太阳能电辅 助加热） 筑 龙 网 W WW .Z HU LO NG .C OM 筑龙网 www.zhulong.com 5 供热方式 燃煤锅炉 燃油锅炉 燃气锅炉 电锅炉 太阳能 空气源热泵 太阳能热泵 燃料种类 煤 油 天然气 电 电 电 电 环境污染 非常严重 有 不严重 无 无 无 无 危险性 有 比较危险 非常危险 有 无 无 无 燃值（kCal/Kg或 kCal/kWh） 4300 10200 9000 860 860 860 860 平均热效率 64% 85% 75% 95% 300% 400% 720% 燃料单价 （ 元 /kg 或 元 /kWh） 0.45 4.2 2.2 0.5 0.5 0.5 0.5 30 吨热水需用燃 料 （kg或度/日） 490.55 155.71 200.00 1652.3 9 523.26 392.44 218.06 30 吨热水燃料费 用（元/日） 220.75 653.98 440.00 826.19 261.63 196.22 109.03 年燃料费用（万 元） 8.06 23.87 16.06 30.16 9.55 7.16 3.98 人工费用（万元/ 年） 有 有 有 无 无 无 无 设备使用年限 5～8年 5～8年 5～8年 5～8年 12～15 年 12～15年 12～15年 各种加热方式年燃料费用 的比较如图 2所示。 图 2 年燃料费用比较 万元 0 5 10 15 20 25 30 35 燃 煤 锅 炉 燃 油 锅 炉 燃 气 锅 炉 电 锅 炉 太 阳 能 空 气 源 热 泵 太 阳 能 热 泵 筑 龙 网 W WW .Z HU LO NG .C OM 筑龙网 www.zhulong.com 6 太阳能热泵中央热水系统的应用前景 太阳能热泵中央热水系统现在西安已经安装完毕，进入试运行阶段。从目 前试运行的结果来看，整个系统稳定，实际节能效果较为理想。 随着能源危机的加重和人们环境意识的增强，我国环境保护法规和节约能 源法的制定和出台， 大中城市的大部分供热设施将急需寻找新的高效节能环保 的替代产品。太阳能热泵中央热水系统属于高效节能环保类产品，符合国家的能 源和环保政策，属于政策支持的产品。从前面的各种加热方式的比较可以看出， 太阳能热泵中央热水系统每日的运行费用最低，是燃煤锅炉的 49%，燃油锅炉的 17%，燃气锅炉的 25%，是电锅炉的 13%，电辅助太阳能的 42%，纯空气源热泵的 56%，且在运行期间没有环境污染和潜在电气危险，系统运行期间没有人工费用。 目前，我国在太阳能热水器的基础理论研究、工艺材料研究、应用研究、 技术标准、制造水平、产品质量等方面，总体处于国际先进水平，多个指标国际 领先。热泵在我国还属于起步阶段，但由于我国热泵相近行业的发展比较成熟， 在市场的推动作用下将会快速发展。 太阳能热泵中央热水系统不足的一点是前期投入较大，从我国目前太阳能 市场和热泵市场的发展来看，设备成本有望下降到一个适当的水平。我国从事太 阳能热水器生产、销售和安装服务的企业有 1000多家，热水器保有量 4000多万 平方米，太阳能热水器产销量和安装面积居世界第一。2002 年，太阳能热水器 产量约 1000万平方米，产值约 110亿元，产值超亿元的已达十几家。计划到 2005 年，全国太阳能热水器年生产能力达 1100万平方米，总保有量 6400万平方米。 我国目前生产热泵热水器已有十几家，由于热泵热水器本身具有高效节能安全等 特点，一些相近行业的厂家将逐步进入该市场，以及随着热泵技术在我国的逐步 成熟，热泵热水器的成本将大幅度下降。 太阳能与热泵市场的发展，将使太阳能热泵中央热水系统的成本下降，只 要完善系统相关的配套技术，太阳能热泵中央热水系统就具有在太阳能辐射量丰 富的地区广泛推广应用的价值。