皇明太陽(yáng)能股份有限公司 ■ 張麗 劉志強(qiáng) 王成勇

一 引言

近年來(lái)隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，能源消費(fèi)迅猛增長(zhǎng)，環(huán)境污染問(wèn)題日益嚴(yán)重。加之嚴(yán)重依賴進(jìn)口的石油產(chǎn)品價(jià)格逐年暴漲，太陽(yáng)能等可再生能源的利用日益受到重視。但是投資建設(shè)太陽(yáng)能熱利用系統(tǒng)，其節(jié)能效果究竟如何，能否達(dá)到設(shè)計(jì)要求。目前國(guó)內(nèi)外很少有研究單位或部門對(duì)建筑的太陽(yáng)能熱利用系統(tǒng)進(jìn)行連續(xù)一年以上的運(yùn)行狀況監(jiān)測(cè)，且沒(méi)有根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行系統(tǒng)綜合經(jīng)濟(jì)指標(biāo)評(píng)價(jià)。因此，幾乎沒(méi)有對(duì)相同地方的不同季節(jié)、氣候的示范建筑連續(xù)一年的太陽(yáng)能熱利用系統(tǒng)的綜合經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)指標(biāo)。為此，我們建設(shè)了一套長(zhǎng)期監(jiān)控系統(tǒng)，分析系統(tǒng)性能與運(yùn)行參數(shù)的關(guān)系，提出典型熱利用系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)方案，用于太陽(yáng)能熱利用系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)和系統(tǒng)綜合性能評(píng)價(jià)。

二 太陽(yáng)能檢測(cè)方案

圖1 生活熱水系統(tǒng)運(yùn)行原理示意圖

圖1為典型的生活熱水系統(tǒng)運(yùn)行原理示意圖。本系統(tǒng)為閉式承壓太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)，系統(tǒng)利用集熱器和水箱之間的溫度差進(jìn)行集熱，補(bǔ)水通過(guò)對(duì)水箱水位的控制進(jìn)行自動(dòng)補(bǔ)水，末端采用自動(dòng)增壓泵靠壓力控制來(lái)自動(dòng)增壓用水，通過(guò)管道循環(huán)實(shí)現(xiàn)24h恒溫供熱水，陰雨天當(dāng)水箱水溫達(dá)不到設(shè)計(jì)要求時(shí)，自動(dòng)啟動(dòng)電加熱來(lái)維持溫度。圖中Gs為太陽(yáng)能集熱板換與生活熱水水箱之間換熱的水流量，m3/s；Tsjg、Tsjh分別為水箱至集熱板換供水管出水溫度、水箱至集熱板換的回水管回水溫度，℃；Gb為補(bǔ)水流量，m3/s；Th為補(bǔ)水溫度，℃；Gg、Gh分別為生活熱水供水干管水流量、回水干管水流量，m3/s；Tshrg、Tshrh分別為生活熱水供水溫度、回水溫度，℃；T0為水箱的水溫；Pd生活熱水輔助能源消耗量(以電量計(jì))，kWh。

圖2為太陽(yáng)能空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行原理示意圖。系統(tǒng)采用閉式承壓太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)，系統(tǒng)利用太陽(yáng)能集熱器與水箱之間的溫度差進(jìn)行集熱。夏季，利用太陽(yáng)能智能控制技術(shù)，太陽(yáng)能提供83～88℃的熱源驅(qū)動(dòng)太陽(yáng)能專用機(jī)組(溴化鋰機(jī)組)，產(chǎn)生7～12℃的冷凍水通過(guò)輻射吊頂末端進(jìn)行室內(nèi)制冷。當(dāng)太陽(yáng)能不足時(shí)，啟動(dòng)電壓縮螺桿機(jī)組。圖中Grg為太陽(yáng)能水箱供給空調(diào)機(jī)組的流量，m3/s；Trsg、Trsh分別為太陽(yáng)能水箱到機(jī)組的供水溫度、回水溫度，℃；Glg為太陽(yáng)能空調(diào)末端冷凍水管水流量，m3/s；Tlg、Tlh分別為太陽(yáng)能空調(diào)末端供水溫度、回水溫度，℃；Glz為制冷末端冷凍水管總供水流量，m3/s；Tlzg、Tlzh分別為空調(diào)末端總供水溫度、總回水溫度，℃。

圖2 太陽(yáng)能空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行原理圖

三 經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)計(jì)算方法

根據(jù)測(cè)試目的需要測(cè)試的內(nèi)容有：集熱系統(tǒng)得熱量、集熱系統(tǒng)有效效率，太陽(yáng)能保證率、太陽(yáng)能空調(diào)系統(tǒng)COP。其中每類評(píng)價(jià)指標(biāo)的含義、計(jì)算公式及所需的測(cè)量參數(shù)說(shuō)明如下。

1 集熱系統(tǒng)效率

(1)集熱系統(tǒng)得熱量Qc

由太陽(yáng)能集熱系統(tǒng)中太陽(yáng)集熱器提供的有用能量。

集熱系統(tǒng)得熱量計(jì)算公式為：

(2)集熱系統(tǒng)效率η

在測(cè)試期間內(nèi)太陽(yáng)能集熱系統(tǒng)有用得熱量與同一測(cè)試期內(nèi)投射在太陽(yáng)能集熱器上日太陽(yáng)輻照能量之比。

集熱系統(tǒng)效率采用式(2)計(jì)算：

其中，太陽(yáng)輻照量Qt的計(jì)算公式為：

測(cè)試參數(shù)有：太陽(yáng)累計(jì)輻照量(其累計(jì)時(shí)間與泵運(yùn)行時(shí)間相同)、集熱器面積、環(huán)境溫度、環(huán)境空氣流速以及測(cè)試時(shí)間。

(3)集熱系統(tǒng)有效效率η1

在測(cè)試期間內(nèi)太陽(yáng)能集熱系統(tǒng)輸出能量與同一測(cè)試期內(nèi)投射在太陽(yáng)能集熱器上總輸入能量之比。其中，集熱器總輸入能量包括太陽(yáng)輻照量和循環(huán)泵能耗。

式中：QB為循環(huán)泵耗，kWh。

2 太陽(yáng)能生活熱水系統(tǒng)保證率

(1)系統(tǒng)常規(guī)熱源耗能量

四季生活熱水系統(tǒng)采用電加熱Pd(Pd采用電表的電量的統(tǒng)計(jì)來(lái)計(jì)算)

(2)用戶的用熱量Quser

熱用戶的用熱量Quser由兩部分組成：用掉的水(Gg?Gh)帶走的熱量和回水沿著管路損失的熱量，即用戶用熱量計(jì)算公式為：

式中：T0為水箱水溫，℃。

需要注意的是：本次測(cè)試沒(méi)有進(jìn)行水箱的混水操作，只是將溫度傳感器放置在水箱中部，近似水箱的混水溫度。

(3)太陽(yáng)能生活熱水保證率f

系統(tǒng)中為太陽(yáng)能熱水部分提供的能量與系統(tǒng)需要的總能量之比。

太陽(yáng)能保證率f的計(jì)算公式為：

3 太陽(yáng)能空調(diào)系統(tǒng)

(1)太陽(yáng)能空調(diào)提供的制冷量Qlg

(2)大廈中需要的制冷量Qlz

式中：Glz為主干道上冷水流量，m3/s。

(3)太陽(yáng)能提供給制冷機(jī)組的熱量Qrsg

(4)吸收式冷水機(jī)組性能系數(shù)(熱力COP)

吸收式冷水機(jī)組性能系數(shù)為吸收式冷水機(jī)組的供冷量與供給吸收式冷水機(jī)組熱量的比值。

(5)太陽(yáng)能保證率fcooling

太陽(yáng)能熱水空調(diào)系統(tǒng)保證率fcooling為太陽(yáng)能部分提供的熱量形成的能量與系統(tǒng)總供冷量的比值。太陽(yáng)能空調(diào)保證率計(jì)算公式為：

四 數(shù)據(jù)處理及結(jié)果

通過(guò)對(duì)某辦公建筑太陽(yáng)能熱利用綜合系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，對(duì)2012年6月15日到2012年8月31日的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析及處理，得到太陽(yáng)能得熱量、太陽(yáng)能集熱系統(tǒng)效率，相關(guān)數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。

表1 77d累計(jì)得熱量及平均效率

從表1可看出77d累計(jì)得熱量為19.5萬(wàn)kWh；從系統(tǒng)的運(yùn)行情況看3號(hào)樓效率達(dá)到最高0.46，從系統(tǒng)上分析3號(hào)樓系統(tǒng)效率較高主要因?yàn)樗湓跇琼敚c集熱器的位置較近，熱損較小。因此，建議在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，盡量將集熱器與水箱位置最近，以減少管道的熱損。同時(shí)，太陽(yáng)能熱水的保證率達(dá)到0.94，可見(jiàn)對(duì)于太陽(yáng)能空調(diào)系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，為滿足太陽(yáng)能空調(diào)的熱量使用，在設(shè)計(jì)系統(tǒng)時(shí)要考慮好過(guò)渡季節(jié)的熱量應(yīng)用和蓄熱的問(wèn)題。

表2 8月份太陽(yáng)能空調(diào)的COP及貢獻(xiàn)率

從表2可以得出，太陽(yáng)能空調(diào)的COP可達(dá)到0.54，太陽(yáng)能的貢獻(xiàn)率可達(dá)到16%。 從后臺(tái)導(dǎo)出的數(shù)據(jù)顯示，太陽(yáng)能提供熱源的入口溫度越高，太陽(yáng)能COP越高。

五 結(jié)語(yǔ)

今天，太陽(yáng)能熱利用系統(tǒng)的推廣應(yīng)用是一種必然趨勢(shì)。如何最大限度地利用太陽(yáng)能，提高太陽(yáng)能對(duì)建筑能耗的貢獻(xiàn)率，是太陽(yáng)能全面推廣的關(guān)鍵問(wèn)題。而太陽(yáng)能保證率與系統(tǒng)使用期內(nèi)的太陽(yáng)輻照量、氣候條件、系統(tǒng)熱性能、末端熱負(fù)荷的規(guī)律與特點(diǎn)等因素有關(guān)。因此確定其影響因素間的相互關(guān)系，進(jìn)行因素間最優(yōu)化組合，以保證得到較高的太陽(yáng)能保證率，需要對(duì)一些典型系統(tǒng)進(jìn)行長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)。

通過(guò)對(duì)一個(gè)運(yùn)行4年的太陽(yáng)能熱水空調(diào)綜合利用系統(tǒng)進(jìn)行相關(guān)檢測(cè)之后的數(shù)據(jù)顯示。我們對(duì)系統(tǒng)的運(yùn)營(yíng)總結(jié)以下幾點(diǎn)見(jiàn)解，供同行進(jìn)行探討：

(1)太陽(yáng)能系統(tǒng)的得熱基本達(dá)到了原設(shè)計(jì)的要求，可以達(dá)到太陽(yáng)能空調(diào)的運(yùn)行條件。但是，對(duì)于太陽(yáng)能空調(diào)的輻照適合區(qū)域，還需要進(jìn)行適當(dāng)?shù)难芯亢徒?jīng)驗(yàn)累積。

(2)太陽(yáng)能發(fā)揮了一定的效果。通過(guò)實(shí)測(cè)，也發(fā)現(xiàn)了原設(shè)計(jì)中存在的不足和缺陷。為實(shí)現(xiàn)復(fù)雜系統(tǒng)的全面自動(dòng)運(yùn)行，系統(tǒng)采用很多電動(dòng)閥進(jìn)行工況間的切換，但在系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中由于電動(dòng)執(zhí)行元件的易損性，建議系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，不常用的工況切換使用手動(dòng)閥人工切換。

(3)施工是一個(gè)非常重要的環(huán)節(jié)。由于施工質(zhì)量的問(wèn)題，也帶來(lái)了本工程的一些遺憾和遺留問(wèn)題。比如說(shuō)保溫的作法、地埋管道的施工等。

(4)對(duì)于大型的綜合利用系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，良好的運(yùn)營(yíng)管理也是太陽(yáng)能發(fā)揮最大效力的重要步驟。在本工程檢測(cè)的過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)工人操作不當(dāng)、溫度傳感器失靈等小的缺陷，造成熱量大量損失。因此，良好的管理維護(hù)、定期保養(yǎng)對(duì)系統(tǒng)的高效運(yùn)行至關(guān)重要。

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