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        太陽能熱水系統(tǒng)設(shè)計及經(jīng)濟性分析

        2015-10-21 19:54:39何永
        科學與技術(shù) 2015年2期
        關(guān)鍵詞:經(jīng)濟性分析集中式

        何永

        摘要:介紹寧波地區(qū)一種集中式太陽能熱水系統(tǒng),并對其進行經(jīng)濟性分析及綠建評價介紹。

        關(guān)鍵詞:太陽能熱水 集中式 經(jīng)濟性分析 綠建評價 CO2減排量

        項目擬建教學綜合大樓地下一層,地上層數(shù)均為九層。其中綜合樓建筑高度為:35.9m。

        1熱源

        燃氣真空熱水鍋爐房作為主要熱源,太陽能作為輔助熱源。

        2熱水系統(tǒng)分區(qū)

        熱水分區(qū)同給水系統(tǒng),生活熱水的供回水溫度為60℃/50℃。熱水系統(tǒng)橫干管及立管設(shè)置同程,各衛(wèi)生間內(nèi)的橫支管均設(shè)置循環(huán)回水管。

        各樓設(shè)置循環(huán)水泵進行機械循環(huán),循環(huán)流量為最大小時熱水用水量的5%。

        3太陽能熱水系統(tǒng)概況

        考慮到用水量較大,用水時間較集中,集熱器面積較大,屋頂有充足的位置設(shè)置太陽能集熱器,因此選用集中式系統(tǒng)。

        系統(tǒng)優(yōu)點:集熱器和儲熱容積的共享,可以使同一單元的熱水使用峰值下降,均衡度提高,有利于提高系統(tǒng)的經(jīng)濟效益。供水的溫度和水量保證率高,類似于集中熱水系統(tǒng)。本系統(tǒng)集熱器采用U型真空管,采用混凝土基礎(chǔ)安置在樓頂,沒有墜落隱患,工程造價低;管理方便。本系統(tǒng)集熱器及循環(huán)控制設(shè)備均設(shè)于公共空間,便于物業(yè)統(tǒng)一管理,統(tǒng)一維護,能夠更有效的保證系統(tǒng)長期正常運行,在設(shè)備使用年限內(nèi)持續(xù)發(fā)揮效力,避免了用戶因維護成本高而放棄使用所造成的投資浪費。

        系統(tǒng)缺點:有收取熱水費的管理問題,若不采用集中輔助加熱的形式,系統(tǒng)內(nèi)各用戶用熱量的均衡難以控制。若采用集中輔助加熱的形式,收取熱水熱水費及維護管理比較復(fù)雜。但本項目作為物業(yè)集中統(tǒng)一管理不收熱水費,故無此缺點。

        通過以上對集中式系統(tǒng)的分析,筆者認為選用集中集熱、集中儲熱的集中式太陽能供水系統(tǒng),比較適合本工程的用水需求。

        4太陽能熱水系統(tǒng)計算

        1)熱水用水負荷:

        太陽能熱水系統(tǒng)的負荷計算:太陽能水量的選取按照平均日用水量。

        2)集熱器面積計算:

        采用平均日用水量作為設(shè)計水量,集熱器采用U型真空管。

        Qw——日均熱水用水量,L(可按最高日用水量的下限取值);

        Cw——水的定壓比熱容,4.187kJ/kg·℃;

        tend——儲水箱內(nèi)水的終止溫度,℃;

        ti——水的初始溫度,℃(與JT取值相同月份的冷水平均溫度);取15℃

        f——太陽能保證率,無量綱(0.4~0.8);取0.40

        根據(jù)系統(tǒng)使用期內(nèi)的太陽輻照量、系統(tǒng)的經(jīng)濟性及用戶要求等因素綜合考慮后確定。

        ρ——水的密度,0.9832kg/L;

        JT——當?shù)卮悍帧⑶锓炙谠拢ù?、秋季使用)或冬至所在月(冬季使用)集熱器采光面上月均日輻照量,kJ/m2·d;

        取秋分所在月的平均值,確定為12690 kJ/m2·d)

        ηcd——集熱器全日集熱效率,無量綱;

        根據(jù)國家標準取值0.46 ~ 0.55。取0.5

        ηL——管路及儲水箱熱損失率,無量綱;

        根據(jù)經(jīng)驗取值0.2 ~ 0.3。因本系統(tǒng)管道較長取最大值0.30

        綜合樓用水量數(shù)據(jù)代入公式(3.4-1):

        (3)行政教學綜合大樓合設(shè)一套太陽能熱水系統(tǒng)。

        根據(jù)工程屋面實際情況,綜合樓集熱器面積設(shè)置435平方米。理論上能加熱(15度冷水加熱至60度熱水)熱水32.2噸。

        ΔQ save= Ac×JT(1-ηL) η cd=435×12690×0.5×(1-0.3)=1932052.5KJ。

        加熱40.17噸熱水實際需Q=36900×4.187×(60-15)=7568630 KJ

        利用太能陽產(chǎn)生的生活熱水占建筑生活熱水用水量的百分比(X):

        X =ΔQ save /Q=1932052.5/7568630 =25.5%

        顯然滿足《綠色建筑評價標準》 GB/T 50378—2006 [2]第5.2.18 條優(yōu)選項“根據(jù)當?shù)貧夂蚝妥匀毁Y源條件,充分利用太陽能、地熱能等可再生能源,可再生能源產(chǎn)生的熱水量不低于建筑生活熱水消耗量的10%”的規(guī)定。

        3.5太陽能熱水利用的經(jīng)濟技術(shù)比較

        3.5.1直接運行費用估算

        運營電耗 :太陽能熱循環(huán)泵2.2KW,晴天每天運行4小時,每年系統(tǒng)運行146天的電費約為1200元。

        3.5.2效益分析

        相對于常規(guī)熱水系統(tǒng),太陽熱水系統(tǒng)在壽命期內(nèi)消費的特點是初期投資大而運行費用低。運行費用低,則是因為充分利用太陽能提供生活熱量而減少了常規(guī)能源的消耗。

        一、主要計算參數(shù)

        1.太陽能輻照量:12.69MJ/m2·d

        2. 燃氣燃值35.544MJ/ m3

        3. 天燃氣價格:4.45 元/ m3,折算后0.125元/MJ

        4. 太陽能設(shè)計使用壽命:15年

        本項目太陽能集熱面積為 435m2 。

        二、壽命期內(nèi)太陽熱水系統(tǒng)總節(jié)省費用的預(yù)評估

        1. 太陽供熱系統(tǒng)的年節(jié)能量

        Δ save=365×Ac×JT(1-ηL) η cd

        式中:

        Δ save 太陽熱水系統(tǒng)的節(jié)能量,MJ

        Ac--系統(tǒng)的太陽集熱器面積,435m2

        JT--太陽集熱器采光表面上的年平均日太陽輻照量,取 12.69MJ/m2·d

        ηcd--太陽集熱器的全日集熱效率,取 50%.

        ηL--管路和水箱的熱損失率,取30%。

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