太陽能熱水系統(tǒng)設(shè)計及經(jīng)濟性分析

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(xué)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?xì)庹婵諢崴仩t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(rèn)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(fù)荷：

太陽能熱水系統(tǒng)的負(fù)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(dāng)?shù)卮悍?、秋分所在月（春、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(biāo)準(zhǔn)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(xué)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(biāo)準(zhǔn)》 GB/T 50378—2006 [2]第5.2.18 條優(yōu)選項“根據(jù)當(dāng)?shù)貧夂蚝妥匀毁Y源條件，充分利用太陽能、地?zé)崮艿瓤稍偕茉?，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?xì)馊贾?5.544MJ/ m3

3. 天燃?xì)鈨r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%。