分析工廠太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)工程案例

1工程概況 　　該項(xiàng)目為浙江優(yōu)尼特新能源有限公司廠區(qū)4號(hào)綜合樓熱水系統(tǒng)工程，該項(xiàng)目分為兩期，一期主要提供1層的食堂用水和4、5層的宿舍生活用水。 　　二期擴(kuò)大到2、3層的辦公區(qū)域用水及冬季采暖。集體宿舍為公寓式，共20套，總?cè)胱∪丝谧疃酁?0人。生活用水以員工洗澡為主，食堂以清洗餐具為主，我們以GB50015-2003《建筑給水排水設(shè)計(jì)規(guī)范》為依據(jù)，其中對(duì)宿舍用熱水定額為30-60L/人；（按照工廠當(dāng)?shù)丨h(huán)境條件，我們?nèi)?5℃為計(jì)算依據(jù)）；由于工廠作息時(shí)間比較規(guī)律，為了保證使用熱水高峰時(shí)段仍能保持正常供應(yīng)，計(jì)算采用的同時(shí)使用系數(shù)為0.9（即用水高峰時(shí)期每天有90％的員工用熱水）；同時(shí)由于工廠用水時(shí)間集中在18：00-22：00時(shí)間段，用水時(shí)間雖然只有4小時(shí)左右，但是瞬時(shí)出水量大。 　　根據(jù)多年工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，工程設(shè)備使用空間和保溫水箱投資成本等，水箱設(shè)計(jì)容積按照每天熱水供應(yīng)量的80%來(lái)配置最理想。按每人每天60L計(jì)算，最大生活用水量為3.6t，食堂用水量為1t/d左右，現(xiàn)采用5t不銹鋼保溫水箱。 　　該工程太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)由太陽(yáng)能集熱器、貯熱水箱、自吸增壓泵、循環(huán)泵、循環(huán)管道、輔助熱源、控制系統(tǒng)和相關(guān)附件組成，屬于集中集熱間接換熱系統(tǒng)。 　　本工程的特點(diǎn)是循環(huán)管路少，集熱循環(huán)效果好，所以管道保溫采用5cm厚的巖棉，使得管道保溫效果極好，同時(shí)使得管道外也吸收部分太陽(yáng)能。5月份水箱溫度達(dá)到85℃以上，系統(tǒng)初期總投資費(fèi)用比電加熱熱水系統(tǒng)增加1000元/m2。 　　2計(jì)算說(shuō)明 　　2.1氣象條件以及計(jì)算說(shuō)明 　　根據(jù)國(guó)家氣象中心提供杭州站（北緯29°35′東經(jīng)120°49′）2001年水平面太陽(yáng)總輻射月平均日輻照量數(shù)值見(jiàn)表1：MJ/m2 　　2.2冷水計(jì)算溫度（摘自：《民用建筑太陽(yáng)熱水系統(tǒng)工程技術(shù)手冊(cè)》） 　　此處基礎(chǔ)水溫按地下水溫度15℃設(shè)計(jì)。 　　2.3每天所需要的能量 　　此工程在天氣晴好日照充足的情況下（每日≥6小時(shí)日照時(shí)間）共設(shè)計(jì)每日產(chǎn)55℃熱水5t。 　　5t水溫升40℃所需要的熱量為： 　　Q=Qw×Cw×（tend-ti）（1） 　　式中：Q—熱量，kJ；Qw—水量，kg；tend—儲(chǔ)熱水箱內(nèi)水的設(shè)計(jì)溫度，55℃ 　　Cw—水的定壓比熱容，4.18KJ/（kg·℃）；ti—水的初始溫度，15℃  　　計(jì)算得：每天所需熱量為896000KJ=896MJ。 　　2.4太陽(yáng)能集熱面積計(jì)算（摘自：《民用建筑太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)應(yīng)用技術(shù)規(guī)范》 　　式中：Ac—系統(tǒng)集熱器采光面積，m2；Qw —日用水量，m3；f—太陽(yáng)能保證率，0.5；ηcd———集熱器全日集熱效率；∩L—管路及儲(chǔ)水箱熱損失率，0.25。 　　從以上數(shù)據(jù)得出集熱器總面積為89.4m2，我們采用集熱器型號(hào)為YNT-JRQ.B-01，此型號(hào)的外形尺寸為2075×1075×80，每塊有效采光面積約為2.0m2，數(shù)量為45塊，確定集熱器安裝傾角為35°，朝向?yàn)槠髂戏较颉９こ碳療崞饕?jiàn)圖1： 圖1工程集熱器 　　3熱水系統(tǒng)原理以及控制說(shuō)明 　　系統(tǒng)分兩部分：（1）太陽(yáng)能主管道集熱器熱循環(huán)系統(tǒng)；（2）集中供熱系統(tǒng)。 　　1太陽(yáng)能主管道集熱器熱循環(huán)系統(tǒng):集熱定溫循環(huán)，當(dāng)集熱器溫度T1大于水箱溫度T2設(shè)定值（如10℃）,集熱循環(huán)水泵啟動(dòng)，逐步加熱水箱中的水溫度。當(dāng)集熱器溫度T1與水箱溫度T2差低于設(shè)定值（如5℃），集熱循環(huán)水泵停止。如此反復(fù)循環(huán)。 　　2集中供熱系統(tǒng)：當(dāng)水箱溫度在設(shè)定時(shí)間段小于用水下限溫度時(shí)，控制器啟動(dòng)電加熱，當(dāng)電加熱加到用水溫度上限時(shí)停止加熱。如此反復(fù)，來(lái)保證在用水時(shí)間段的溫度。當(dāng)用戶用水時(shí)，供水管路內(nèi)壓力下降，此時(shí)供水增壓泵自動(dòng)啟動(dòng)，來(lái)保證用戶熱水管道流量和壓力，同時(shí)管路裝有回水系統(tǒng)，來(lái)減少用戶打開用熱水時(shí)的過(guò)多冷水浪費(fèi)。 圖2熱水系統(tǒng)原理圖 　　4本工程節(jié)能效益分析 　　4.1年節(jié)能量 　　系統(tǒng)可獲得的年節(jié)能量為： 　　式中△Qsave —太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)的節(jié)能量，MJ；Ac—系統(tǒng)太陽(yáng)能集熱面積，90m2；Jm—太陽(yáng)能集熱器采光面積上年總太陽(yáng)能輻照量，4800MJ/m2；∩cd—管路和水箱的熱損失率；∩c———太陽(yáng)能集熱器的年平均集熱效率，50%； 　　由上式計(jì)算，可得系統(tǒng)年節(jié)能量吟Qsave為172800MJ。 　　4.2年節(jié)能費(fèi)用 　　由系統(tǒng)獲得的熱能計(jì)算的年節(jié)能費(fèi)用為：Wj =Cc Q△save式中Wj—由系統(tǒng)獲得的熱能計(jì)算的年節(jié)能費(fèi)用，元；Cc —當(dāng)?shù)禺?dāng)年的常規(guī)能源熱價(jià)，元/MJ。  　　由于當(dāng)?shù)刭e館、住宅、機(jī)關(guān)等單位大部分使用的是電加熱，故本文進(jìn)行能耗對(duì)比的能源為電能，電費(fèi)按1元/（kW·h）計(jì)算，電的當(dāng)量熱值為3.6MJ/（kW·h），計(jì)算結(jié)果當(dāng)年常規(guī)能源熱價(jià)Cc為0.2元/MJ，根據(jù)公式Wj=Cc △Qsave，可以得到年節(jié)能費(fèi)用約為4.94萬(wàn)元。 　　4.3壽命期內(nèi)的總節(jié)約費(fèi)用 　　系統(tǒng)在工作壽命期內(nèi)能夠節(jié)省的資金總額，還應(yīng)該考慮系統(tǒng)在運(yùn)行期間的維修費(fèi)用和燃料價(jià)格上漲等以及貸款利率等。 　　式中：SAV—系統(tǒng)壽命期內(nèi)的總節(jié)約費(fèi)用，元；PI—折現(xiàn)系數(shù)；Ad—太陽(yáng)能系統(tǒng)總投資，8.8萬(wàn)元；Dj—每年用于太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)有關(guān)的維修費(fèi)用占增投資的百分率，一般取1%。 　　折現(xiàn)系數(shù)PI由下式計(jì)算： 　　式中：d—年市場(chǎng)折現(xiàn)率，可取銀行貸款利率，6.12%；e—年燃料上漲率，1%；n—經(jīng)濟(jì)分析年限，出處為系統(tǒng)壽命從系統(tǒng)開始運(yùn)行算起，15年； 　　通過(guò)計(jì)算可得PI=10.229，壽命期內(nèi)總節(jié)省費(fèi)用SAV=10.229×（4.94-8.8×1%）-8.8=40.83萬(wàn)元 　　4.4投資回收期 　　靜態(tài)回收期：Yt =Wz /Wj （6） 　　由于本項(xiàng)目的初投資Wz為8.8萬(wàn)元，系統(tǒng)從太陽(yáng)能中獲得能源費(fèi)用Wj為4.94萬(wàn)元，計(jì)算得到靜態(tài)回收期為2年左右。 　　5項(xiàng)目環(huán)保效益 　　太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)CO2的減排量 　　式中Qco2 —系統(tǒng)壽命期內(nèi)二氧化碳的減排量，kg；W—標(biāo)準(zhǔn)煤熱值，29.308MJ/kg；n—系統(tǒng)壽命，年；Fco2—碳排放因子，0.866；∩eff —電效率，0.95。 　　由以上數(shù)據(jù)計(jì)算Qco2 =172800×15×44×0.86÷29.308×0.95=293.558t。 　　所以本工程在壽命期內(nèi)減排293.5tCO2的排放。 　　通過(guò)以上分析可知太陽(yáng)能熱水器熱水供應(yīng)系統(tǒng),具有很好的經(jīng)濟(jì)性,在壽命期內(nèi)可節(jié)約25.6萬(wàn)元，年運(yùn)行耗能費(fèi)低,遠(yuǎn)低于常規(guī)熱水系統(tǒng),節(jié)能效果十分明顯,而且太陽(yáng)能是無(wú)污染能源,是一種取之不盡、用之不竭的綠色能源,這是其他能源所無(wú)法比擬的,在環(huán)境污染日趨嚴(yán)重的今天,這一點(diǎn)尤為重要。因此,采用平板太陽(yáng)能集熱器作為熱源的熱水供應(yīng)系統(tǒng)是一種理想的熱水供應(yīng)系統(tǒng)，值得大力推廣應(yīng)用。