太陽(yáng)能+低谷電雙水箱系統(tǒng)介紹

摘要　本文以河北省秦皇島市經(jīng)濟(jì)技術(shù)開(kāi)發(fā)區(qū)動(dòng)力公司太陽(yáng)能+低谷電雙水箱熱水系統(tǒng)為例，介紹了在樓頂安裝太陽(yáng)能集熱器,應(yīng)用太陽(yáng)能+低谷電雙水箱方式，為使用者降低運(yùn)行成本，同時(shí)充分利用建筑物所能提供的安裝條件，達(dá)到太陽(yáng)能與建筑相結(jié)合的目的。該工程充分利用了太陽(yáng)能與低谷電的優(yōu)勢(shì)，合理規(guī)劃，設(shè)計(jì)出了一套穩(wěn)定高效的熱水系統(tǒng)。 　　1工程概況 　　河北省秦皇島市經(jīng)濟(jì)技術(shù)開(kāi)發(fā)區(qū)動(dòng)力公司（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“動(dòng)力”）位于秦皇島市經(jīng)濟(jì)技術(shù)開(kāi)發(fā)區(qū)崇山路西、閩江道東，擁有鍋爐房6座，自有供熱能力547MW，供汽能力115t/h，供熱管網(wǎng)（一次網(wǎng)）138km，蒸汽管網(wǎng)26.5km，主要負(fù)責(zé)秦皇島市開(kāi)發(fā)區(qū)的供熱及蒸汽供應(yīng)管理。 圖1動(dòng)力 　　動(dòng)力此前采用獨(dú)立小型鍋爐提供四季洗浴用熱水，由于近些年秦皇島市的太陽(yáng)能熱利用程度非常高，同時(shí)按照秦皇島市城市空氣污染物排放管理要求，動(dòng)力公司決定采用太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)替代傳統(tǒng)鍋爐熱水系統(tǒng)，在降低污染物排放的同時(shí)，達(dá)到減少相關(guān)費(fèi)用支出的目的。 　　浴室位于動(dòng)力東南角獨(dú)立的一層建筑，西面是浴室間，東面是鍋爐房，鍋爐停用，但是暫時(shí)保留，不進(jìn)行拆除，太陽(yáng)能系統(tǒng)只能放置在樓頂，經(jīng)過(guò)實(shí)際測(cè)量，樓頂提供的有效面積為70㎡。 　　2太陽(yáng)能熱力系統(tǒng)方案設(shè)計(jì) 　　2.1設(shè)計(jì)要求太陽(yáng)能熱力系統(tǒng)四季運(yùn)行，每天需要洗浴的職工人數(shù)按照100人考慮，提供充足的熱水供應(yīng)，該系統(tǒng)采用空氣源熱泵作為輔助熱源，即保證光照不足時(shí)職工的正常洗浴，又可以減少電能消耗，降低使用費(fèi)用；該系統(tǒng)需采用落水法取水，提高熱水利用率；該系統(tǒng)控制成本造價(jià)，投資回收期在3a~4a。2.2確定方案 　　2.2.1現(xiàn)場(chǎng)條件 　　按照樓頂有效使用面積，至少要匹配太陽(yáng)能集熱器97.5㎡，水箱需要占用6㎡左右的面積，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)勘察，樓頂面積有限，最多只能擺放太陽(yáng)能集熱器65㎡，即每日太陽(yáng)能集熱器所集熱量不能滿足當(dāng)日用熱需要，任何天氣都需要輔助熱源進(jìn)行熱量補(bǔ)充。 　　2.2.2空氣源熱泵分析 　　由于北方冬季天氣寒冷，秦皇島市最低溫度可達(dá)-25℃，雖然一些空氣源熱泵參數(shù)指出可以-20℃正常工作，但是此時(shí)的COP值毫無(wú)保證，平均效率太低，投資也就失去意義，而且空氣源熱泵為了保證其換熱效果，需要定期清理灰塵，維護(hù)較為不便。2.2.3方案建議秦皇島市企業(yè)用電峰段電價(jià)1.2元/（kW·h），平段電價(jià)0.76元/（kW·h），谷段電價(jià)0.34元/（kW·h），谷段電價(jià)與峰段電價(jià)的比值為1:3.53，采用低谷段電能進(jìn)行不足熱量的補(bǔ)充，不但可以降低電費(fèi)支出，相對(duì)比較采用空氣源熱泵又可以降低初投資，減少后期維護(hù)管理費(fèi)用，所以綜合各方面因素，我們建議動(dòng)力采用太陽(yáng)能+低谷電雙水箱熱水系統(tǒng)。 　　動(dòng)力采用太陽(yáng)能+低谷電雙水箱系統(tǒng)，但是提出，可不可以將電輔助加熱器改為空氣源熱泵，這樣在谷電時(shí)段使用空氣源熱泵，更好地節(jié)能、低耗。 　　經(jīng)過(guò)相關(guān)分析，考慮樓頂面積等因素，最終放棄了空氣源熱泵的構(gòu)想，確定了采用太陽(yáng)能+低谷電雙水箱熱水系統(tǒng)搭配電輔助加熱器的方案。 　　2.3方案概況 　　整套太陽(yáng)能熱力系統(tǒng)共計(jì)真空管500支，集熱面積65㎡； 　　系統(tǒng)包括容積為4.5m³不銹鋼內(nèi)膽儲(chǔ)熱水箱2臺(tái)； 　　每個(gè)水箱匹配電加熱器36kW； 　　安裝水泵3臺(tái)； 　　電動(dòng)閥門(mén)4臺(tái)。 　　3系統(tǒng)運(yùn)行原理 圖2太陽(yáng)能熱力系統(tǒng)原理 　　3.1系統(tǒng)創(chuàng)新點(diǎn) 　　動(dòng)力采用落水法取水，在運(yùn)行過(guò)程中，兩個(gè)水箱的水量、水溫會(huì)發(fā)生各種變化，太陽(yáng)能熱力系統(tǒng)必須掌握兩個(gè)水箱的水溫、水量及所含熱量，才能保證功能控制的準(zhǔn)確性，水溫很容易測(cè)量，在水量的確定上，液位變送器是最佳選擇，但考慮到要控制系統(tǒng)成本，本項(xiàng)目沒(méi)有采用液位變送器，而是采用了多點(diǎn)液位探頭測(cè)量。如圖3所示： 圖3水箱探頭分布 　　將水箱等分成5個(gè)液面高度，探頭按照水箱結(jié)構(gòu)進(jìn)行精確放置，1號(hào)~5號(hào)液位線中，每?jī)蓚€(gè)液位線之間的水量約為0.9m³。同時(shí)存在一個(gè)公共點(diǎn)和一個(gè)“停止液位線”，兩個(gè)水箱共占用PLC12個(gè)輸入點(diǎn)。 　　系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，PLC系統(tǒng)只需要根據(jù)液位探頭探得該水箱液位高度及該水箱水溫，就可以確定該水箱儲(chǔ)存的熱量值。 　　3.2蓄熱工況 　　夜間到達(dá)谷電時(shí)段（23:00~07:00），系統(tǒng)會(huì)根據(jù)兩個(gè)水箱液位高度及水溫情況，自動(dòng)計(jì)算出兩個(gè)水箱的熱量值，選擇其中較高的一個(gè)開(kāi)啟電加熱器，對(duì)其進(jìn)行低谷電蓄能（熱量相同時(shí)，選擇液位量較少的水箱；液位也相同時(shí)，選擇一號(hào)水箱），如果水箱液位未滿，則開(kāi)啟上水電磁閥及對(duì)應(yīng)該水箱的集熱電動(dòng)閥（D1或D2），開(kāi)始上水，水滿則停；當(dāng)該水箱溫度達(dá)到設(shè)定溫度時(shí)（60℃），停止加熱，同時(shí)該水箱被選擇為“供熱水箱”，開(kāi)啟對(duì)應(yīng)水箱的供水電動(dòng)閥（D3或D4）,客戶用水時(shí)，水泵(P3)運(yùn)轉(zhuǎn)，使用該水箱中的熱水。圖4為控制系統(tǒng)，圖5為觸摸屏界面。 圖4控制系統(tǒng) 圖5觸摸屏界面 　　3.3集熱工況 　　另外一個(gè)水箱被選擇為“集熱水箱”，打開(kāi)該水箱對(duì)應(yīng)的集熱電動(dòng)閥（D1或D2）。 　　1.該水箱液位未滿且水溫不足55℃時(shí)，或者，該水箱液位達(dá)到滿水狀態(tài)時(shí)：系統(tǒng)對(duì)比集熱溫度T1和該水箱溫度（T2或T3），出現(xiàn)溫差后，系統(tǒng)啟動(dòng)該水箱對(duì)應(yīng)的循環(huán)泵（P1或P2），水箱開(kāi)始集熱升溫； 　　2.該水箱液位未滿且水溫達(dá)到55℃時(shí)：系統(tǒng)檢測(cè)集熱溫度T1,當(dāng)集熱溫度達(dá)到58℃時(shí)，開(kāi)啟上水電磁閥，當(dāng)集熱溫度低于53℃時(shí)，停止上水。 　　3.4液位預(yù)警 　　補(bǔ)水取水法，由于液位量保持恒定，所以設(shè)計(jì)了一個(gè)溫度預(yù)警模式，水箱具備4個(gè)設(shè)定溫度，用于在“供熱水箱”溫度過(guò)低時(shí)，“集熱水箱”提前做好準(zhǔn)備及切換兩個(gè)水箱功能。 　　本項(xiàng)目采用落水法取水，溫度不再是考慮因素，而要考慮液位的變化。 　　由于每天開(kāi)始送熱時(shí)，“供熱水箱”為滿水位狀態(tài)，所以除了極特殊情況，“供熱水箱”均可以滿足用水要求，所以此處的預(yù)警措施是： 　　1.當(dāng)“供熱水箱”液位低于“2號(hào)液位線”時(shí)：停止太陽(yáng)能集熱器與“集熱水箱”的集熱換熱動(dòng)作，當(dāng)集熱溫度T1達(dá)到58℃時(shí)，開(kāi)啟上水電磁閥及“供熱水箱”對(duì)應(yīng)的集熱電動(dòng)閥（D1或D2），優(yōu)先將集熱器熱水送至“供熱水箱”，當(dāng)集熱溫度低于53℃時(shí)，停止上水； 　　2.當(dāng)“供熱水箱”液位低于1號(hào)液位線時(shí)：馬上檢測(cè)“集熱水箱”溫度，當(dāng)該水箱液位不足“1號(hào)液位線”時(shí)則開(kāi)啟補(bǔ)水（補(bǔ)水過(guò)程將臨時(shí)征用上水電磁閥及對(duì)應(yīng)的集熱電動(dòng)閥），當(dāng)水溫不足55℃時(shí)，開(kāi)啟電加熱器，水溫達(dá)到58℃停止； 　　3.當(dāng)“供熱水箱”液位低于“停止液位線時(shí)”：切換兩個(gè)水箱功能。 　　3.5部分規(guī)則： 　　1.當(dāng)水箱液位低于“1號(hào)液位線”時(shí)，禁用該水箱電輔助加熱器； 　　2.處于“集熱水箱”功能的水箱，水溫不得低于50℃，液位不得低于“1號(hào)液位線”。 圖6施工現(xiàn)場(chǎng) 　　4經(jīng)濟(jì)效益對(duì)比分析 表1太陽(yáng)能+低谷電雙水箱熱水系統(tǒng)與原有燃煤鍋爐經(jīng)濟(jì)效益分析 　　5結(jié)論 　　5.1根據(jù)表1對(duì)比可知，太陽(yáng)能+低谷電雙水箱熱水系統(tǒng)雖然新增投資15萬(wàn)元，但每年節(jié)省費(fèi)用5.1萬(wàn)元。即該系統(tǒng)改造后預(yù)計(jì)3a即可收回初投資，符合動(dòng)力要求。 　　同時(shí)太陽(yáng)能熱力系統(tǒng)每年可節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤約50t，減排二氧化碳123t。 　　5.2本文介紹的太陽(yáng)能+低谷電雙水箱熱水系統(tǒng)，是該產(chǎn)品第一次應(yīng)用到實(shí)際工程中，工程規(guī)模雖然較小，但是作為一種全新的產(chǎn)品，在投放市場(chǎng)的初期，還是應(yīng)該采取較為謹(jǐn)慎的態(tài)度。目前該工程投入使用有4個(gè)月的時(shí)間，系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)良好，在非谷電時(shí)段啟動(dòng)電加熱的次數(shù)只有3次，系統(tǒng)累計(jì)消耗電費(fèi)約3000元，符合設(shè)計(jì)預(yù)期。 　　5.3通過(guò)本工程，證明了太陽(yáng)能+低谷電雙水箱熱水系統(tǒng)具備優(yōu)秀的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值，憑借良好的節(jié)能效果，本產(chǎn)品非常適合安裝不便的小范圍場(chǎng)所，且具備使用谷電時(shí)段優(yōu)惠政策的企事業(yè)單位，相信隨著本產(chǎn)品功能的不斷擴(kuò)充完善，可以更好的為客戶相關(guān)需求提供多樣化的產(chǎn)品選擇。（秦皇島中榮太陽(yáng)能有限公司 李志遠(yuǎn)）