分析工廠太陽能熱水系統(tǒng)工程案例

1工程概況 　　該項目為浙江優(yōu)尼特新能源有限公司廠區(qū)4號綜合樓熱水系統(tǒng)工程，該項目分為兩期，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)計規(guī)范》為依據(jù)，其中對宿舍用熱水定額為30-60L/人；（按照工廠當?shù)丨h(huán)境條件，我們?nèi)?5℃為計算依據(jù)）；由于工廠作息時間比較規(guī)律，為了保證使用熱水高峰時段仍能保持正常供應(yīng)，計算采用的同時使用系數(shù)為0.9（即用水高峰時期每天有90％的員工用熱水）；同時由于工廠用水時間集中在18：00-22：00時間段，用水時間雖然只有4小時左右，但是瞬時出水量大。 　　根據(jù)多年工程實踐經(jīng)驗，工程設(shè)備使用空間和保溫水箱投資成本等，水箱設(shè)計容積按照每天熱水供應(yīng)量的80%來配置最理想。按每人每天60L計算，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。 　　該工程太陽能熱水系統(tǒng)由太陽能集熱器、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，同時使得管道外也吸收部分太陽能。5月份水箱溫度達到85℃以上，系統(tǒng)初期總投資費用比電加熱熱水系統(tǒng)增加1000元/m2。 　　2計算說明 　　2.1氣象條件以及計算說明 　　根據(jù)國家氣象中心提供杭州站（北緯29°35′東經(jīng)120°49′）2001年水平面太陽總輻射月平均日輻照量數(shù)值見表1：MJ/m2 　　2.2冷水計算溫度（摘自：《民用建筑太陽熱水系統(tǒng)工程技術(shù)手冊》） 　　此處基礎(chǔ)水溫按地下水溫度15℃設(shè)計。 　　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小時日照時間）共設(shè)計每日產(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—儲熱水箱內(nèi)水的設(shè)計溫度，55℃ 　　Cw—水的定壓比熱容，4.18KJ/（kg·℃）；ti—水的初始溫度，15℃  　　計算得：每天所需熱量為896000KJ=896MJ。 　　2.4太陽能集熱面積計算（摘自：《民用建筑太陽能熱水系統(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—太陽能保證率，0.5；ηcd———集熱器全日集熱效率；∩L—管路及儲水箱熱損失率，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為YNT-JRQ.B-01，此型號的外形尺寸為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°，朝向為偏西南方向。工程集熱器見圖1： 圖1工程集熱器 　　3熱水系統(tǒng)原理以及控制說明 　　系統(tǒng)分兩部分：（1）太陽能主管道集熱器熱循環(huán)系統(tǒng)；（2）集中供熱系統(tǒng)。 　　1太陽能主管道集熱器熱循環(huán)系統(tǒng):集熱定溫循環(huán)，當集熱器溫度T1大于水箱溫度T2設(shè)定值（如10℃）,集熱循環(huán)水泵啟動，逐步加熱水箱中的水溫度。當集熱器溫度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)：當水箱溫度在設(shè)定時間段小于用水下限溫度時，控制器啟動電加熱，當電加熱加到用水溫度上限時停止加熱。如此反復(fù)，來保證在用水時間段的溫度。當用戶用水時，供水管路內(nèi)壓力下降，此時供水增壓泵自動啟動，來保證用戶熱水管道流量和壓力，同時管路裝有回水系統(tǒng)，來減少用戶打開用熱水時的過多冷水浪費。 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 —太陽能熱水系統(tǒng)的節(jié)能量，MJ；Ac—系統(tǒng)太陽能集熱面積，90m2；Jm—太陽能集熱器采光面積上年總太陽能輻照量，4800MJ/m2；∩cd—管路和水箱的熱損失率；∩c———太陽能集熱器的年平均集熱效率，50%； 　　由上式計算，可得系統(tǒng)年節(jié)能量吟Qsave為172800MJ。 　　4.2年節(jié)能費用 　　由系統(tǒng)獲得的熱能計算的年節(jié)能費用為：Wj =Cc Q△save式中Wj—由系統(tǒng)獲得的熱能計算的年節(jié)能費用，元；Cc —當?shù)禺斈甑某Ｒ?guī)能源熱價，元/MJ。  　　由于當?shù)刭e館、住宅、機關(guān)等單位大部分使用的是電加熱，故本文進行能耗對比的能源為電能，電費按1元/（kW·h）計算，電的當量熱值為3.6MJ/（kW·h），計算結(jié)果當年常規(guī)能源熱價Cc為0.2元/MJ，根據(jù)公式Wj=Cc △Qsave，可以得到年節(jié)能費用約為4.94萬元。 　　4.3壽命期內(nèi)的總節(jié)約費用 　　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)在運行期間的維修費用和燃料價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)約費用，元；PI—折現(xiàn)系數(shù)；Ad—太陽能系統(tǒng)總投資，8.8萬元；Dj—每年用于太陽能熱水系統(tǒng)有關(guān)的維修費用占增投資的百分率，一般取1%。 　　折現(xiàn)系數(shù)PI由下式計算： 　　式中：d—年市場折現(xiàn)率，可取銀行貸款利率，6.12%；e—年燃料上漲率，1%；n—經(jīng)濟分析年限，出處為系統(tǒng)壽命從系統(tǒng)開始運行算起，15年； 　　通過計算可得PI=10.229，壽命期內(nèi)總節(jié)省費用SAV=10.229×（4.94-8.8×1%）-8.8=40.83萬元 　　4.4投資回收期 　　靜態(tài)回收期：Yt =Wz /Wj （6） 　　由于本項目的初投資Wz為8.8萬元，系統(tǒng)從太陽能中獲得能源費用Wj為4.94萬元，計算得到靜態(tài)回收期為2年左右。 　　5項目環(huán)保效益 　　太陽能熱水系統(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—標準煤熱值，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。 　　通過以上分析可知太陽能熱水器熱水供應(yīng)系統(tǒng),具有很好的經(jīng)濟性,在壽命期內(nèi)可節(jié)約25.6萬元，年運行耗能費低,遠低于常規(guī)熱水系統(tǒng),節(jié)能效果十分明顯,而且太陽能是無污染能源,是一種取之不盡、用之不竭的綠色能源,這是其他能源所無法比擬的,在環(huán)境污染日趨嚴重的今天,這一點尤為重要。因此,采用平板太陽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。