太陽能綜合能源利用系統(tǒng)簡析

摘要 針對學(xué)校太陽能用熱特點(diǎn)及客戶需求，我們設(shè)計(jì)并建設(shè)了一個大型太陽能制冷、采暖、生活熱水的綜合能源利用系統(tǒng)，并對其進(jìn)行了簡要分析。  　　0 前言 　　在全球氣候變化的大背景下，發(fā)展低碳經(jīng)濟(jì)已迅速成為世界各國經(jīng)濟(jì)發(fā)展與城市建設(shè)的新趨勢，同時，建設(shè)低碳城市已經(jīng)成為國內(nèi)眾多城市的規(guī)劃目標(biāo)和產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型依據(jù)。“哥本哈根聯(lián)合國氣候變化峰會”一場全球矚目、沸沸揚(yáng)揚(yáng)的會議讓低碳環(huán)保、節(jié)能減排成為全球人類關(guān)注的焦點(diǎn)。  　　1 當(dāng)?shù)靥柲苜Y源與建筑負(fù)荷分析  　　山東德州地處北緯36°24’，在我國劃分的4類太陽能輻射資源地區(qū)中，屬于資源較富區(qū)。圖1和圖2是德州近年來的月平均日輻照強(qiáng)度以及月平均日照時數(shù)。  圖1 德州月平均日輻照強(qiáng)度   圖2 德州月平均日照時數(shù) 　　本工程分成四期，一期、二期為學(xué)生教學(xué)樓，三期為學(xué)生生活區(qū)，四期為圖書館，見圖3、圖4。總建筑總面積為82000㎡，通過建筑能耗模擬分析軟件IES(VE)(Integrated Environmental Solutions)動態(tài)地分析出建筑物全年的冷熱負(fù)荷，其模擬結(jié)果如表1所示。 圖3   工程1～3期負(fù)荷模擬圖示 圖4 工程四期負(fù)荷模擬圖示 表1 項(xiàng)目模擬負(fù)荷結(jié)果 　　2 系統(tǒng)設(shè)計(jì) 　　2.1 太陽集熱器的選取 　　迄今為止，國內(nèi)外的太陽能制冷空調(diào)系統(tǒng)通常采用溫水型吸收式溴化鋰制冷機(jī)。該類制冷機(jī)在熱源溫度足夠高場合，性能良好；為更好地匹配太陽能空調(diào)運(yùn)營，需要配備更適合的太陽能集熱系統(tǒng)。但目前市場上大面積推廣的普通真空管集熱器在中溫階段的利用效率很低且存在中溫狀態(tài)下易炸管的安全隱患，而普通熱管和U管集熱器避免了在中溫階段炸管的安全隱患，但是在中溫集熱階段，其效率還是不容樂觀。為順應(yīng)太陽能空調(diào)市場的發(fā)展，我們開發(fā)并采用了三維內(nèi)聚光真空管集熱器，此集熱器在80℃以上的中溫階段，效率相對高一些。  　　2.2 重要計(jì)算 　　利用太陽能逐時輻照氣象資料來計(jì)算太陽能的得熱功率，再利用逐日平均功率得到機(jī)組功率，根據(jù)水箱的保溫性能得出高溫集熱水箱的大小，根據(jù)其他用熱情況，計(jì)算蓄熱水箱的大小。圖5為某一典型天的得熱曲線。 圖5 典型天得熱量隨時間的變化 　　2.3能源方案 　　根據(jù)學(xué)校的用熱情況及客戶的需求，太陽能布置集熱器總集熱面積2856㎡，太陽能集熱系統(tǒng)夏季用于制冷、冬季采暖、四季提供生活熱水，整體太陽能系統(tǒng)的流程如圖6所示。 圖6 整體太陽能系統(tǒng)能源流程 　　綜合考慮能源利用情況，保證太陽能資源的最大化利用以及根據(jù)客戶需求，將太陽能制冷、采暖、生活熱水綜合設(shè)計(jì)其四季的能源方案如下。 　　夏季：結(jié)合學(xué)校用熱特色，即白天利用太陽能智能控制技術(shù)，太陽能提供88℃～83℃的熱源驅(qū)動太陽能專用機(jī)組（溴化鋰機(jī)組），產(chǎn)生7℃～12℃的冷凍水通過室內(nèi)末端進(jìn)行室內(nèi)制冷，太陽能空調(diào)制冷用熱（所需供熱水88℃，機(jī)組停70℃），晚上利用空調(diào)機(jī)組余熱來滿足宿舍生活熱水用熱（60℃），通過設(shè)計(jì)本系統(tǒng)白天保證太陽能空調(diào)用熱，晚上余熱滿足生活用水。 　　冬季：結(jié)合學(xué)校用熱特色，即利用太陽能智能控制技術(shù)，太陽能產(chǎn)生的30℃～35℃熱水通到室內(nèi)輻射吊頂末端進(jìn)行室內(nèi)輻射采暖。冬季太陽能產(chǎn)生的熱水首先滿足宿舍生活熱水用熱（60℃），多余熱量盈余夜間輻射吊頂采暖（40℃）。 　　四季：滿足宿舍生活用水（最高用水量82t/d）、滿足鍋爐預(yù)熱。 　　3工程經(jīng)濟(jì)效益分析 　　3.1經(jīng)濟(jì)效益分析 　　經(jīng)濟(jì)效益指的是由太陽能產(chǎn)生的熱從而減少常規(guī)能源的消耗量而減少的費(fèi)用。拿太陽能與常規(guī)能源燃煤相比，太陽能產(chǎn)生的熱從而引起減少燃煤量而減少的費(fèi)用，其費(fèi)用產(chǎn)生的根本在于煤炭的價格。按照目前市場上煤炭價格估算太陽能的靜態(tài)投資回收年限來看，初步預(yù)測將普通煤炭折合為標(biāo)準(zhǔn)煤，標(biāo)準(zhǔn)煤價格為1200元/d。大學(xué)城所利用的太陽能集熱器，全年可減少燃燒標(biāo)準(zhǔn)煤571d，即全年可節(jié)省68.5萬元,從而計(jì)算此項(xiàng)目的靜態(tài)回收年限約8～9年。 　　3.2社會效益分析 　　本系統(tǒng)與各類常規(guī)能源鍋爐社會效益對比，太陽能熱水、太陽能制冷、太陽能采暖系統(tǒng)每年可節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤571d、減少CO2排放1519d、減少SO2排放13d、減少NOX排放29d、減少粉塵排放49d。 　　4 結(jié)語 　　本太陽能綜合能源能源利用系統(tǒng)避免了普通聯(lián)集管集熱系統(tǒng)存在的系統(tǒng)排氣不暢，和容易炸管以及炸管后太陽能空調(diào)系統(tǒng)效率低影響整個系統(tǒng)運(yùn)行的系列問題。真正意義上實(shí)現(xiàn)了微排校園概念，體現(xiàn)了綠色建筑的理念，提供了更完美的太陽能與建筑結(jié)合工程方案和低碳建筑能源工程方案。