太陽能年節(jié)能率的計(jì)算分析方法

　　本文介紹了太陽能光熱應(yīng)用熱水系統(tǒng)中年節(jié)能率的一種比較科學(xué)準(zhǔn)確的計(jì)算分析方法；以廣西環(huán)境保護(hù)廳危舊房改住房改造建設(shè)項(xiàng)目的子項(xiàng)目“太陽能空氣源耦合熱水系統(tǒng)”為例，對(duì)太陽能的年節(jié)能率進(jìn)行了詳細(xì)的分析計(jì)算。從計(jì)算過程和計(jì)算依據(jù)來看，這種計(jì)算方法都較為科學(xué)可靠，對(duì)采用太陽能光熱應(yīng)用系統(tǒng)的節(jié)能減排分析計(jì)算，有著重要的參考意義。

　　廣西屬于屬南亞熱帶季風(fēng)氣候，氣候溫和，平均年日照時(shí)數(shù)1600h，平均每年太陽能輻照量約為4578MJ/m2，太陽能資源十分豐富，利用太陽能潛力巨大。目前，社會(huì)上正推廣和普及集中供應(yīng)式的太陽能空氣源耦合熱水系統(tǒng)，然而，太陽能空氣源耦合熱水系統(tǒng)在設(shè)計(jì)及項(xiàng)目申報(bào)時(shí)首先要進(jìn)行節(jié)能量的計(jì)算分析，太陽能光熱應(yīng)用系統(tǒng)中節(jié)能量的計(jì)算分析目前沒有一種較為科學(xué)可靠、具有很強(qiáng)說服力的計(jì)算分析方法，因此，本文以廣西環(huán)境保護(hù)廳危舊房改住房改造建設(shè)項(xiàng)目的子項(xiàng)目“太陽能空氣源耦合熱水系統(tǒng)”為例，實(shí)踐一種新的計(jì)算分析方法。

　　1項(xiàng)目的概況

　　廣西環(huán)境保護(hù)廳危舊房改住房改造建設(shè)項(xiàng)目是將原來的低、矮、舊的職工住宅樓拆除，在原來土地上新建一棟33層的高樓，項(xiàng)目地址為廣西南寧市民族大道78號(hào)。為了響應(yīng)國(guó)家節(jié)能減排的號(hào)召，該項(xiàng)目采用了一種可再生能源建筑應(yīng)用形式――太陽能空氣源耦合熱水系統(tǒng)，本集中式熱水系統(tǒng)總計(jì)供應(yīng)186戶約651人日常生活熱水需求。設(shè)計(jì)每天人均熱水定額為80L，使用時(shí)間為24h，最大用熱水季節(jié)每天用熱水總量為52m³。本熱水工程項(xiàng)目總計(jì)安裝了2600支太陽能真空集熱管，總計(jì)配備空氣源熱泵60匹，節(jié)能效果極為顯著。

　　2熱水系統(tǒng)中太陽能集熱系統(tǒng)的年節(jié)能率的計(jì)算分析

　　2.1熱水系統(tǒng)的工作過程

　　太陽能空氣源耦合熱水系統(tǒng)通過自動(dòng)控制模塊的控制，實(shí)現(xiàn)完全自動(dòng)化控制。有充足的太陽能輻射時(shí)，熱水系統(tǒng)優(yōu)先采用太陽能來制取生活熱水，陰雨天氣或太陽能輻射不足時(shí)，啟動(dòng)空氣源熱泵來作為輔助熱源制取生活熱水。

　　2.2年節(jié)能率的定義

　　太陽能熱水系統(tǒng)的年節(jié)能率，是指太陽能熱水系統(tǒng)在每年運(yùn)行中，相對(duì)于常規(guī)的熱水加熱方式，太陽能集熱系統(tǒng)節(jié)省的電量（不包括其它輔助熱源節(jié)省的電量）占常規(guī)熱水加熱方式所消耗電量的比例。

　　2.3熱效率的計(jì)算

　　2.3.1太陽能集熱系統(tǒng)熱效率

　　太陽能集熱系統(tǒng)的熱效率計(jì)算方法，以配備有循環(huán)水泵的集中式太陽能集熱系統(tǒng)為例，通常太陽能集熱系統(tǒng)在太陽輻照下熱水從初始溫度加熱到設(shè)定溫度，太陽能集熱系統(tǒng)只有循環(huán)水泵消耗少量電能，其它任何設(shè)備都不消耗電能，以本系統(tǒng)為例配備的循環(huán)水泵額定輸入功率為0.265kW，循環(huán)1000kg已經(jīng)溫升35℃的水所需要時(shí)間為0.128h，耗電為0.034度。因此得出配備有循環(huán)水泵的集中式太陽能集熱系統(tǒng)實(shí)際熱值為：

　　35000/0.034=1029411.76kCal/度；

　　綜合熱效率為：1029411.76/860=119699%

　　2.3.2電熱水器熱效率

　　本地區(qū)居民生活熱水的常規(guī)加熱設(shè)備為各家各戶獨(dú)立安裝的電熱水器，電熱水器的工作原理實(shí)際是電阻加熱，電熱水器熱效率為95%，即能效比為0.95。

　　2.4節(jié)能率計(jì)算

　　2.4.1熱水熱量計(jì)算的統(tǒng)一條件設(shè)定

　　南寧位于北回歸線以南，地理坐標(biāo)東經(jīng)108°22′，北緯22°48′，陽光充足，雨量充沛，霜少無雪，氣候溫和，夏長(zhǎng)冬短，年平均氣溫在21.6℃。冬季最冷的1月平均12.8℃，夏季最熱的7、8月平均28.2℃。年均降雨量達(dá)1304.2mm，平均相對(duì)濕度為79%。這里一年四季都非常適合旅游觀光。亞熱帶季風(fēng)氣候。

　　根據(jù)南寧市氣候特點(diǎn)，生活熱水需求量按照夏季、冬季和過渡季節(jié)劃分。夏季為5～9月，共計(jì)153天，熱水需求系數(shù)取0.6；冬季為1、2、12月，共計(jì)90天，熱水需求系數(shù)取1；過渡季為3、4、10、11月，共計(jì)122天，熱水需求系數(shù)取0.8。

　　2.4.2全年制熱需求及普通電熱水器能耗的計(jì)算

　　經(jīng)計(jì)算得到每支￠58×1800太陽能真空集熱管全年的集熱量總計(jì)為91.313kW·h。本節(jié)能項(xiàng)目整個(gè)小區(qū)總計(jì)安裝這種規(guī)格的太陽能真空集熱管為2600支，全年的集熱量總計(jì)為23.74138萬kW·h。

　　要采集這些熱量，太陽能集熱系統(tǒng)所消耗的電能為：

　　2374138÷119699%=198.34（kW·h）

　　即本項(xiàng)目太陽能集熱系統(tǒng)年節(jié)能量為：

　　2374138-198.34=237215.46（kW·h）

　　本項(xiàng)目太陽能集熱系統(tǒng)年節(jié)能率為：

　　太陽能集熱系統(tǒng)年節(jié)能量÷常規(guī)熱水加熱方式的年用電量×100%

　　=237215.46÷563980.5×100%=42.1%

　　本項(xiàng)目太陽能集熱系統(tǒng)年節(jié)能率為42.1%。

　　2.5誤差分析

　　從計(jì)算過程和計(jì)算依據(jù)來分析，本項(xiàng)目太陽能集熱系統(tǒng)年節(jié)能率的計(jì)算方法可稱之為“逐日計(jì)算法”。逐日計(jì)算法的計(jì)算分析結(jié)果的誤差是存在的，誤差的大小主要與幾個(gè)參數(shù)有關(guān)。

　?。?）太陽能輻照量數(shù)據(jù)是參考《中國(guó)氣象輻射資料年冊(cè)（2001年）》得到，每年的氣候都會(huì)或多或少與2001年的有變化，但通常變化量不大。

　　（2）太陽能真空集熱管集熱效率取92%，這是太陽能真空集熱管的生產(chǎn)廠家提供的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，該參數(shù)我們也可通過實(shí)驗(yàn)測(cè)出；

　?。?）管路和水箱的熱損失率，在實(shí)際工程中，如果保溫措施做得很好，可直接降低熱損失率。

　　（4）用戶每年的實(shí)際用熱量總和，每年實(shí)際用熱量與季節(jié)和氣候有關(guān)，因此各季節(jié)的用熱系數(shù)不同。

　　3結(jié)語

　　在能源危機(jī)壓力下，國(guó)家大力提昌開發(fā)利用可再生清潔能源。其中，太陽能光熱應(yīng)用技術(shù)是可再生清潔能源的開發(fā)應(yīng)用技術(shù)中最為成熟和廣泛應(yīng)用的技術(shù)之一。采用“逐日計(jì)算法”來對(duì)太陽能光熱應(yīng)用系統(tǒng)中年節(jié)能率的計(jì)算分析，相對(duì)于常規(guī)方法，從計(jì)算過程和計(jì)算依據(jù)來看，這種計(jì)算方法都較為科學(xué)可靠，有較強(qiáng)的說服力，對(duì)采用太陽能光熱應(yīng)用系統(tǒng)的節(jié)能減排分析計(jì)算，有著重要的參考意義。