太陽能與采暖聯(lián)合運(yùn)行系統(tǒng)的研究

【摘要】：太陽能作為一種能源和動(dòng)力進(jìn)行應(yīng)用，已有300多年歷史，但在上個(gè)世紀(jì)70年代以前，太陽能技術(shù)的發(fā)展比較緩慢，利用范圍有限。而70年代初，世界上出現(xiàn)了開發(fā)利用太陽能的熱潮，研究領(lǐng)域不斷擴(kuò)大，出現(xiàn)了真空集熱管、非晶硅太陽電池、太陽能發(fā)電等等一批新成果，太陽能熱水器、太陽電池等產(chǎn)品開始實(shí)現(xiàn)商業(yè)化，但規(guī)模比較小，經(jīng)濟(jì)效益不理想。 太陽能開發(fā)利用經(jīng)歷的時(shí)間比較長，主要原因是因?yàn)樘柲艿拈_發(fā)利用難度較大。 由于大量燃燒不可再生能源，造成了全球性的環(huán)境污染和生態(tài)環(huán)境的破壞，對人類的生存和發(fā)展構(gòu)成威脅。一九九二年聯(lián)合國在巴西召開“世界環(huán)境與發(fā)展大會(huì)”，通過了《里約熱內(nèi)盧環(huán)境與發(fā)展宣言》等一系列重要文件，把環(huán)境和發(fā)展納入一個(gè)統(tǒng)一的框架，確立了可持續(xù)發(fā)展的模式，世界各國加強(qiáng)了清潔能源技術(shù)的發(fā)展。 太陽能作為一種取之不盡、用之不竭的新型清潔能源，它的開發(fā)利用越來越受到世界范圍的廣泛關(guān)注，太陽能與環(huán)境結(jié)合起來，使太陽能的利用迎來了一個(gè)新的發(fā)展階段。我國也相應(yīng)制定了《中國21世紀(jì)議程》，進(jìn)一步明確了太陽能為重點(diǎn)發(fā)展項(xiàng)目。 目前在太陽能的應(yīng)用中，太陽能熱水供應(yīng)應(yīng)用的最為普遍，其系統(tǒng)形 WP=49 式主要有：家用太陽能熱水器、集中式太陽能熱水供應(yīng)、太陽能開水供應(yīng)等。 集中式太陽能熱水供應(yīng)系統(tǒng)在運(yùn)行時(shí)需要補(bǔ)充熱源，目前補(bǔ)充熱源主要是以燃油爐或燃?xì)鉅t為主，也有用電進(jìn)行加熱的。這幾種補(bǔ)充熱源，具有系統(tǒng)初投資大，設(shè)備閑置時(shí)間長等缺點(diǎn)。我國大部分地區(qū)冬季需要采暖，將采暖系統(tǒng)的回水作為太陽能系統(tǒng)的補(bǔ)充熱源，接至太陽能系統(tǒng)的儲熱水箱中，這樣兩個(gè)系統(tǒng)可以聯(lián)合運(yùn)行，見圖1。 采暖熱媒的設(shè)計(jì)溫度一般為95~70℃。實(shí)際運(yùn)行時(shí)，隨著室外氣溫的變化，供水溫度會(huì)發(fā)生改變，相應(yīng)的回水溫度也在發(fā)生變化，對于與外網(wǎng)直接連接的一般散熱器熱水采暖系統(tǒng)，進(jìn)行質(zhì)調(diào)節(jié)時(shí)，管網(wǎng)的回水溫度可按下式計(jì)算 WP=50 （1） 式中th′為任一室外氣溫下，供熱管網(wǎng)的供、回水溫度，℃；tg、th為設(shè)計(jì)條件下的供、回水溫度，℃；tn為冬季室內(nèi)計(jì)算溫度，℃；tw為冬季室外空氣溫度，℃；twj為采暖室外空氣計(jì)算溫度，℃；B——與散熱器類型有關(guān)的實(shí)驗(yàn)系數(shù)。 以長春市為例：采暖室外空氣計(jì)算溫度為－23℃，室內(nèi)空氣設(shè)計(jì)計(jì)算溫度為18℃， 采用大60型散熱器，可查得B=0.28，將參數(shù)代入式（1）計(jì)算，結(jié)果表明回水溫度在40.3~70℃范圍內(nèi)變化（若有量調(diào)節(jié)時(shí)回水溫度變化范圍會(huì)增大幾度），在此取35~70℃分析。 由《建筑給水排水設(shè)計(jì)規(guī)范》可知，熱水供應(yīng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)溫度一般為60~75℃，另外，當(dāng)熱水供應(yīng)系統(tǒng)只供淋浴和盥洗用水，不供洗滌盆用水時(shí)，配水點(diǎn)最低水溫可不低于40℃。 這為采暖系統(tǒng)和太陽能系統(tǒng)的有機(jī)結(jié)合提供了有利條件。 在采暖期，圖1中閥門1、3、4打開，閥門5關(guān)小，閥門2關(guān)閉，熱水從水箱上部取用（儲熱水箱在實(shí)際運(yùn)行時(shí)，在擾動(dòng)較小的情況下，上部和下部的水溫相差接近10℃）。在太陽能系統(tǒng)得熱量越少的月份，采暖系統(tǒng)的回水溫度越高，太陽能系統(tǒng)可獲得的補(bǔ)充熱量越多。對于水—水換熱，其換熱溫差可取10℃，采暖系統(tǒng)在實(shí)際運(yùn)行時(shí)，很少能達(dá)到設(shè)計(jì)工況，回 WP=51 水溫度能達(dá)到60℃就算很高了，因而聯(lián)合運(yùn)行系統(tǒng)的熱水供應(yīng)最高溫度應(yīng)在70℃左右；另外當(dāng)采暖系統(tǒng)回水溫度在35℃時(shí)，基本在采暖的初期和末期，此時(shí)太陽能系統(tǒng)的得熱量有節(jié)余，采暖系統(tǒng)起冷卻作用，聯(lián)合運(yùn)行系統(tǒng)的熱水供應(yīng)溫度應(yīng)在45℃左右，即實(shí)際運(yùn)行時(shí)，采暖期聯(lián)合運(yùn)行系統(tǒng)的熱水供應(yīng)溫度在45~70℃的范圍變化，能夠滿足熱水供應(yīng)的要求。 在非采暖期，采暖系統(tǒng)停止運(yùn)行，而此時(shí)太陽能系統(tǒng)的得熱量有節(jié)余，儲熱水箱中的水溫高于熱水供應(yīng)的設(shè)計(jì)溫度，因此，圖1中閥門2打開，閥門1關(guān)閉，取用水箱下部溫度較低的熱水。 不同系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)效益可按照費(fèi)用年值法進(jìn)行分析比較，比較時(shí)都以系統(tǒng)每獲得1GJ的熱量所需費(fèi)用為基準(zhǔn)，計(jì)算公式如下： 每平方米建筑面積的費(fèi)用年值Z可按式（2）計(jì)算： （2） 式中Z為費(fèi)用年值，元/m2·年；C為熱水供應(yīng)系統(tǒng)的年運(yùn)行費(fèi)用，元/m2·年；K為熱水供應(yīng)系統(tǒng)的工程投資，元/m2；n為熱水供應(yīng)設(shè)施（設(shè)備）的種類數(shù)；x為投資效果系數(shù)，1/年。 系統(tǒng)每獲得1GJ的熱量所需的費(fèi)用Z1可按式（3）計(jì)算： WP=52 （3） 式中Z1`為系統(tǒng)每獲得1GJ的熱量所需的費(fèi)用，元/GJ；Q為每平方米建筑面積每年從系統(tǒng)中獲得的熱量，GJ/ m2·年。 在我國七個(gè)熱能區(qū)中，除南方區(qū)和西南區(qū)之外，其余五個(gè)區(qū)均需采暖，在這五個(gè)區(qū)內(nèi)分別取一個(gè)城市，即長春（東北區(qū)）、北京（華北區(qū)）、呼和浩特（黃土丘陵區(qū)）、烏魯木齊（西北干旱區(qū)）和拉薩（青藏高原），按式（2）、（3）進(jìn)行計(jì)算，結(jié)果表明： 1)青藏高原區(qū)利用太陽能系統(tǒng)進(jìn)行熱水供應(yīng)的費(fèi)用是最少的，而且比其它地區(qū)低很多，比費(fèi)用最高的東北地區(qū)（99.26元/GJ）低34.82%。 2）在我國的主要采暖地區(qū)，熱水供應(yīng)的熱負(fù)荷在采暖期與非采暖期相差不大，但采暖期所需集熱器面積均比非采暖期大一倍以上。這樣聯(lián)合運(yùn)行系統(tǒng)集熱器面積若按采暖期平均負(fù)荷確定，在采暖期無需額 【關(guān)鍵詞】：
【學(xué)位授予單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2004
【分類號】：TU832
【目錄】：

• 前 言5-13
• 第一章 太陽能與采暖聯(lián)合運(yùn)行系統(tǒng)的技術(shù)分析13-22
• 1.1 集中式太陽能熱水系統(tǒng)13-14
• 1.1.1 集中式太陽能熱水系統(tǒng)的形式13-14
• 1.1.2 太陽能熱水系統(tǒng)供應(yīng)特點(diǎn)14
• 1.2 采暖系統(tǒng)14-18
• 1.2.1 采暖系統(tǒng)形式14-15
• 1.2.2 采暖系統(tǒng)的特點(diǎn)15-18
• 1.3 太陽能熱水系統(tǒng)與采暖系統(tǒng)的結(jié)合18-21
• 1.3.1 聯(lián)合運(yùn)行系統(tǒng)采暖期運(yùn)行分析19-20
• 1.3.2 聯(lián)合運(yùn)行系統(tǒng)在非采暖期運(yùn)行分析20-21
• 1.4 小結(jié)21-22
• 第二章 太陽能與采暖聯(lián)合運(yùn)行系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)分析22-34
• 2.1 熱水供應(yīng)系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)分析22-28
• 2.1.1 比較分析的依據(jù)--費(fèi)用年值法22-24
• 2.1.2 工程投資和年運(yùn)行費(fèi)用分析24-25
• 2.1.3 熱水供應(yīng)的熱負(fù)荷25-26
• 2.1.4 太陽能系統(tǒng)集熱量26-28
• 2.2 不同地區(qū)太陽能熱水供應(yīng)系統(tǒng)的比較28-31
• 2.2.1 比較過程28-30
• 2.2.2 比較結(jié)果30-31
• 2.3 同一地區(qū)不同熱源熱水供應(yīng)系統(tǒng)的比較31-34
• 2.3.1 比較過程31
• 2.3.2 比較結(jié)果31-34
• 第三章 太陽能與采暖聯(lián)合運(yùn)行系統(tǒng)的環(huán)境效果分析34-40
• 3.1 每月熱水供應(yīng)負(fù)荷34-35
• 3.2 按不同月份太陽輻射量計(jì)算的集熱器面積35-36
• 3.3 補(bǔ)充能量的計(jì)算36-37
• 3.4 污染物排放量的確定37-40
• 3.4.1 補(bǔ)充熱源消耗的燃料量37
• 3.4.2 補(bǔ)充熱源污染物排放量的確定37-40
• 結(jié) 論40-43
• 參考文獻(xiàn)43-61

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