摘要: 文章主要針對(duì)某地區(qū)使用太陽能集中供熱水系統(tǒng)進(jìn)行系統(tǒng)形式的設(shè)計(jì)原理及太陽能集熱板的面積進(jìn)行計(jì)算，并將集中供應(yīng)熱水系統(tǒng)與分散供應(yīng)熱水系統(tǒng)的能耗進(jìn)行對(duì)比，根據(jù)該地區(qū)的氣象資料對(duì)該方案進(jìn)行的分析表明：太陽能集中供熱水系統(tǒng)是一種低能耗、易推廣的熱水供應(yīng)系統(tǒng)。在連續(xù)運(yùn)行的情況下，系統(tǒng)運(yùn)行能耗和費(fèi)用較低。
　　關(guān)鍵詞: 太陽能，生活熱水，集中供暖，回收
　　Abstract: the paper mainly use solar energy in a region of central heating water system in the form of system design principle and the area of the solar panel is calculated, and will focus on the hot water supply system and the energy consumption of the hot water supply system scattered comparison, according to the region for this scheme of meteorological data analysis showed that the central heating water solar system is a kind of low energy consumption, easy to promote the hot water supply system. In the continuous operation of the case, the system operation consumption and low cost.
　　Keywords: solar, living hot water, central heating, recycle
　　中圖分類號(hào)：S611文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：
　　人們的生活水平在逐年提高，熱水供應(yīng)消費(fèi)已逐漸成為每個(gè)家庭不可缺少的日常開支。太陽能熱水供應(yīng)系統(tǒng)，以其環(huán)保、節(jié)能的特點(diǎn)正越來越受到人們的重視。目前常用的太陽能熱水供應(yīng)系統(tǒng)有2種，一種是分散供應(yīng)熱水系統(tǒng)，另一種是集中式太陽能生活熱水系統(tǒng)與補(bǔ)充熱源的組合方式。本文通過針對(duì)集中供應(yīng)熱水系統(tǒng)與分散供應(yīng)熱水系統(tǒng)的能耗進(jìn)行對(duì)比與分析，根據(jù)結(jié)果表明，太陽能集中供應(yīng)熱水系統(tǒng)節(jié)能設(shè)計(jì)性能優(yōu)于分散式供應(yīng)熱水系統(tǒng)。
　　1 工程概況
　　某地區(qū)屬于太陽能資源的第三類地區(qū)，全年日照時(shí)間為 2200~3000h。本文對(duì)該地區(qū)新建6 層4000m2樓宇的太陽能集中供應(yīng)熱水系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)。該樓共有34戶住戶，每戶使用面積102m2,依據(jù)每戶每日使用50℃、300L 熱水計(jì)算，則整個(gè)樓宇每日需要10.8t熱水?？紤]到太陽輻射不足時(shí)仍需要熱水的供應(yīng),電加熱裝置依據(jù)冬季最低室外溫度下的自來水供水溫度進(jìn)行設(shè)計(jì)，采用80kW 的電加熱裝置。文中取全年日照時(shí)間2400h進(jìn)行計(jì)算。
　　2 設(shè)計(jì)原理
　　2.1 系統(tǒng)形式的確定
　　太陽能供熱水系統(tǒng)如圖1所示。自來水經(jīng)電磁閥1進(jìn)入儲(chǔ)熱水箱內(nèi)，儲(chǔ)熱水箱內(nèi)的冷水與太陽能集熱器進(jìn)行溫差循環(huán)，使儲(chǔ)熱水箱內(nèi)水溫上升，升溫后的儲(chǔ)熱水經(jīng)電磁閥2進(jìn)入恒溫電加熱水箱，另一管路自來水經(jīng)電磁閥3進(jìn)入恒溫電加熱水箱，進(jìn)行恒溫控制。經(jīng)恒溫控制的熱水供應(yīng)至各用戶。
　　圖1 太陽能供熱水系統(tǒng)
　　2.1.1 供水循環(huán)
　　儲(chǔ)熱水箱內(nèi)的水來自自來水管，當(dāng)水箱內(nèi)水位低于設(shè)定水位時(shí)，控制柜控制供水管電磁閥增加閥門開度，使供水量增大，當(dāng)水位達(dá)到水箱上限水位時(shí)，關(guān)閉電磁閥。
　　2.1.2 溫差循環(huán)
　　太陽能集熱器內(nèi)的集熱介質(zhì)與儲(chǔ)熱水箱內(nèi)的冷水在板式換熱器處進(jìn)行換熱，當(dāng)太陽能集熱器出口處集熱介質(zhì)溫度低于50℃，關(guān)閉循環(huán)水泵1，以使太陽能集熱器充分集熱；當(dāng)儲(chǔ)熱水箱內(nèi)水溫高于70℃時(shí)，為防止循環(huán)水泵汽蝕，關(guān)閉循環(huán)水泵1、2，不再進(jìn)行溫差循環(huán)；當(dāng)集熱介質(zhì)與儲(chǔ)熱水箱內(nèi)溫差大于8℃時(shí)，循環(huán)水泵1、2 同時(shí)開啟，使集熱介質(zhì)與儲(chǔ)熱水箱內(nèi)冷水在換熱器內(nèi)充分換熱，當(dāng)溫差小于2℃時(shí)，關(guān)閉循環(huán)水泵1、2，完成溫差循環(huán)。
　　2.1.3 恒溫控制
　　儲(chǔ)熱水箱內(nèi)的預(yù)熱水流經(jīng)處于低位的恒溫供水箱內(nèi)，當(dāng)太陽能集熱器集熱不足時(shí)，儲(chǔ)熱水箱內(nèi)水溫較低，為保證用戶的熱水用量及溫度，在恒溫供水箱內(nèi)安裝80kW 電加熱裝置；當(dāng)恒溫水箱內(nèi)水位低于設(shè)定水位時(shí)，增大電磁閥2的開度，當(dāng)水位達(dá)到設(shè)定水位時(shí)，關(guān)閉電磁閥2；當(dāng)恒溫水箱出口水溫低于55℃時(shí)，開啟電加熱裝置，達(dá)到55℃時(shí)停止加熱；當(dāng)儲(chǔ)熱水箱內(nèi)水溫高于55℃時(shí)，控制柜發(fā)出指令，減小電磁閥2的開度，且增加電磁閥 3的開度，恒溫水箱出口水溫達(dá)到55℃時(shí)停止調(diào)節(jié)，且恒溫水箱達(dá)到限定的水位上限時(shí)，關(guān)閉電磁閥2和3，完成恒溫控制。
　　2.2 水箱尺寸的確定
　　集中供熱水系統(tǒng)夜間使用時(shí)，由于生活用水量較大，且此時(shí)段只依靠電加熱維持水溫，投資成本較高。因此，若水箱設(shè)計(jì)過小，白天由利用太陽能制造的熱量不能滿足用戶在夜間的熱水需求，依靠電加熱維持用熱量，是不經(jīng)濟(jì)的。該設(shè)計(jì)在系統(tǒng)中加入8t 集熱水箱和4t恒溫供水水箱。
　　2.3 太陽能集熱器面積的確定
　　由于該樓宇設(shè)計(jì)建筑面積較小，且采用坡頂結(jié)構(gòu)，致使可使用太陽能平板面積較小，低于350m2。營(yíng)口地區(qū)北緯40°40′，故太陽能集熱板按照當(dāng)?shù)鼐暥冗M(jìn)行安裝。根據(jù)江蘇某太陽能集熱器生產(chǎn)廠家提供的數(shù)據(jù)，利用建筑可布置集熱器的有效面積，安裝了94 組該廠家生產(chǎn)的太陽能集熱板(2.06m×1.08m)，前后排間隔 0.5m。依據(jù)《民用建筑太陽能熱水系統(tǒng)應(yīng)用技術(shù)規(guī)范》中公式，有：
　　Qw×Cw×f×(te-ti)
　　Ac=
　　JT×(1-nL )ncd
　　式中: Ac——集熱器總面積，取333.72m2；
　　Qw——日均用水量，L；
　　Cw——水的定壓比熱容，取4180kJ/(kg?℃)；
　　f——太陽能保證率，取0.5；
　　te——儲(chǔ)熱水箱內(nèi)水的設(shè)計(jì)溫度，取50℃；
　　ti——自來水初始溫度，取4.9℃；
　　JT——太陽能集熱器的年平均日太陽輻照量，營(yíng)口地區(qū)為15410kJ/m2；
　　nL——貯水箱和管路的熱損失率，取0.2；
　　ncd——集熱器的年平均采熱效率，取0.4。
　　由上式計(jì)算可得，集熱器總面積為206.44m2，由于單塊集熱板面積為2.2248m2，故布置 94 塊太陽能集熱板。
　　2.4 電加熱器功率的確定
　　應(yīng)考慮到惡劣氣候條件下也能滿足用戶的熱水需求，電加熱器的功率即由最惡劣氣候條件和用戶最大用水量來確定，在不考慮太陽能集熱的情況下，將恒溫水箱內(nèi)的4t水由5℃加熱至50℃需要752400kJ的熱量。采用80kW 電加熱裝置，可將5℃的水經(jīng)2.61h加熱至50℃,滿足用戶需求。
　　3 太陽能集中供應(yīng)熱水系統(tǒng)的計(jì)算
　　3.1 集中式與分散式供應(yīng)熱水系統(tǒng)的能耗計(jì)算
　　在太陽能供給不足時(shí),需采用電加熱器為用戶提供熱水，由于管網(wǎng)熱損失過大的原因，分散式太陽能供應(yīng)熱水系統(tǒng)只適用于高層用戶，文中設(shè)計(jì)的是6層高度的民用住宅，認(rèn)為5、6 層的用戶可以使用分散的太陽能系統(tǒng)進(jìn)行熱水供應(yīng)，而4層以下(含4層)用戶需要使用電熱水器進(jìn)行熱水供應(yīng)，每戶每日使用 300L、50℃的熱水。計(jì)算中應(yīng)考慮到利用集中式太陽能供應(yīng)熱水系統(tǒng)時(shí)，會(huì)有日照不足的情況，日照時(shí)間系數(shù)為2400h/ 4380h=0.548，日照不足時(shí)，由電加熱系統(tǒng)對(duì)用戶所需熱水進(jìn)行供應(yīng)。經(jīng)計(jì)算，集中式和分散式太陽能供應(yīng)熱水系統(tǒng)日均能耗情況如表1 所示。
　　表 1集中式與分散式太陽能供應(yīng)熱水系統(tǒng)日均能耗情況
　　3.2 具體應(yīng)用及能耗對(duì)比
　　若使用戶得到 50℃生活用水，各月份所需能耗如圖2 所示。計(jì)算得知，在不計(jì)維護(hù)費(fèi)用的情況下，太陽能集中供應(yīng)熱水系統(tǒng)比分散式供應(yīng)熱水系統(tǒng)年節(jié)電能37945.3kWh。若考慮分散式系統(tǒng)中冬季不利環(huán)境條件下，5、6 層用戶得到水溫較低的情況，集中式系統(tǒng)的節(jié)能效果會(huì)更加明顯。此外，集中式系統(tǒng)可以使1~6層的小區(qū)居民均可使用太陽能生活用熱水，非常方便。
　　圖2集中式與分散式供水系統(tǒng)能耗對(duì)比
　　4 結(jié)論
　　綜上所述,通過對(duì)太陽能集中供應(yīng)熱水系統(tǒng)與分散式供應(yīng)熱水系統(tǒng)進(jìn)行比較分析，得到了以下幾方面的結(jié)論：
　?。?）集中供應(yīng)熱水系統(tǒng)形式簡(jiǎn)單，便于安裝，使用壽命長(zhǎng)，用戶室內(nèi)無復(fù)雜部件。
　　（2）集中供應(yīng)熱水系統(tǒng)可在太陽能不足時(shí)，穩(wěn)定地向用戶供應(yīng)熱水；可以滿足各個(gè)樓層用戶的熱水需求。
　　（3）集中供應(yīng)熱水系統(tǒng)節(jié)能效果明顯，年均節(jié)約電能37945.3kWh。
　　參考文獻(xiàn)
　　DB 21/1488/2007，遼寧省民用建筑太陽能一體化設(shè)計(jì)規(guī)程.
　　鄭瑞澄.民用建筑太陽能熱水系統(tǒng)工程技術(shù)手冊(cè).北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2006.
　　注：文章內(nèi)所有公式及圖表請(qǐng)用PDF形式查看。

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