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平板太阳能热水工程

平板太阳能热水工程

 众所周知,太阳能真空管集热器的保温效果好。但是考虑到其安装和日照特性,真空管集热器之间都有间隙,且有效吸热管(内径)与玻璃管外径之间也有距离,所以太阳能真空集热器是无法完全吸收集热面积内的有效热能的。

一根常规直径58mm的太阳能真空管,EN标准面积为0.093平方米;GB标准面积为 0.133平方米(现在已经和欧盟接轨,改为EN标准),管子的采光面长度(1.72m-1.71m)×罩玻璃管内径(58管取0.0544m)

一支58/1800的真空管的集热面积:1.71m×0.0544=0.09302㎡

平板太阳能热水器

如果有效集热面积为100㎡的话,采用真空管的话,需要用内径58mm,长度1.8m的真空管约为1075根,实际占地面积超过160㎡。而采用1m×2m的平板集热器,仅仅需要50块集热板即可。所有,在许多情况下采用平板集热器可以在有限面积内获得更多热能,并且比真空管太阳能的成本更有优势。

除此之外,与真空管太阳能相比,平板太阳能还具有以下几个特点:

(1)不易碎;

(2)耐压性能好;

(3)结构简单,安装快捷;

(4)保温性能没有真空管好,冬季有防冻问题。

下面热立方公司以一个工厂职工宿舍热水工程为例,给出一个平板太阳能热水系统的解决方案。

一、 设计依据

(一) 业主要求

按照客户要求,提供450个员工的洗浴热水,按照每人50升热水来计算。在冬季阴雨天气及光照条件不好的情况下,采用燃气锅炉进行辅助加热。

(二) 环境参数

本项目位于安徽省滁州市,具体环境参数如下:

表 2 太阳能辐射量及地理环境参数

月份123456
辐射量MJ/月316.6247.3349.9501.3577.2460.1
月份789101112
辐射量MJ/月762.1620.3426.8404.6361.7287.3
全年太阳能辐射总量5315.2MJ
年平均日辐射量14.56219MJ/㎡.d
夏季太阳能辐射总量4102.3MJ
季平均日辐射量16.74408MJ/㎡.d
冬季太阳能辐射总量1212.9 MJ
季平均日辐射量10.1075 MJ/㎡.d
地理北纬地理东经年日照时数
北纬32.18°东经118.18º2200小时

二、 设计参照标准

本系统设计参照以下标准的相关条款执行

GBT18713-2002    太阳能热水系统设计和安装通用技术规范

GB50015-2010     建筑给水排水设计规范

GB50364-2005     民用建筑太阳能热水系统应用技术规

三、 太阳能安装面积计算

太阳能安装面积计算以供热量和当地太阳能辐射量为基本依据,参照GB50364-2005之规定,按下式计算:

式中,— 直接系统集热器总面积,;

Qw — 日均用水量,kg;

Cw — 水的定压比热容,4.186kJ/(kg ℃);

Tend – 贮水箱内水的设计温度,℃;

Ti— 水的初始温度,℃;

Jt 当地集热器采光面上的年平均日太阳辐照量,KJ/ ㎡,见表4;

f— 太 阳 能 保证率,%;

ηcd— 集 热 器 的年平均集热效率;根据经验取值宜为0.2 5 – 0 .5 0 , 具体取值应根据集热器产品的实际测试结果而定 ;

ηL—贮水箱和管路的热损失率;根据经验取值宜为0. 2 0 – 0 .3 0。

按照不同情况计算太阳能安装面积结果见下表。

表3 不同季节太阳能安装面积

 

人数
参数QwkgCwkJ/(kg ℃)TendTiJtKJ/ m2ηηcd符号.png
  90人夏季45004.1865525167440.050.5564.5933
全年45004.1865520145620.20.45125.764
冬季45004.1865520101080.20.4203.8283
 120人 夏季60004.1865525167440.050.5586.1244
全年60004.1865520145620.20.45167.6853
冬季60004.1865520101080.20.4271.7711

根据宿舍楼的建筑图纸,按照安装现场情况布局,考虑技术经济性等因素,太阳能集热器安装面积侧重夏季使用,90人入住的为66㎡,120人入住的为每栋88㎡。本项目共需安装太阳能平板集热器330㎡。集热器(含支架)最大重量约56kg/㎡。集热器的倾斜角度按照当地纬度安装。

四、 太阳能热水系统方案说明

本项目采用平板集热器,共330㎡安装在建筑物顶层楼面上。

本套系统属于集中集热、定时供水的太阳能热水系统,是由集热器、屋顶集热水箱、辅助加热、控制系统和连接管路组成。本系统系统运行原理图如下:

图 1 太阳能系统运行原理图

太阳能系统运行原理图

太阳能系统工作原理

  1. 进冷水   

冷水由回水管进入水箱,由下循环管送往集热器进行循环加热。

  1. 太阳能集热循环   

太阳能集热系统采用直接式温差循环;

  1. 太阳能供热循环

太阳能供热通过循环加热4500L和6000L储热水箱,使用户可以直接使用热水

  1. 辅助加热

当太阳辐射强度低或者在严寒的冬天,通过燃气锅炉加热水箱内的水,供用户使用。

五、 集中供水经济分析对比

加热类型电加热燃气加热太阳能太阳能配电加热太阳能配燃气加热
日用水量10m3/55℃10m3/55℃10m3/55℃10m3/55℃10m3/55℃
日耗热量1674400kJ1674400kJ1674400kJ1674400kJ1674400kJ
年供热天数365365250365365
能源热值3600kJ/kwh37255kJ/ m316000kJ/m23600kJ/kwh37255kJ/ m3
设备转换效率95%85%50%95%85%
太阳能得热量//1674400kJ1674400kJ1674400kJ
系统日耗能489.6kwh52.88m30.8kwh154.81kwh气16.67m3电0.54kwh
系统日耗能费用391.68元105.76元0.64元123.85元33.77元
折耗标煤量53.61吨/年25.67吨/年0.09吨/年16.98吨/年8.18吨/年
系统全年费用142963.2元/年38602.4元/年160元/年45278.3元/年12326.05元/年
污染情况轻微轻微
安全性非常不安全有安全隐患安全有安全隐患有安全隐患
CO2排放测算142.6吨/年68.28吨/年0.24吨/年45.17吨/年21.76吨/年

六、环境效益分析

太阳能属于清洁可再生能源,它在开发、输送、利用排放的全过程中,对环境和生态不造成任何污染。天燃气、风能、水电等都属于清洁能源。

图2     不同类型能源二氧化碳排放量柱形图

不同类型能源二氧化碳排放量柱形图

从上图可以清晰的了解到太阳能资源是现有资源中对环境污染最低的能源。在本工程中主要采用了太阳能能源对环境污染较小,有着极高的环境效益。

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