太阳能综合能源利用系统简析

摘要 针对学校太阳能用热特点及客户需求，我们设计并建设了一个大型太阳能制冷、采暖、生活热水的综合能源利用系统，并对其进行了简要分析。  　　0 前言 　　在全球气候变化的大背景下，发展低碳经济已迅速成为世界各国经济发展与城市建设的新趋势，同时，建设低碳城市已经成为国内众多城市的规划目标和产业转型依据。“哥本哈根联合国气候变化峰会”一场全球瞩目、沸沸扬扬的会议让低碳环保、节能减排成为全球人类关注的焦点。  　　1 当地太阳能资源与建筑负荷分析  　　山东德州地处北纬36°24’，在我国划分的4类太阳能辐射资源地区中，属于资源较富区。图1和图2是德州近年来的月平均日辐照强度以及月平均日照时数。  图1 德州月平均日辐照强度   图2 德州月平均日照时数 　　本工程分成四期，一期、二期为学生教学楼，三期为学生生活区，四期为图书馆，见图3、图4。总建筑总面积为82000㎡，通过建筑能耗模拟分析软件IES(VE)(Integrated Environmental Solutions)动态地分析出建筑物全年的冷热负荷，其模拟结果如表1所示。 图3   工程1～3期负荷模拟图示 图4 工程四期负荷模拟图示 表1 项目模拟负荷结果 　　2 系统设计 　　2.1 太阳集热器的选取 　　迄今为止，国内外的太阳能制冷空调系统通常采用温水型吸收式溴化锂制冷机。该类制冷机在热源温度足够高场合，性能良好；为更好地匹配太阳能空调运营，需要配备更适合的太阳能集热系统。但目前市场上大面积推广的普通真空管集热器在中温阶段的利用效率很低且存在中温状态下易炸管的安全隐患，而普通热管和U管集热器避免了在中温阶段炸管的安全隐患，但是在中温集热阶段，其效率还是不容乐观。为顺应太阳能空调市场的发展，我们开发并采用了三维内聚光真空管集热器，此集热器在80℃以上的中温阶段，效率相对高一些。  　　2.2 重要计算 　　利用太阳能逐时辐照气象资料来计算太阳能的得热功率，再利用逐日平均功率得到机组功率，根据水箱的保温性能得出高温集热水箱的大小，根据其他用热情况，计算蓄热水箱的大小。图5为某一典型天的得热曲线。 图5 典型天得热量随时间的变化 　　2.3能源方案 　　根据学校的用热情况及客户的需求，太阳能布置集热器总集热面积2856㎡，太阳能集热系统夏季用于制冷、冬季采暖、四季提供生活热水，整体太阳能系统的流程如图6所示。 图6 整体太阳能系统能源流程 　　综合考虑能源利用情况，保证太阳能资源的最大化利用以及根据客户需求，将太阳能制冷、采暖、生活热水综合设计其四季的能源方案如下。 　　夏季：结合学校用热特色，即白天利用太阳能智能控制技术，太阳能提供88℃～83℃的热源驱动太阳能专用机组（溴化锂机组），产生7℃～12℃的冷冻水通过室内末端进行室内制冷，太阳能空调制冷用热（所需供热水88℃，机组停70℃），晚上利用空调机组余热来满足宿舍生活热水用热（60℃），通过设计本系统白天保证太阳能空调用热，晚上余热满足生活用水。 　　冬季：结合学校用热特色，即利用太阳能智能控制技术，太阳能产生的30℃～35℃热水通到室内辐射吊顶末端进行室内辐射采暖。冬季太阳能产生的热水首先满足宿舍生活热水用热（60℃），多余热量盈余夜间辐射吊顶采暖（40℃）。 　　四季：满足宿舍生活用水（最高用水量82t/d）、满足锅炉预热。 　　3工程经济效益分析 　　3.1经济效益分析 　　经济效益指的是由太阳能产生的热从而减少常规能源的消耗量而减少的费用。拿太阳能与常规能源燃煤相比，太阳能产生的热从而引起减少燃煤量而减少的费用，其费用产生的根本在于煤炭的价格。按照目前市场上煤炭价格估算太阳能的静态投资回收年限来看，初步预测将普通煤炭折合为标准煤，标准煤价格为1200元/d。大学城所利用的太阳能集热器，全年可减少燃烧标准煤571d，即全年可节省68.5万元,从而计算此项目的静态回收年限约8～9年。 　　3.2社会效益分析 　　本系统与各类常规能源锅炉社会效益对比，太阳能热水、太阳能制冷、太阳能采暖系统每年可节约标准煤571d、减少CO2排放1519d、减少SO2排放13d、减少NOX排放29d、减少粉尘排放49d。 　　4 结语 　　本太阳能综合能源能源利用系统避免了普通联集管集热系统存在的系统排气不畅，和容易炸管以及炸管后太阳能空调系统效率低影响整个系统运行的系列问题。真正意义上实现了微排校园概念，体现了绿色建筑的理念，提供了更完美的太阳能与建筑结合工程方案和低碳建筑能源工程方案。