分析工厂太阳能热水系统工程案例

1工程概况 　　该项目为浙江优尼特新能源有限公司厂区4号综合楼热水系统工程，该项目分为两期，一期主要提供1层的食堂用水和4、5层的宿舍生活用水。 　　二期扩大到2、3层的办公区域用水及冬季采暖。集体宿舍为公寓式，共20套，总入住人口最多为60人。生活用水以员工洗澡为主，食堂以清洗餐具为主，我们以GB50015-2003《建筑给水排水设计规范》为依据，其中对宿舍用热水定额为30-60L/人；（按照工厂当地环境条件，我们取55℃为计算依据）；由于工厂作息时间比较规律，为了保证使用热水高峰时段仍能保持正常供应，计算采用的同时使用系数为0.9（即用水高峰时期每天有90％的员工用热水）；同时由于工厂用水时间集中在18：00-22：00时间段，用水时间虽然只有4小时左右，但是瞬时出水量大。 　　根据多年工程实践经验，工程设备使用空间和保温水箱投资成本等，水箱设计容积按照每天热水供应量的80%来配置最理想。按每人每天60L计算，最大生活用水量为3.6t，食堂用水量为1t/d左右，现采用5t不锈钢保温水箱。 　　该工程太阳能热水系统由太阳能集热器、贮热水箱、自吸增压泵、循环泵、循环管道、辅助热源、控制系统和相关附件组成，属于集中集热间接换热系统。 　　本工程的特点是循环管路少，集热循环效果好，所以管道保温采用5cm厚的岩棉，使得管道保温效果极好，同时使得管道外也吸收部分太阳能。5月份水箱温度达到85℃以上，系统初期总投资费用比电加热热水系统增加1000元/m2。 　　2计算说明 　　2.1气象条件以及计算说明 　　根据国家气象中心提供杭州站（北纬29°35′东经120°49′）2001年水平面太阳总辐射月平均日辐照量数值见表1：MJ/m2 　　2.2冷水计算温度（摘自：《民用建筑太阳热水系统工程技术手册》） 　　此处基础水温按地下水温度15℃设计。 　　2.3每天所需要的能量 　　此工程在天气晴好日照充足的情况下（每日≥6小时日照时间）共设计每日产55℃热水5t。 　　5t水温升40℃所需要的热量为： 　　Q=Qw×Cw×（tend-ti）（1） 　　式中：Q—热量，kJ；Qw—水量，kg；tend—储热水箱内水的设计温度，55℃ 　　Cw—水的定压比热容，4.18KJ/（kg·℃）；ti—水的初始温度，15℃  　　计算得：每天所需热量为896000KJ=896MJ。 　　2.4太阳能集热面积计算（摘自：《民用建筑太阳能热水系统应用技术规范》 　　式中：Ac—系统集热器采光面积，m2；Qw —日用水量，m3；f—太阳能保证率，0.5；ηcd———集热器全日集热效率；∩L—管路及储水箱热损失率，0.25。 　　从以上数据得出集热器总面积为89.4m2，我们采用集热器型号为YNT-JRQ.B-01，此型号的外形尺寸为2075×1075×80，每块有效采光面积约为2.0m2，数量为45块，确定集热器安装倾角为35°，朝向为偏西南方向。工程集热器见图1： 图1工程集热器 　　3热水系统原理以及控制说明 　　系统分两部分：（1）太阳能主管道集热器热循环系统；（2）集中供热系统。 　　1太阳能主管道集热器热循环系统:集热定温循环，当集热器温度T1大于水箱温度T2设定值（如10℃）,集热循环水泵启动，逐步加热水箱中的水温度。当集热器温度T1与水箱温度T2差低于设定值（如5℃），集热循环水泵停止。如此反复循环。 　　2集中供热系统：当水箱温度在设定时间段小于用水下限温度时，控制器启动电加热，当电加热加到用水温度上限时停止加热。如此反复，来保证在用水时间段的温度。当用户用水时，供水管路内压力下降，此时供水增压泵自动启动，来保证用户热水管道流量和压力，同时管路装有回水系统，来减少用户打开用热水时的过多冷水浪费。 图2热水系统原理图 　　4本工程节能效益分析 　　4.1年节能量 　　系统可获得的年节能量为： 　　式中△Qsave —太阳能热水系统的节能量，MJ；Ac—系统太阳能集热面积，90m2；Jm—太阳能集热器采光面积上年总太阳能辐照量，4800MJ/m2；∩cd—管路和水箱的热损失率；∩c———太阳能集热器的年平均集热效率，50%； 　　由上式计算，可得系统年节能量吟Qsave为172800MJ。 　　4.2年节能费用 　　由系统获得的热能计算的年节能费用为：Wj =Cc Q△save式中Wj—由系统获得的热能计算的年节能费用，元；Cc —当地当年的常规能源热价，元/MJ。  　　由于当地宾馆、住宅、机关等单位大部分使用的是电加热，故本文进行能耗对比的能源为电能，电费按1元/（kW·h）计算，电的当量热值为3.6MJ/（kW·h），计算结果当年常规能源热价Cc为0.2元/MJ，根据公式Wj=Cc △Qsave，可以得到年节能费用约为4.94万元。 　　4.3寿命期内的总节约费用 　　系统在工作寿命期内能够节省的资金总额，还应该考虑系统在运行期间的维修费用和燃料价格上涨等以及贷款利率等。 　　式中：SAV—系统寿命期内的总节约费用，元；PI—折现系数；Ad—太阳能系统总投资，8.8万元；Dj—每年用于太阳能热水系统有关的维修费用占增投资的百分率，一般取1%。 　　折现系数PI由下式计算： 　　式中：d—年市场折现率，可取银行贷款利率，6.12%；e—年燃料上涨率，1%；n—经济分析年限，出处为系统寿命从系统开始运行算起，15年； 　　通过计算可得PI=10.229，寿命期内总节省费用SAV=10.229×（4.94-8.8×1%）-8.8=40.83万元 　　4.4投资回收期 　　静态回收期：Yt =Wz /Wj （6） 　　由于本项目的初投资Wz为8.8万元，系统从太阳能中获得能源费用Wj为4.94万元，计算得到静态回收期为2年左右。 　　5项目环保效益 　　太阳能热水系统CO2的减排量 　　式中Qco2 —系统寿命期内二氧化碳的减排量，kg；W—标准煤热值，29.308MJ/kg；n—系统寿命，年；Fco2—碳排放因子，0.866；∩eff —电效率，0.95。 　　由以上数据计算Qco2 =172800×15×44×0.86÷29.308×0.95=293.558t。 　　所以本工程在寿命期内减排293.5tCO2的排放。 　　通过以上分析可知太阳能热水器热水供应系统,具有很好的经济性,在寿命期内可节约25.6万元，年运行耗能费低,远低于常规热水系统,节能效果十分明显,而且太阳能是无污染能源,是一种取之不尽、用之不竭的绿色能源,这是其他能源所无法比拟的,在环境污染日趋严重的今天,这一点尤为重要。因此,采用平板太阳能集热器作为热源的热水供应系统是一种理想的热水供应系统，值得大力推广应用。