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集中集熱、分戶供熱太陽能熱水系統(tǒng)在政府安置房的應用
□江蘇雙能太陽能有限公司 賁道發(fā) 鄭寬軍 關玲
在全球能源日益緊張的今天，太陽能作為一種無處不在、取之不盡、用之不竭、潔凈無污染的能源正日益受到人們的重視，被廣泛應用與推廣。據(jù)報載，目前世界各國都在實施自己的“陽光計劃”，如德國政府宣布推行“十萬屋頂”計劃，中國政府的“強制安裝令”政策等，都是鼓勵太陽能熱利用發(fā)展的舉措，也推進了節(jié)能減排，對改善人類生存空間、保護環(huán)境具有重要意義。然而，隨著城市化進程的加速，高層建筑日益增多，如何實現(xiàn)太陽能與建筑的完美結合成為行業(yè)內探討的重要話題。
近兩年，隨著技術的日益成熟，一種新的太陽能熱水系統(tǒng)模式——集中集熱、分戶供熱系統(tǒng)正逐漸受到越來越多熱水需求方的青睞。浙江湖州楊家埠•民和花園熱水系統(tǒng)項目，由江蘇雙能太陽能有限公司設計、施工，采用的即是集中集熱、分戶供熱系統(tǒng)。
1 項目概況
浙江湖州楊家埠•民和花園熱水系統(tǒng)項目，是政府安置房工程，吸引了眾多知名企業(yè)參與競標，江蘇雙能太陽能有限公司憑借雄厚的企業(yè)資質、科研技術及優(yōu)良的技術方案一舉中標，承接此工程項目。
楊家埠•民和花園位于湖州城郊，距市中心僅10km，交通便利。共有住宅樓 35棟，總戶數(shù)976戶。項目地處太陽能資源豐富區(qū)，日照時間較長，陽光充足。
2 系統(tǒng)介紹
該太陽能熱水系統(tǒng)以實現(xiàn)高層建筑一體化為基礎，提供高效率的太陽能熱利用解決方案。采取集中集熱、分戶供熱模式，系統(tǒng)獨立運行，由太陽能集熱器、中繼水箱、水泵、用戶換熱水箱、控制柜等組成。集熱器集中安裝在屋頂，中繼水箱、太陽能循環(huán)泵、控制柜安裝在樓頂設備層；用戶換熱水箱為100L，安裝在每戶的衛(wèi)生間內，通過立管與太陽能系統(tǒng)連接，形成換熱回路。
2.1 設計要求
1）安置房樓層高、人口密集，其設備安裝必須要有更高的安全性要求；
2）安置房面對低收入者，政府的資金有限，要更經濟實用；
3）太陽能設備的運行要穩(wěn)定、維護要簡單；
4）太陽能要與建筑物統(tǒng)一、協(xié)調，不影響美觀。
2.2 系統(tǒng)原理
為保證24小時熱水供應，太陽能加熱循環(huán)系統(tǒng)采用“定溫不定量”的設計原理，最大化利用太陽能，最小化使用輔助熱源，用介質循環(huán)熱損最小化設計。并通過膨脹水箱調節(jié)控制，太陽能集熱器介質要先經中繼水箱，再由太陽能儲熱水箱至用水管網(wǎng)，期間溫度不夠可由輔助熱源加熱來實現(xiàn)用水，以此把太陽能的熱能充分利用。
2.3 系統(tǒng)優(yōu)勢
1）太陽能集熱器集中安裝于屋頂采光最好的位置，既最大化地利用了太陽能資源，又實現(xiàn)了與建筑的完美結合；
2）系統(tǒng)運行費用主要是太陽能循環(huán)水泵的電耗，公攤費用低，可納入樓宇基礎公攤解決，不需安裝分戶計量熱表，無熱水收費管理難題；
3）用戶根據(jù)需要自行決定是否開啟電加熱裝置，不需電力增容；
4）系統(tǒng)智能化運行，實現(xiàn)無人值守，且控制參數(shù)可以設定，任意控制溫度，保證熱水供應。
2.4 設備選型
2.3.1 集熱器選型：根據(jù)甲方要求情況，結合給排水設計規(guī)范設計，用水定額為55度溫水,每戶太陽能系統(tǒng)集熱器面積的計算：
Qrd-日均用水量（Kg）：每戶按100L/d
C－水的定壓比熱容（4.187KJ/Kg·°C）
Tr-儲熱水箱內的設計溫度（°C）：取55°C
Tl-水的初始溫度（°C）：取10°C
Jt－當?shù)丶療崞鞑晒饷嫔系哪昶骄栞椛淞浚?span>KJ/m2）：取12497
f－太陽能保證率（％）：取40％
n－集熱器年平均集熱效率：取0.5
n1－儲熱水箱和管路的熱損失率：取0.2
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AS=
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Qrd*C*(Tr－Tl)f
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=
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100*4.187*(55－10)*40%
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=1.51m2
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Jt*n*(1-n1)
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12497*0.5*(1-0.2)
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取太陽能系統(tǒng)集熱器面積：1.74m2，選擇技術成熟、熱效率高且成本低廉的全玻璃真空管。
2.3.2 輔助加熱選型：輔助熱源采用電輔助加熱：
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Qh= Kh
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m*qt*C*(Tr－Tl)ρ
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=5.12*
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100*4187*(55-10)*0.983
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=1336W
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86400
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86400
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取電加熱器功率：1.5Kw
3 環(huán)保效益
安裝此太陽能系統(tǒng)每年可減少CO2的排放量：年輻射強度按（湖州氣象數(shù)據(jù)）：年照時數(shù)在1997.5h/a以上；輻射量31度傾角表面為4716.445（MJ/m2.a），年平均日太陽輻射量斜面為12.904 MJ/m2,年平均日照時數(shù)為5.5h，年平均氣溫為16.0℃
集熱系統(tǒng)的熱效率按：n1=55%、熱損：n2=10%
整套太陽能集熱系統(tǒng)采光面積按：F=225M2計算，年限按15年計算
每年太陽能提供可利用的熱量為：
Q太=4716.445 MJ/m2.a×225 m2×55%×90%= 525294 MJ
太陽熱水系統(tǒng)的環(huán)保效益體現(xiàn)在因節(jié)省常規(guī)能源而減少污染物的排放，主要指標為二氧化碳的減排量。將系統(tǒng)壽命的節(jié)能量折算成標準煤，然后將標準煤中碳的含量折算成二氧化碳，即為太陽能熱水系統(tǒng)二氧化碳的減排量。其計算公式為：
式中：QCO2——系統(tǒng)壽命內二氧化碳減排量，噸；
Qsave——太陽能熱水系統(tǒng)年節(jié)能量, kJ；
W —— 標準煤熱值，29308kJ/kg；
n —— 太陽能設備使用壽命，為方便計算先按1年計算,后可乘于15年；
Eff —— 標準煤熱效率，取0.85；
2.26 ——每kg標準煤燃燒產生2.66kgCO2
二氧化碳排放量：QCO2=[15818457600KJ /(29308KJ/Kg×0.85)] × 2.66
=1689042KgCO2/年
由以上計算可知：本太陽能系統(tǒng)每年可減少CO2排放量為189噸,則太陽能系統(tǒng)使用壽命15年內可減少CO2排放量為2535噸。
4 結語
集中集熱、分戶供熱太陽能熱水系統(tǒng)可實現(xiàn)太陽能與建筑的完美結合，且公攤費用低，便于管理，其可觀的環(huán)保效益助推了國家節(jié)能減排政策的實行，對政府安置房工程有極大的適用性，也可大范圍地應用在其他高層建筑上。今后，應努力降低購買、安裝、使用太陽能的成本，或嘗試推行新模式，比如合同能源管理，進一步擴大集中集熱、分戶供熱太陽能熱水系統(tǒng)的應用范圍。
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