太阳能三联供系统案例分析01

太阳能三联供系统案例分析日期：2012-2-22施工单位：工程名称：工程地点：工程面积：项目概况1）本项目占地面积1000㎡，自建民用两层住宅用房，该建筑是一座新建的节能民居，上下两层建筑面积为419㎡，大小房间共15间，砖混结构，中空玻璃塑钢门窗，外墙为370㎜厚空心砖，外墙加装70㎜厚标准挤塑板保温层，房顶采用200㎜厚聚苯板保温，建筑外围护结构符合节能50％标准。.设计参数安装地点：经度116°28'，纬度39°48'。集热器面积：38㎡辅助热源：空气源热泵缓冲水箱：100L，闭式承压水箱生活热水水箱：1t，开式不锈钢水箱北京采暖期自11月15日始，共125天；年日照时数：2755.5h集热安装方位：γ=0°（即南向）；安装倾角：α=55°集热器安装平面太阳辐照量：全年：5802.86MJ/㎡采暖季：1944.8MJ/㎡采暖季日平均值：15.56MJ/(㎡.d)北京区冬至日太阳能高度角h=20°42'方位角a=-29°22'2、常规能源费用电费：0.48元/kwh3、太阳集热器性能参数集热器类型：同芯套管式真空管集热器集热器规格：1800mm×58mm/支负荷计算依据建设部建筑设计院、北京市建筑设计院编著《建筑设备专业设计技术资料》，《建筑节能设计标准》（JGJ26-95），《GB/T18713—2002太阳热水系统设计、安装及工程验收技术规范》，《GB/T17049—1997全玻璃真空集热管》，《给水排水工程施工手册》，《地面低温辐射供暖技术规程》（JGJ142-2004）,《夏热冬冷地区居住节能设计标准》工作原理：该系统能实现地板采暖、生活热水、中央空调（制冷）为一体的家居舒适系统。是采用太阳能＋空气源热泵的多热源系统。该系统方案设计优化、性价比高、结构简单，节能效果能达到70％以上，实现了零能耗+低能耗的节能减排目标，是一种值得普遍推广的新型方案。系统组成太阳能采暖-制冷-热水三联供系统（如下图所示）由以下六个子系统组成：太阳能集热系统、低温热水辐射地板采暖系统、热水供应系统、辅助能源系统、风冷系统、自动控制系统。1）太阳能集热系统太阳能集热系统主要由太阳能集热器、集热器支架、循环管路、循环泵、阀门、过滤器、储热水箱等组成。集热器由太阳能采暖专用真空管和特制的采暖联箱组成，本集热器实现了承压运行、超低温差传导、防垢、防冻、防漏、抗风功能，真空管经过特殊加工处理，即使玻璃管损坏系统也不会漏水，能够照常运行。集热器及支架设计安装合理，且功能与景观完美结合，不破坏建筑物美观，并可起到屋顶隔热层作用。集热器采集的热量以水为载体，通过循环管路储存于储热水箱中。水箱有两个，一个是热水水箱，主要用于生活热水和洗浴热水，另一个是膨胀水箱，主要用于采暖和制冷。水箱与集热器采用高位集热器低位水箱安装方式，强制循环，停机排空的运行方式，实现太阳能的采集和系统防冻，大大提高了对太阳能的采集效率和系统安全性。2）辅助能源系统当太阳能不能满足系统需求的热量时，不足的热能由辅助能源提供。本工程选用新一代低温空气源热泵机组作为辅助能源，制冷量31KW,制热量32KW,电源电压380V。本空气源冷热泵机组已成功实现室外温度-15℃时，额定制热量衰减比普通热泵机组减少25%左右。而且，其最低运行温度可低至-20℃。机组在室外温度0℃时运行的能效比可达到3.0。3）低温热水地板辐射采暖系统本工程采用低温热水地板辐射采暖，上下两层共设四组分集水器，每组分别采用温控器控制，优先使用太阳能能源，根据采暖区域温度的要求，合理利用辅助热源，大大减少运行费用。进入冬季采暖时，必须先将系统进行冬夏季行环管路转换，以集热系统及辅助能源系统生产的热水为热媒，在地板盘管中循环流动，加热地板，通过地面辐射的方式向室内供热。低温热水地板辐射采暖所需供水温度在35℃-50℃，较普通暖气片供水温度85℃-95℃低得多，从采暖水箱到采暖末端是低温传输，所以传输热损大大减少。由于加热管在地下面，地板散发的热量从低处向高处传送，在2米以内的人体活动区域被有效利用，热损失小。地暖不占用室内空间且温度梯度均匀，不像普通暖气片那样冷热不均又占用空间。4）热水供应系统系统生产的热水除提供采暖外，还能通过热水供应系统为用户提供生活日常用热水。本系统采用恒温恒压装置保证用水终端水的温度和压力，不会出现供水不足或断水现象，采用自动循环保温装置保证供水管路和用水终端时刻有舒适温度的热水，即使较长时间不用热水也能保证用热水时即开即热。5）风冷系统本系统利用了风冷热泵机组的优点，它不但冬季可以给太阳能采暖提供热能补充，还可以独立完成夏季制冷的需求，实现一机多用，充分利用能源，降低投资成本。进入夏季制冷时必须先将系统进行冬夏季行环管路转换，将生活水箱和膨胀水箱独立使用，太阳能集热器为用户提供热水。由热泵机组生产低温水并储存于膨胀水箱，通过风机盘管吸收室内热量，为室内降温，达到制冷目的。由于采用冷水系统，室内水分及人体水分不易流失，所以远比直接使用氟系统舒适。6）自动控制系统本系统采用微电脑自动控制，能自动识别阳光有无及强弱，监测水箱水温和室内温度，实现太阳能集热系统和采暖系统温差循环，采暖实施分室分时段控制；水位自动控制；热水系统自动循环保温，恒温恒压给水；实时功能状态显示；另特为有峰/谷电价地区的用户设计了谷电应用功能，使辅助能源在谷电时间段内充分蓄能，享受优惠电价，减少运行费用。为保证系统运行可靠及用户人身安全，设置了多种保护措施，如漏电保护、过载短路保护、干烧保护、水流保护、逆序保护、缺相保护、超温保护、高压保护、低压保护、频繁启动保护等，用户可放心使用。控制系统人机界面可以显示各种设置点参数及各设备运行情况，自动检测系统故障并显示故障代码，以方便查询和检修。通过全智能化的控制功能，即充分有效地采集利用了可再生能源又最大限度地节约了能源，同时保证了系统的稳定性、可靠性和安全性。冬季采暖：冬天利用太阳能集热并直接储存于地面，热泵作为二级热源，在仅靠太阳能热量达不到设定温度值时，自动启动空气源热泵作热补充。生活热水：冬天利用太阳能和空气源热泵除完成供暖外还可以提供生活热水；春、夏、秋季利用太阳能提供生活热水，可完全实现零能耗热水工程。夏季制冷：夏天利用该系统的空气源热泵通过风机盘管给室内输送清爽的凉风，一机多用，充分利用资源，大大节省投入资金。适用条件：1、应用建筑须符合北京市《居住建筑节能设计标准》，具备建筑节能保温条件。2、适用于太阳能热水主动式采暖的一、二层独立式或联排式村镇住宅及别墅建筑，包括新建筑和改建建筑。3、适用于学校、办公楼等白天用热较大，晚上对温度要求不高的多层公建场所。4、室内供暖末端推荐采用低温热水地面辐射系统。5、系统必须配置辅助热源，可以选用电加热器、燃气炉、热泵、生物质能锅等辅助热源。6、太阳能集热系统夏季防过热措施参考做法有遮盖防热、主动用热、被动散热。7、建筑的主体结构或结构构件，应能够承受太阳能热水系统传递的荷载、作用和安装位置。经济分析系统运行和测试系统经过两个采暖季运行表明，采用排回式防冻设计可以保证冬季系统安全运行，即使在意外停电情况下也可保证系统防冻。根据2009年12月15日～2010年3月15日采暖季（3个月）测试，在地板供水温度为35℃～40℃，可保证室内温度18℃以上。采暖季（3个月）系统总耗电量为11002KW·h，电费为0.48元/KW·h，经计算，这套系统在一个采暖季（3个月）每平方米建筑的运行费用为12.6元（包括采暖和热水费用）。根据2010年11月15日～2011年3月15日采暖季（4个月）测试，在地板供水温度为35℃～40℃，可保证室内温度18℃以上。采暖季（4个月）系统总耗电量为12048KW·h，电费为0.48元/KW·h，经计算，这套系统在一个采暖季（4个月）每平方米建筑的运行费用为13.8元（包括采暖和热水费用）。系统较燃煤锅炉采暖+中央空调制冷相比，其系统增投资6.96万元，采暖、生活热水运行费用及维修费用年节省额约为1.32万元，则增投资回收年限约为5年。其中未考虑常规能源涨价因素、利率因素等，而且燃煤锅炉、电锅炉一般不超过10年就需要较大的设备更换投资。系统节能效益分析：系统节能效益分析计算中未计入减排温室气体和有害物质带来的社会效益。（1）系统节能效益分析计算方法太阳能系统寿命期内总节省费用按下式计算：SAV=PI(ΔQsaveCC-AdDJ)-Ad式中，SAV为寿命期内总节省费用，元；PI为折现系数；ΔQsave为全年太阳能系统节能量；CC为系统评估当年的对比能源热价，元/MJ；Ad为太阳能系统总增投资；DJ为太阳能系统年平均维修费用占总投资的比率，一般取1%。折现系数按下式计算：系统碳减排量太阳能热水系统二氧化碳减排量Qco2=ΔQsave*n/W*Eff*Fco2*44/12式中Qco2——系统寿命期内二氧化碳减排量ΔQsave=62632MJEff=95%（常规能源水加热装置的效率）Fco2=0.866kg碳/kg标准煤（二氧化碳排放因子，kg碳/kg标准煤）W=29308MJ/kg(标准煤热值)n=20（经济分析年限年）依上表计算：Qco2=62632MJ*20年/29.30MJ*0.866kg碳*44/12=181205.94kg合计181吨太阳能采暖、制冷、生活热水系统在寿命期内二氧化碳减排量为181吨设计计算：1、采用建筑物耗热量指标值计算太阳能集热面积北京地区进行建筑物耗热量计算时，室内设计温度按18℃计算，室外设计温度为采暖期的室外平均温度-9℃，采暖期天数125天。满足北京市《居住建筑节能设计标准》规定，达到节能65%目标的建筑采暖季平均建筑物耗热量指标控制在≤16.8W/㎡。2、采用建筑物采暖热负荷值计算系统辅助加热设备功率北京地区进行采暖热负荷计算时，依据《采暖通风与空气调节设计规范》GB50019民用建筑主要房间的室内设计温度为16℃-24℃，其它房间的室内设计温度可以适当调整但不低于12℃；室外设计温度为-9℃；采暖期天数125天。满足北京市《居住建筑节能设计标准》规定，达到节能65%目标的建筑采暖热负荷按50W/㎡估算。3、依据北京市地方标准《村镇住宅太阳能采暖应用技术规程》计算太阳集热面积，一般配置为太阳集热面积：建筑采暖面积=1:10。4、采用普通地暖时，储热水箱的容积按日均生活热水需求选配采用超薄地暖或毛细管网辐射末端时，储热水箱的容积按太阳能集热面积75L/㎡估算。经济性分析419m²建筑采暖、制冷、生活热水供应形式的初投资及运行、维护费用比较：电费按0.5元/kwh计算，低温热泵在0℃时能效比为3.0，太阳能保证率按70%。由上表可见太阳能采暖、制冷、热水每年运行费用可节约（2.34+0.4）-(1.38+0.035)万元=1.32万元。系统增投资为23.38-15.92-0.5=6.96万元，增投资回收年限6.96/1.32≈5年。系统使用寿命为20年，寿命期内节约费用20年*1.32=26.4万元。其中还没考虑常规能源涨价因素、利率因素等，而且燃煤锅炉、电锅炉一般不超过10年就需要较大的设备更换投资，本文不做详尽的计算。本系统是对太阳能、热泵、低温热水辐射地板采暖地综合利用。春、夏、秋可完全依靠太阳能提供足够的日常生活用热水；夏季用热泵和风机盘管制冷，冬季以太阳能为热源，热泵为辅助能源完成采暖和热水供应的任务。在本系统中太阳能采用地暖专用集热器，集热效率高，系统能稳定性强。辅助能源为低温热泵机组，它弥补了太阳能的间歇性和随季节变化带来的不稳定性，对新一代低温热泵的应用进一步提高了系统工作效率；而低温热水辐射地板采暖环保节能，不占用居室空间，热稳定性好，使用低温热水不结垢，可以连续使用50年以上。夏季制冷系统使低温热泵机组得到有效利用，不仅降低初投资费用，还实现了系统整体化的布置，有利于装饰和维护管理。太阳能、低温热泵机组的有效结合，优势互补，再加上全智能化控制系统，实现了零能耗+低能耗无污染的运行方式，符合节能减排的大政策，为用户创造了舒适的生活环境，是值得进一步