[論文精品] 大型太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)與蒸汽鍋爐補(bǔ)熱技術(shù)研究 文獻(xiàn)綜述

1、 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）文獻(xiàn)綜述學(xué)生姓名： 學(xué) 號(hào)： 專(zhuān) 業(yè)： 產(chǎn)品質(zhì)量工程 班 級(jí)： 質(zhì)量062 設(shè)計(jì)（論文）題目：大型太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)與蒸汽鍋爐補(bǔ)熱技術(shù)研究指導(dǎo)教師： 系： 機(jī)電工程系 2010年3月6日1 太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)的國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀目前我國(guó)在建筑住宅中應(yīng)用的太陽(yáng)熱水系統(tǒng)技術(shù)，主要有悶曬式熱水系統(tǒng)和循環(huán)式熱水系統(tǒng)兩大類(lèi)。將集熱器與儲(chǔ)水箱合為一體的悶曬式熱水系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉，適合農(nóng)村使用，市場(chǎng)占有率2%左右。循環(huán)式熱水系統(tǒng)的集熱器有平板式太陽(yáng)集熱器、全玻璃真空管集熱器，前者市場(chǎng)占有率高達(dá)2% 以上。平板熱水系統(tǒng)在大型建筑太陽(yáng)能供熱水工程中占主導(dǎo)地位。為提高太陽(yáng)熱水系統(tǒng)在住宅中應(yīng)用的可靠性

2、、全天候運(yùn)行，在太陽(yáng)熱水系統(tǒng)中較多的采用了電輔助熱源和自控技術(shù)。為解決冬季熱水系統(tǒng)防凍問(wèn)題，已開(kāi)發(fā)出和正在開(kāi)發(fā)雙回路分體式熱水系統(tǒng)，自動(dòng)排空系統(tǒng)。對(duì)保證住宅建筑中太陽(yáng)熱水系統(tǒng)質(zhì)量起到了重要作用。目前太陽(yáng)熱水系統(tǒng)技術(shù)及推廣應(yīng)用較好的國(guó)家有奧地利、希臘、以色列、丹麥、德國(guó)、荷蘭、澳大利亞、日本、美國(guó)等國(guó)家。這些國(guó)家每千人擁有太陽(yáng)集熱器的面積如表! 所示：隨著人民生活水平的不斷改善,對(duì)生活質(zhì)量的要求也日益提高,因此新建住宅小區(qū)集中熱水供應(yīng)也成為各房地產(chǎn)企業(yè)提高競(jìng)爭(zhēng)力的有效手段之一。隨著住宅小區(qū)建設(shè)的進(jìn)一步發(fā)展,人們開(kāi)始把目光投向太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)。太陽(yáng)能是一種取之不盡、用之不竭的潔凈能源,由于發(fā)展迅猛和

3、廣泛應(yīng)用,已被人們稱(chēng)之為“21世紀(jì)的能源”。我國(guó)太陽(yáng)能資源十分豐富,全國(guó)有2/3以上的地區(qū),年輻射總量大于每平方米502萬(wàn)kj,年日照時(shí)數(shù)在2000h以上?，F(xiàn)有電熱型熱水器費(fèi)用昂貴及燃?xì)庑偷牟话踩?，且排放二氧化碳污染大氣，北方用煤氣取暖造成城市空氣環(huán)境污染，這些都是太陽(yáng)能熱水器的外部生存環(huán)境。太陽(yáng)能熱水器克服上述缺點(diǎn)，它是綠色環(huán)保產(chǎn)品。使用簡(jiǎn)單，方便。太陽(yáng)能熱水器順乎時(shí)代發(fā)展的要求，滿(mǎn)足人們對(duì)環(huán)保綠色產(chǎn)品的需求。在人類(lèi)文明程度日益提高的今天，它是現(xiàn)代文明社會(huì)的最佳選擇。應(yīng)該注意到，集體單位對(duì)太陽(yáng)能熱水器的用量很大。新建商住樓統(tǒng)一安裝熱水器，已是房屋開(kāi)發(fā)公司計(jì)劃之內(nèi)的事，配套熱水器的商品房銷(xiāo)勢(shì)

4、更好2 太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)2.1 太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)我國(guó)使用的直插緊湊式真空管太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)技術(shù)已達(dá)到世界領(lǐng)先水平， 供熱成本為0.25元/kwh；而國(guó)際上流行的承壓式平板熱水系統(tǒng)，供熱成本為0.95 元/kwh。2007年，我國(guó)太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)年生產(chǎn)能力達(dá)到2300萬(wàn)平方米，使用量達(dá)到1.2億平方米，占世界總使用量的60%，居世界之首。我國(guó)有已建屋頂面積100億平方米， 如果達(dá)到人均1 平方米 的熱水系統(tǒng)，僅占屋頂面積的13%，便可完全解決生活熱水的需求，可取代2.1億t 標(biāo)準(zhǔn)煤?，F(xiàn)在存在的問(wèn)題是，現(xiàn)有的直插緊湊式真空管太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)只能提供7090的熱水，不能提供一般的供熱鍋爐和供熱空

5、調(diào)所需要的高溫蒸汽（工業(yè)鍋爐需要100200的水蒸氣，“兩步走” 升溫技術(shù)也需要廉價(jià)、干凈的100200的水蒸氣）。2.2 太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)的不足雖然太陽(yáng)能熱水器也在我國(guó)很多地方普及起來(lái)，而且大有取代燃?xì)鉄崴骱碗姛崴鳌Ｒ驗(yàn)樘?yáng)能熱水器有非常明顯的優(yōu)勢(shì)，相對(duì)于以上兩種熱水器利用的加熱能源來(lái)說(shuō)，太陽(yáng)能是一種取之不盡的生態(tài)能源，不產(chǎn)生污染，不危害環(huán)境。但是，我們也應(yīng)該看到，太陽(yáng)能的低密度和不穩(wěn)定性事其利用過(guò)程中難以克服的缺點(diǎn)。所以，為了保證熱水系統(tǒng)的正常使用，就需要調(diào)節(jié)太陽(yáng)能的收集利用與生活熱水使用過(guò)程中產(chǎn)生的不重要性。首先要考慮日周期的太陽(yáng)能蓄積以及連續(xù)陰雨天氣無(wú)法利用太陽(yáng)能的事實(shí)，必須采用輔助

6、的加熱裝置滿(mǎn)足使用上的要求。3 太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)輔助設(shè)備太陽(yáng)能因其具有綠色環(huán)保，無(wú)污染，廉價(jià)等特點(diǎn)。越來(lái)越受到人們的喜歡， 許多家庭和公共場(chǎng)所都在使用太陽(yáng)能熱水器。但是，太陽(yáng)能受天氣影響很大，當(dāng)夜晚或者陰天陽(yáng)光不足時(shí)，水箱中的水可能達(dá)不到設(shè)定溫度。這時(shí)需要采用輔助加熱的方法把水箱中的水加熱到足夠的溫度，以滿(mǎn)足用戶(hù)全天候使用的要求。3.1 以熱泵技術(shù)做輔助加熱方式的太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)熱泵技術(shù)是一種新型的節(jié)能制冷供熱技術(shù)，長(zhǎng)期以來(lái)主要應(yīng)用于建筑物的采暖空調(diào)領(lǐng)域。因熱泵制熱在節(jié)能降耗及環(huán)保方面的良好表現(xiàn)，衛(wèi)生熱水供應(yīng)系統(tǒng)也越來(lái)越多的采用熱泵設(shè)備作為熱源。其中以室外空氣為熱源的空氣源熱泵，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，不需要專(zhuān)

7、用機(jī)房，安裝使用方便，在衛(wèi)生熱水供應(yīng)方面具有不可替代的優(yōu)勢(shì)，除了比較大型的空氣源熱泵熱水系統(tǒng)外，現(xiàn)在已有多個(gè)品牌的小型的家用空氣源熱泵熱水器也投放市場(chǎng)。但空氣源熱泵的一個(gè)主要缺點(diǎn)是供熱能力和供熱性能系數(shù)隨著室外氣溫的降低而降低，所以它的使用受到環(huán)境溫度的限制，一般適用于最低溫度-10以上的地區(qū)。3.2 以電加熱器作輔助加熱方式的太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)基于現(xiàn)代電子技術(shù)的太陽(yáng)能熱水器輔助電加熱方法,也可以滿(mǎn)足在無(wú)光照陰雨天或寒冷冬季條件下正常使用的要求，在陰雨天或者寒冷季節(jié)，可開(kāi)啟電加熱器加熱，待水溫達(dá)到要求時(shí)能自動(dòng)斷電。當(dāng)日曬不足時(shí)，用水前可用電輔助加熱，既充分利用了太陽(yáng)能，又縮短了電加熱時(shí)間。接通電源

8、即自動(dòng)上水，水滿(mǎn)自動(dòng)停止上水。若需電加熱，在上水到規(guī)定水位時(shí)，即自動(dòng)通電。電加熱時(shí)，當(dāng)水溫達(dá)到要求時(shí)自動(dòng)斷電。但是電加熱相對(duì)于大型住宅、賓館、游泳池、公共浴池等場(chǎng)所需電量比較大，往往會(huì)耗費(fèi)比較大的電能卻得不到應(yīng)有的效果。3.3 以燃?xì)忮仩t作輔助加熱方式的太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)系統(tǒng)一般由五部分組成,太陽(yáng)能集熱面、蓄熱水箱、燃?xì)忮仩t、連接管道及自動(dòng)控制部分。在北方地區(qū)一般選用玻璃真空管為集熱元件,太陽(yáng)能集熱面由真空管集熱器串、并聯(lián)組合而成。集熱面積的大小,根據(jù)當(dāng)?shù)靥?yáng)能資源情況而定。以?xún)?nèi)蒙古呼和浩特為例,該地區(qū)地處北緯42,全年全天平均太陽(yáng)輻照量為每平方米22723kj,太陽(yáng)能集熱器的平均日效率g45%

9、,但一年四季各有不同。計(jì)算表明1平方米太陽(yáng)能集熱面積春、秋兩季平均日產(chǎn)45熱水80kg 左右、夏季110kg 左右,冬季45kg左右。太陽(yáng)能集熱面的位置一般選擇樓頂集熱管南北豎向放置，全天跟蹤陽(yáng)光。蓄熱水箱是儲(chǔ)存熱水的容器,容積等于太陽(yáng)能集熱面夏天的產(chǎn)水量, 結(jié)構(gòu)為雙膽保溫型,以利于散熱損失的減少。燃?xì)忮仩t是在陰雨天氣,或冬季太陽(yáng)能不足時(shí)對(duì)水量不足的加熱補(bǔ)充。鍋爐容量的選擇一般以鍋爐為單一熱源時(shí), 連續(xù)運(yùn)行8 10個(gè)小時(shí),產(chǎn)生滿(mǎn)足用戶(hù)全天所需熱水的水量來(lái)計(jì)算。管道系統(tǒng)是由連接太陽(yáng)能集熱面、水箱、鍋爐之間的管道、循環(huán)泵、電動(dòng)閥等組合而成,管道系統(tǒng)要嚴(yán)格保溫,并要有可靠的防凍系統(tǒng)。4 蒸汽鍋爐作輔

10、助設(shè)備的效益比較目前，越來(lái)越多的住宅、賓館、游泳池、公共浴池等場(chǎng)所采用太陽(yáng)能作為其中央熱水系統(tǒng)的主要熱源。這些場(chǎng)所一般要求衛(wèi)生熱水在一定的時(shí)間段內(nèi)或全天24小時(shí)連續(xù)供應(yīng)，為滿(mǎn)足太陽(yáng)能不足時(shí)的用熱需求，使太陽(yáng)能集熱系統(tǒng)的投資更加經(jīng)濟(jì)，通常采用電加熱器或電鍋爐、燃煤或燃油（氣）鍋爐、市政熱力等作為太陽(yáng)能中央熱水系統(tǒng)的輔助熱源。表5.1 熱水器效益比較熱水器類(lèi)型對(duì)比項(xiàng)目太陽(yáng)能中央熱水器電熱水器燃油熱水爐熱泵熱水器用水人數(shù)，用水量200人，10000kg/天200人，10000kg/天200人，10000kg/天200人，10000kg/天規(guī)格143平方米，10立方米60kw，5立方米20萬(wàn)大卡，5立

11、方米10h，10立方米首次投資費(fèi)用140000元20000元待添加的隱藏文字內(nèi)容245000元150000元使用壽命15年7年（15年內(nèi)再買(mǎi)一次設(shè)備）7年（15年內(nèi)再買(mǎi)一次設(shè)備）1215年晴天一天能源費(fèi)用0元350元（以0.9/元計(jì)算）280（以3.5元/升計(jì)算）1140一年能源費(fèi)用（以晴天270計(jì)算）電費(fèi)33250燃油費(fèi)26600電費(fèi)127750元柴油費(fèi)102200元電費(fèi)51100元三年能源費(fèi)用電費(fèi)99750燃油費(fèi)79800電費(fèi)383250元柴油費(fèi)306600元電費(fèi)153300元15年總費(fèi)用電費(fèi)638750燃油費(fèi)5390001956250元1623000元916500元對(duì)比總結(jié)1 與電熱水器

12、相比，投資太陽(yáng)能熱水器1年半回收投資，每年可節(jié)省電費(fèi)10萬(wàn)元，15年節(jié)省總費(fèi)用約150萬(wàn)元與熱泵熱水器相比15年節(jié)省總費(fèi)用約40萬(wàn)元。2 與燃油熱水爐相比，投資太陽(yáng)能熱水器2年回收投資，每年可節(jié)省燃油費(fèi)用7.5萬(wàn)元，15年共節(jié)約總費(fèi)用108.4萬(wàn)元。由表1.5可以看出相對(duì)于大型住宅區(qū)、賓館、酒店，游泳池、公共浴池等場(chǎng)所采用燃煤或燃油（氣）鍋爐作為太陽(yáng)能中央熱水系統(tǒng)的輔助熱源的太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)更能瞞足其一定的時(shí)間段內(nèi)或全天24小時(shí)連續(xù)供應(yīng)，為滿(mǎn)足太陽(yáng)能不足時(shí)的用熱需求。且更具經(jīng)濟(jì)效益。蒸汽鍋爐設(shè)備對(duì)不可再生資源的使用和污染氣體的排放讓它具備一定的不環(huán)保性。分體承壓式太陽(yáng)能集中熱水系統(tǒng)主要由循環(huán)系統(tǒng)

13、（集熱器、水泵、膨脹儲(chǔ)液罐及管路）和末端系統(tǒng)（每戶(hù)的儲(chǔ)熱水箱及控制系統(tǒng)）組成。簡(jiǎn)單的說(shuō)，此種太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)就是通過(guò)循環(huán)管路和集熱系統(tǒng)給用戶(hù)末端電熱水器增加太陽(yáng)能熱源。我國(guó)年平均日照時(shí)間為2500至2 900h ，考慮最不利情況，按照每天日照8h計(jì)算，折合全年理想情況下大約有300d屬于太陽(yáng)能日照可以滿(mǎn)足全天加熱水的需求。下面采用差額投資回收期的概念比較兩者的經(jīng)濟(jì)性。太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)與電熱水器相比水費(fèi)相同，運(yùn)行費(fèi)用差額可以只計(jì)電費(fèi)。太陽(yáng)能熱水循環(huán)系統(tǒng)按循環(huán)泵每天運(yùn)行6h，末端系統(tǒng)陽(yáng)光不充足時(shí)按理想情況65d計(jì)算；電熱水器按1 年225戶(hù)每天每戶(hù)加熱80l熱水算。循環(huán)系統(tǒng)為公共電費(fèi)約0.9 元/(k

14、wh)，末端系統(tǒng)電費(fèi)為民用電0.5 元/(kwh)差額投資回收期是指初投資大的方案（太陽(yáng)能熱水）相對(duì)初投資小的方案（電熱水器），由于凈現(xiàn)金流量（年運(yùn)行費(fèi)用）的節(jié)約額而回收初投資差額的時(shí)間。由表1初投資差額和運(yùn)行費(fèi)用差額可知，本項(xiàng)目公寓式酒店采用太陽(yáng)能集中熱水系統(tǒng)和分戶(hù)電熱水器相比5.13年即可收回差額投資，即5年后每年節(jié)約熱水器運(yùn)行費(fèi)用約8萬(wàn)元。從用戶(hù)的角度，使用太陽(yáng)能集中熱水系統(tǒng)后，每年的費(fèi)用約是使用電熱水器費(fèi)用的31。5 總結(jié)太陽(yáng)能作為一種新能源，是一種清潔無(wú)污染的可再生能源。太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)是以吸收太陽(yáng)輻射能為熱源，將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)為熱能以達(dá)到加熱水的目的的整套裝置，包括太陽(yáng)能集熱裝置、儲(chǔ)熱裝置

15、、循環(huán)管路裝置等。由于太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)在全年運(yùn)行中受天氣的影響很大，其獨(dú)立應(yīng)用存在間歇性、不穩(wěn)定性和地區(qū)差異性，在太陽(yáng)能應(yīng)用中除利用集熱器將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換成熱能外，應(yīng)采取熱水保障系統(tǒng)（輔助加熱系統(tǒng)）和儲(chǔ)熱措施來(lái)確保太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)全天候穩(wěn)定供應(yīng)熱水。太陽(yáng)能供熱水系統(tǒng)按其集熱、儲(chǔ)熱和輔助加熱方式分為三種：（1）單機(jī)太陽(yáng)熱水器，即分戶(hù)集熱、儲(chǔ)熱、輔助加熱；（2）集中式中央太陽(yáng)能供熱水系統(tǒng)，即集中集熱儲(chǔ)熱、集中輔助加熱或分戶(hù)輔助加熱；（3）半集中方式，即集中集熱、分戶(hù)儲(chǔ)熱和輔助加熱。本文研究的是集中式中央太陽(yáng)能供熱水系統(tǒng)，所以對(duì)集中式中央太陽(yáng)能供熱水系統(tǒng)作詳細(xì)的介紹。集中式中央太陽(yáng)能供熱水系統(tǒng)的特點(diǎn)是集成化

16、程度高，集中儲(chǔ)熱方式利于降低造價(jià)并減少熱損失，輔助加熱系統(tǒng)集中利于補(bǔ)熱；熱水系統(tǒng)供應(yīng)管路簡(jiǎn)單，合理的干管循環(huán)回水保證供水品質(zhì)，實(shí)現(xiàn)各用水終端即開(kāi)即熱；對(duì)于住宅小區(qū)，集中式系統(tǒng)相對(duì)分戶(hù)系統(tǒng)有初期投資少、集成化程度高的優(yōu)勢(shì)，模塊化的集熱器與建筑結(jié)合也比較美觀(guān)。但該類(lèi)系統(tǒng)集中運(yùn)行一旦出現(xiàn)故障，用戶(hù)熱水將不能得到保證，且用戶(hù)使用前需放出較多冷水。該系統(tǒng)在用水時(shí)間上可能受系統(tǒng)運(yùn)行方式影響，當(dāng)24小時(shí)供熱水運(yùn)行費(fèi)用太高時(shí)，改用定時(shí)供熱水將使用戶(hù)用熱水受到限制。為解決以上問(wèn)題，可在上述系統(tǒng)中將集中輔助加熱方式改成分戶(hù)加熱方式。該方式運(yùn)行成本低，能實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)能熱水的免費(fèi)供應(yīng)，但同時(shí)也會(huì)出現(xiàn)個(gè)別用戶(hù)大量使用熱水造

17、成其他用戶(hù)的熱水量減少的現(xiàn)象，需采用經(jīng)濟(jì)手段解決用水平衡。該方式在用水時(shí)間上不受限制，能實(shí)現(xiàn)24小時(shí)供熱水，而且集熱系統(tǒng)出現(xiàn)故障也不會(huì)對(duì)用戶(hù)使用造成影響。參考文獻(xiàn)：1 羅振濤,霍志臣，王錦俠等.太陽(yáng)能熱水器技術(shù)j.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，19902 羅春南.真空管熱水器的熱特性分析及計(jì)算j.山東建筑工程學(xué)院學(xué)報(bào).1998,33 羅振濤，霍志臣.2007中國(guó)太陽(yáng)能熱水器行業(yè)發(fā)展?fàn)顩r報(bào)告j.太陽(yáng)能產(chǎn)業(yè)論壇.2008,(1)4 耿立明，劉漫洲，劉雨剛，楊威. 基于plc的太陽(yáng)能熱水器的自動(dòng)控制系統(tǒng)j.遼寧工程技術(shù)學(xué),2002,32,(4):62-665 田琦大型太陽(yáng)能熱水供應(yīng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的若干問(wèn)題j中國(guó)給

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