太陽能三聯(lián)供系統(tǒng)案例分析

1、太陽能三聯(lián)供系統(tǒng)案例分析日期：2012-2-22施工單位：工程名稱：工程地點(diǎn)：工程面積：項(xiàng)目概況1）本項(xiàng)目占地面積1000m2,自建民用兩層住宅用房，該建筑是一座新建的節(jié)能民居，上下兩層建筑面積為419m2,大小房間共15間，磚混結(jié)構(gòu)，中空玻璃塑鋼門窗，外墻為370mm厚空心磚，外墻加裝70mm厚標(biāo)準(zhǔn)擠塑板保溫層，房頂采用200mm厚聚苯板保溫，建筑外圍護(hù)結(jié)構(gòu)符合節(jié)能50%標(biāo)準(zhǔn)。.球內(nèi)墻米用120mm黏土多孔轉(zhuǎn)傳熱系數(shù)為0.38W（ms.K）外墻采用黏土多孔道屋面采用150mm后聚苯板傳熱系數(shù)為門窗采用塑鋼中空玻璃節(jié)能窗備注工所有土建外露的構(gòu)建為防止冷熱橋現(xiàn)象，均貼301nm厚聚蕾板作為保溫設(shè)

2、計(jì)參數(shù)安裝地點(diǎn)：經(jīng)度116°28',緯度39°48'。集熱器面積：38m2輔助熱源：空氣源熱泵緩沖水箱：100L,閉式承壓水箱生活熱水水箱：1t,開式不銹鋼水箱北京采暖期自11月15日始，共125天；年日照時(shí)數(shù)：2755.5h集熱安裝方位：丫=0°（即南向）；安裝傾角：a=55°集熱器安裝平面太陽輻照量：全年：5802.86MJ/m2采暖季：1944.8MJ/m2采暖季日平均值：15.56MJ/（m2.d）北京區(qū)冬至日太陽能高度角h=20°42'方位角a=-29°22'2、常規(guī)能源費(fèi)用電費(fèi)：0.48元/

3、kwh3、太陽集熱器性能參數(shù)集熱器類型：同芯套管式真空管集熱器集熱器規(guī)格：1800m由58mm/支負(fù)荷計(jì)算依據(jù)建設(shè)部建筑設(shè)計(jì)院、北京市建筑設(shè)計(jì)院編著建筑設(shè)備專業(yè)設(shè)計(jì)技術(shù)資料，建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)（JGJ26-95）,GB/T187132002太陽熱水系統(tǒng)設(shè)計(jì)、安裝及工程驗(yàn)收技術(shù)規(guī)范，GB/T170491997全玻璃真空集熱管，給水排水工程施工手冊，地面低溫輻射供暖技術(shù)規(guī)程（JGJ142-2004）,夏熱冬冷地區(qū)居住節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)工作原理：該系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)地板采暖、生活熱水、中央空調(diào)（制冷）為一體的家居舒適系統(tǒng)。是采用太陽能+空氣源熱泵的多熱源系統(tǒng)。該系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)優(yōu)化、性價(jià)比高、結(jié)構(gòu)簡單，節(jié)能效果能達(dá)到7

4、0%以上，實(shí)現(xiàn)了零能耗+低能耗的節(jié)能減排目標(biāo)，是一種值得普遍推廣的新型方案。系統(tǒng)組成太陽能采暖-制冷-熱水三聯(lián)供系統(tǒng)（如下圖所示）由以下六個(gè)子系統(tǒng)組成：太陽能集熱系統(tǒng)、低溫?zé)崴椛涞匕宀膳到y(tǒng)、熱水供應(yīng)系統(tǒng)、輔助能源系統(tǒng)、風(fēng)冷系統(tǒng)、自動控制系統(tǒng)。,0fi桃彼蘸蝙趟瓶嘮-螭福4刎猴1）太陽能集熱系統(tǒng)太陽能集熱系統(tǒng)主要由太陽能集熱器、集熱器支架、循環(huán)管路、循環(huán)泵、閥門、過濾器、儲熱水箱等組成。集熱器由太陽能采暖專用真空管和特制的采暖聯(lián)箱組成，本集熱器實(shí)現(xiàn)了承壓運(yùn)行、超低溫差傳導(dǎo)、防垢、防凍、防漏、抗風(fēng)功能，真空管經(jīng)過特殊加工處理，即使玻璃管損壞系統(tǒng)也不會漏水，能夠照常運(yùn)行。集熱器及支架設(shè)計(jì)安裝合理

5、，且功能與景觀完美結(jié)合，不破壞建筑物美觀，并可起到屋頂隔熱層作用。集熱器采集的熱量以水為載體，通過循環(huán)管路儲存于儲熱水箱中。水箱有兩個(gè)，一個(gè)是熱水水箱，主要用于生活熱水和洗浴熱水，另一個(gè)是膨脹水箱，主要用于采暖和制冷。水箱與集熱器采用高位集熱器低位水箱安裝方式，強(qiáng)制循環(huán)，停機(jī)排空的運(yùn)行方式，實(shí)現(xiàn)太陽能的采集和系統(tǒng)防凍，大大提高了對太陽能的采集效率和系統(tǒng)安全性。2）輔助能源系統(tǒng)當(dāng)太陽能不能滿足系統(tǒng)需求的熱量時(shí)，不足的熱能由輔助能源提供。本工程選用新一代低溫空氣源熱泵機(jī)組作為輔助能源，制冷量31KW,制熱量32KW,電源電壓380V。本空氣源冷熱泵機(jī)組已成功實(shí)現(xiàn)室外溫度-15C時(shí)，額定制熱量衰減比

6、普通熱泵機(jī)組減少25%左右。而且，其最低運(yùn)行溫度可低至-20C。機(jī)組在室外溫度0c時(shí)運(yùn)行的能效比可達(dá)到3.0。3）低溫?zé)崴匕遢椛洳膳到y(tǒng)本工程采用低溫?zé)崴匕遢椛洳膳?，上下兩層共設(shè)四組分集水器，每組分別采用溫控器控制，優(yōu)先使用太陽能能源，根據(jù)采暖區(qū)域溫度的要求，合理利用輔助熱源，大大減少運(yùn)行費(fèi)用。進(jìn)入冬季采暖時(shí)，必須先將系統(tǒng)進(jìn)行冬夏季行環(huán)管路轉(zhuǎn)換，以集熱系統(tǒng)及輔助能源系統(tǒng)生產(chǎn)的熱水為熱媒，在地板盤管中循環(huán)流動，加熱地板，通過地面輻射的方式向室內(nèi)供熱。低溫?zé)崴匕遢椛洳膳韫┧疁囟仍?5C-50C,較普通暖氣片供水溫度85C-95c低得多，從采暖水箱到采暖末端是低溫傳輸，所以傳輸熱損大大減少

7、。由于加熱管在地下面，地板散發(fā)的熱量從低處向高處傳送，在2米以內(nèi)的人體活動區(qū)域被有效利用，熱損失小。地暖不占用室內(nèi)空間且溫度梯度均勻，不像普通暖氣片那樣冷熱不均又占用空間。4）熱水供應(yīng)系統(tǒng)系統(tǒng)生產(chǎn)的熱水除提供采暖外，還能通過熱水供應(yīng)系統(tǒng)為用戶提供生活日常用熱水。本系統(tǒng)采用恒溫恒壓裝置保證用水終端水的溫度和壓力，不會出現(xiàn)供水不足或斷水現(xiàn)象，采用自動循環(huán)保溫裝置保證供水管路和用水終端時(shí)刻有舒適溫度的熱水，即使較長時(shí)間不用熱水也能保證用熱水時(shí)即開即熱。5）風(fēng)冷系統(tǒng)本系統(tǒng)利用了風(fēng)冷熱泵機(jī)組的優(yōu)點(diǎn)，它不但冬季可以給太陽能采暖提供熱能補(bǔ)充，還可以獨(dú)立完成夏季制冷的需求，實(shí)現(xiàn)一機(jī)多用，充分利用能源，降低投資

8、成本。進(jìn)入夏季制冷時(shí)必須先將系統(tǒng)進(jìn)行冬夏季行環(huán)管路轉(zhuǎn)換，將生活水箱和膨脹水箱獨(dú)立使用，太陽能集熱器為用戶提供熱水。由熱泵機(jī)組生產(chǎn)低溫水并儲存于膨脹水箱，通過風(fēng)機(jī)盤管吸收室內(nèi)熱量，為室內(nèi)降溫，達(dá)到制冷目的。由于采用冷水系統(tǒng)，室內(nèi)水分及人體水分不易流失，所以遠(yuǎn)比直接使用氟系統(tǒng)舒適。6）自動控制系統(tǒng)本系統(tǒng)采用微電腦自動控制，能自動識別陽光有無及強(qiáng)弱，監(jiān)測水箱水溫和室內(nèi)溫度，實(shí)現(xiàn)太陽能集熱系統(tǒng)和采暖系統(tǒng)溫差循環(huán)，采暖實(shí)施分室分時(shí)段控制；水位自動控制；熱水系統(tǒng)自動循環(huán)保溫，恒溫恒壓給水；實(shí)時(shí)功能狀態(tài)顯示；另特為有峰/谷電價(jià)地區(qū)的用戶設(shè)計(jì)了谷電應(yīng)用功能，使輔助能源在谷電時(shí)間段內(nèi)充分蓄能，享受優(yōu)惠電價(jià)，減少

9、運(yùn)行費(fèi)用。為保證系統(tǒng)運(yùn)行可靠及用戶人身安全，設(shè)置了多種保護(hù)措施，如漏電保護(hù)、過載短路保護(hù)、干燒保護(hù)、水流保護(hù)、逆序保護(hù)、缺相保護(hù)、超溫保護(hù)、高壓保護(hù)、低壓保護(hù)、頻繁啟動保護(hù)等，用戶可放心使用?？刂葡到y(tǒng)人機(jī)界面可以顯示各種設(shè)置點(diǎn)參數(shù)及各設(shè)備運(yùn)行情況，自動檢測系統(tǒng)故障并顯示故障代碼，以方便查詢和檢修。通過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節(jié)約了能源，同時(shí)保證了系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性和安全性。冬季采暖：冬天利用太陽能集熱并直接儲存于地面，熱泵作為二級熱源，在僅靠太陽能熱量達(dá)不到設(shè)定溫度值時(shí)，自動啟動空氣源熱泵作熱補(bǔ)充。生活熱水：冬天利用太陽能和空氣源熱泵除完成供暖外還可以

10、提供生活熱水；春、夏、秋季利用太陽能提供生活熱水，可完全實(shí)現(xiàn)零能耗熱水工程。夏季制冷：夏天利用該系統(tǒng)的空氣源熱泵通過風(fēng)機(jī)盤管給室內(nèi)輸送清爽的涼風(fēng)，一機(jī)多用，充分利用資源，大大節(jié)省投入資金。適用條件：1、應(yīng)用建筑須符合北京市居住建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，具備建筑節(jié)能保溫條件。2、適用于太陽能熱水主動式采暖的一、二層獨(dú)立式或聯(lián)排式村鎮(zhèn)住宅及別墅建筑，包括新建筑和改建建筑。3、適用于學(xué)校、辦公樓等白天用熱較大，晚上對溫度要求不高的多層公建場所。4、室內(nèi)供暖末端推薦采用低溫?zé)崴孛孑椛湎到y(tǒng)。5、系統(tǒng)必須配置輔助熱源，可以選用電加熱器、燃?xì)鉅t、熱泵、生物質(zhì)能鍋等輔助熱源。6、太陽能集熱系統(tǒng)夏季防過熱措施參考做法

11、有遮蓋防熱、主動用熱、被動散熱。7、建筑的主體結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件，應(yīng)能夠承受太陽能熱水系統(tǒng)傳遞的荷載、作用和安裝位置。P£=d-原11+Q<1+d;l+d式中，出為年市場折現(xiàn)率，可取銀行貸款利率$巳為年燃料價(jià)格上漲率：！1為系統(tǒng)分析年系統(tǒng)壽命從系統(tǒng)開始運(yùn)行篇起，集物系統(tǒng)壽命一般為忖15年.太陽能系統(tǒng)投資的動態(tài)回收期按下式計(jì)算二(de)In1PL1d-e=In(d=e)式中經(jīng)濟(jì)分析名稱項(xiàng)目太陽能甘四昌熱泵桌暖”制冷,熱水燃煤鍋爐雜暖+中央空調(diào)制冷電加熱熱水C046噸/日）太陽能熱水噸/日）初投資、萬元23.38萬元C5s*元/mJ)C130元7mH26死/)MigwV=i5,92萬元

12、O.S萬元cstw電梅)無夏季運(yùn)行費(fèi)用.元419m元/m三。電力元419元=0.S4萬元245天制.5*19.5-23B9元無冬季運(yùn)行費(fèi)用.元1沈天）41§元/i對5萬元41S.3萬元12035*0-5*195-1170元1L7O*3C二351元平均年維修費(fèi)用4m元2AOO元400元351元全年生活挑水3959元351元年運(yùn)行瞪修合計(jì)總費(fèi)用L33萬元2,4萬元Q，4萬元0,。35萬系統(tǒng)運(yùn)行和測試系統(tǒng)經(jīng)過兩個(gè)采暖季運(yùn)行表明，采用排回式防凍設(shè)計(jì)可以保證冬季系統(tǒng)安全運(yùn)行，即使在意外停電情況下也可保證系統(tǒng)防凍。根據(jù)2009年12月15日2010年3月15日采暖季（3個(gè)月）測試，在地板供水溫度

13、為35c40C,可保證室內(nèi)溫度18c以上。采暖季（3個(gè)月）系統(tǒng)總耗電量為11002KW-h,電費(fèi)為0.48元/KW-h,經(jīng)計(jì)算，這套系統(tǒng)在一個(gè)采暖季（3個(gè)月）每平方米建筑的運(yùn)行費(fèi)用為12.6元（包括采暖和熱水費(fèi)用）。根據(jù)2010年11月15日2011年3月15日采暖季（4個(gè)月）測試，在地板供水溫度為35c40C,可保證室內(nèi)溫度18c以上。采暖季（4個(gè)月）系統(tǒng)總耗電量為12048KW-h,電費(fèi)為0.48元/KW-h,經(jīng)計(jì)算，這套系統(tǒng)在一個(gè)采暖季（4個(gè)月）每平方米建筑的運(yùn)行費(fèi)用為13.8元（包括采暖和熱水費(fèi)用）。系統(tǒng)較燃煤鍋爐采暖+中央空調(diào)制冷相比，其系統(tǒng)增投資6.96萬元，采暖、生活熱水運(yùn)行費(fèi)用

14、及維修費(fèi)用年節(jié)省額約為1.32萬元，則增投資回收年限約為5年。其中未考慮常規(guī)能源漲價(jià)因素、利率因素等，而且燃煤鍋爐、電鍋爐一般不超過10年就需要較大的設(shè)備更換投資。系統(tǒng)節(jié)能效益分析：系統(tǒng)節(jié)能效益分析計(jì)算中未計(jì)入減排溫室氣體和有害物質(zhì)帶來的社會效益。（1）系統(tǒng)節(jié)能效益分析計(jì)算方法太陽能系統(tǒng)壽命期內(nèi)總節(jié)省費(fèi)用按下式計(jì)算：SAV=PI（AQsaveCC-AdDJ）-Ad式中，SAV為壽命期內(nèi)總節(jié)省費(fèi)用，元；PI為折現(xiàn)系數(shù)；AQsave為全年太陽能系統(tǒng)節(jié)能量；CC為系統(tǒng)評估當(dāng)年的對比能源熱價(jià)，元/MJ；Ad為太陽能系統(tǒng)總增投資；DJ為太陽能系統(tǒng)年平均維修費(fèi)用占總投資的比率，一般取1%。折現(xiàn)系數(shù)按下式計(jì)

15、算：系統(tǒng)碳減排量太陽能熱水系統(tǒng)二氧化碳減排量Qco2=AQsave*n/W*Eff*Fco2*44/12式中Qco2系統(tǒng)壽命期內(nèi)二氧化碳減排量AQsave=62632MJEff=95%（常規(guī)能源水加熱裝置的效率）Fco2=0.866kg碳/kg標(biāo)準(zhǔn)煤（二氧化碳排放因子，kg碳/kg標(biāo)準(zhǔn)煤）W=29308MJ/kg（標(biāo)準(zhǔn)煤熱值）n=20（經(jīng)濟(jì)分析年限年）依上表計(jì)算：Qco2=62632MJ*20年/29.30MJ*0.866kg碳*44/12=181205.94kg合計(jì)181噸太陽能采暖、制冷、生活熱水系統(tǒng)在壽命期內(nèi)二氧化碳減排量為181噸設(shè)計(jì)計(jì)算：1、采用建筑物耗熱量指標(biāo)值計(jì)算太陽能集熱面積北

16、京地區(qū)進(jìn)行建筑物耗熱量計(jì)算時(shí)，室內(nèi)設(shè)計(jì)溫度按18c計(jì)算，室外設(shè)計(jì)溫度為采暖期的室外平均溫度-9C,采暖期天數(shù)125天。滿足北京市居住建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，達(dá)到節(jié)能65%目標(biāo)的建筑采暖季平均建筑物耗熱量指標(biāo)控制在<16.8W/m2o2、采用建筑物采暖熱負(fù)荷值計(jì)算系統(tǒng)輔助加熱設(shè)備功率北京地區(qū)進(jìn)行采暖熱負(fù)荷計(jì)算時(shí)，依據(jù)采暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)規(guī)范GB50019民用建筑主要房間的室內(nèi)設(shè)計(jì)溫度為16c-24C,其它房間的室內(nèi)設(shè)計(jì)溫度可以適當(dāng)調(diào)整但不低于12C;室外設(shè)計(jì)溫度為-9C;采暖期天數(shù)125天。滿足北京市居住建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，達(dá)到節(jié)能65%目標(biāo)的建筑采暖熱負(fù)荷按50W/H估算。3、依據(jù)北京

17、市地方標(biāo)準(zhǔn)村鎮(zhèn)住宅太陽能采暖應(yīng)用技術(shù)規(guī)程計(jì)算太陽集熱面積，一般配置為太陽集熱面積：建筑采暖面積=1:10o4、采用普通地暖時(shí)，儲熱水箱的容積按日均生活熱水需求選配采用超薄地暖或毛細(xì)管網(wǎng)輻射末端時(shí)，儲熱水箱的容積按太陽能集熱面積75L/H估算。經(jīng)濟(jì)性分析419m2建筑采暖、制冷、生活熱水供應(yīng)形式的初投資及運(yùn)行、維護(hù)費(fèi)用比較：電費(fèi)按0.5元/kwh計(jì)算，低溫?zé)岜迷?c時(shí)能效比為3.0,太陽能保證率按70%。由上表可見太陽能采暖、制冷、熱水每年運(yùn)行費(fèi)用可節(jié)約(2.34+0.4)-(1.38+0.035)萬元=1.32萬元。系統(tǒng)增投資為23.38-15.92-0.5=6.96萬元，增投資回收年限6.96/1.32y并。系統(tǒng)使用壽命為20年，壽命期內(nèi)節(jié)約費(fèi)用20年*1.32=26.4萬元。其中還沒考慮常規(guī)能源漲價(jià)因素、利率因素等，而且燃煤鍋爐、電鍋爐一般不超過10年就需要較大的設(shè)備更換投資，本文不做詳盡的計(jì)算。本系統(tǒng)是對太陽能、熱泵、低溫?zé)崴椛涞匕宀膳鼐C合利用。春、夏、秋可完全依靠太陽能提供足夠的日常生活用熱水；夏季用熱泵和風(fēng)機(jī)盤管制冷，冬季以太陽能為熱源，熱泵為輔助能源完成采暖和熱水供應(yīng)的任務(wù)。在本系統(tǒng)中太陽能采用地暖