经典案例|寒冷地区农村太阳能采暖及热水系统分析

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摘要 本系统主要对高冷农村地区多层建筑(含4层及以下)太阳能空气采暖及生活热水进行设计。 关键词 太阳能空气集热系统、串并联式真空管集热器、储热换热水箱、末端风盘式供暖、辅助电加热、智能控制 一、项目概况 项目名称:张家口涿鹿县大河南镇扶贫生态农业多功能区采暖及热水供应项目 项目地址:张家口市涿鹿县大河南镇 建筑面积:1188㎡ 二、设计资料 1、项目基本情况 本项目办公区、宿舍、餐厅等区域冬季24小时提供采暖,一年四季24小时供应生活热水,采用太阳能空气采暖+电辅助加热方式。 2、供暖面积:1188㎡,采暖设计温度18℃~22℃。 3、地理位置及气象参数:张家口地区属于太阳能资源丰富的二类区域,张家口涿鹿县(地理坐标:北纬40°39′,东经115°31′),属温带大陆性季风气候,冬季寒冷,全年平均气温为10.4℃,年平均风速为2.3m/s,年平均总辐照量:5600MJ/㎡,年平均日照时数:2900h。

摘要 本系统主要对高冷农村地区多层建筑(含4层及以下)太阳能空气采暖及生活热水进行设计。 关键词 太阳能空气集热系统、串并联式真空管集热器、储热换热水箱、末端风盘式供暖、辅助电加热、智能控制
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一、项目概况 项目名称:张家口涿鹿县大河南镇扶贫生态农业多功能区采暖及热水供应项目 项目地址:张家口市涿鹿县大河南镇 建筑面积:1188㎡ 二、设计资料 1、项目基本情况 本项目办公区、宿舍、餐厅等区域冬季24小时提供采暖,一年四季24小时供应生活热水,采用太阳能空气采暖+电辅助加热方式。 2、供暖面积:1188㎡,采暖设计温度18℃~22℃。 3、地理位置及气象参数:张家口地区属于太阳能资源丰富的二类区域,张家口涿鹿县(地理坐标:北纬40°39′,东经115°31′),属温带大陆性季风气候,冬季寒冷,全年平均气温为10.4℃,年平均风速为2.3m/s,年平均总辐照量:5600MJ/㎡,年平均日照时数:2900h。 三、主要设备技术参数 1、集热器规格参数 真空管采用高硼硅3.3玻璃,有效抗击高温,真空度不低于5×10-3Pa,对阳光有很高的吸收率(a≥94%),真空管内置串联系统。 集热联箱内胆采用SUS304-2B食品级不锈钢材料,厚度不小于0.41mm,联箱保温层材料为聚氨酯,在恒温下,机械发泡一次成型,厚度≥50mm,外壳材料为≥0.5mm的镀铝锌板喷塑。 2、储热换热水箱技术参数 采用立式平底平顶保温水箱,内胆304#外壳201#不锈钢板材,保温层为聚氨酯发泡,热损耗小,保温效果好。 3、辅助电加热技术参数 风道使用电加热管功率为60kW,水箱内电加热管功率为18kW(为2支9kW不锈钢加热管)。 四、系统设计方案 太阳能空气采暖系统,集热器、储热换热水箱屋面安装,串并联式真空管集热器+储热换热水箱+电辅助加热装置,末端采用风盘式供暖,安装智能控制系统。 1、集热器 集热器在建筑屋面南北多排串并联式排列安装,系统中采用38组集热器(每组集热器φ58-1800-50)。 2、储热换热水箱 太阳能储热换热水箱设计容量与集热器集热配比合理(以实际用水量为参数),本系统水箱容量为4吨(尺寸:φ1690mm*2350mm),储热换热水箱储能保证全天24小时取暖需求,不足部分由低谷电力提供电辅助。 3、管道 系统为空气采暖,管道设计按照风道规格参数计算,主管道风道尺寸为500*300mm,支管道风道尺寸为300mm*120mm;主风机采用离心风机,功率为2kW~3kW;末端为风盘,(电动风口尺寸:300mm*120mm) 4、智能控制系统 系统自控柜全智能自动控制,优先使用太阳能日有用得热量。太阳能不足时启动电辅助加热系统,保持供热水箱出口温度恒定。 系统数字模糊控制:定时定温,防冻和过热保护,自动补水,室温自动控制,电磁阀、控制阀、传感器、排气阀、安全阀、风机等控制元件开机自检。 五、项目系统设计图
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六、项目效益分析 1、太阳能空气采暖+电辅助 春、夏、秋产生4吨热水系统运行费用及产生的热能:(按200天计算) 太阳能系统运行费用:1.5kW×8小时×0.55元×200天=1320元 将1吨冷水从15℃加热到45℃所需要的热量计算公式: Q=1000公斤×(45℃~15℃)×1千卡/公斤/℃=30000千卡。 使用电加热水,电能耗费用明细: 每度电产生的最大热量是Q=860千卡/度; 1吨水的耗电量:30000千卡÷860千卡/度=34.9度; 4吨水的耗电量:34.9度×4=139.6度 200天所需费用:139.6度×0.55元/度×200天=15356元。 综上所述,春、夏、秋使用太阳能供生活用热水,节约电能25520度,节约费用14036元。 冬季采暖系统运行费用: 该地区每年采暖期165天,按照15天雨雪阴天,(电价按居民用电,峰谷电价为0.55元和0.3元)计算: 风机运行费用:(按每天12小时计算) 3kW×12小时×165天×0.55元=3267元 低谷电辅加热每天5小时 运行费用:60kW×5小时×0.3×150天=13500元 雨雪阴天天气情况下全天运行电辅助加热,每天运行费用(按照0:00 ~12:00):太阳能空气供暖:(60kW×5小时×0.55 +60kW×8小时×0.3)×15天=4635元 生活用水:18kW×5小时×0.3×15天=405元 一个采暖季耗费电量63990kW·h 整个采暖期运行费用: 3267+13500+4635+405=21807元 2、储热式电锅炉系统采暖运行费用约10万元,耗费电量257400kW·h。 3、社会效益分析:(同储热式电锅炉系统对比) 每年减少燃煤65吨,减排二氧化碳162吨,减少粉尘44吨。 每年节约电能193410kW·h。 七、项目设计特点 “太阳能空气采暖+电热辅助”系统解决的问题: 1、煤改电(气):空气源热泵运行费用高;燃气供应区域局限性; 2、国家发明专利非承压串联式真空管集热器,有效(93%以上)将摄取的能量释放利用; 3、克服高寒地区室外防冻问题,以及户外水系统漏水时对建筑屋面保温和防水层巨大的破坏; 4、系统末端采用空气供暖,不用再改造原有暖气片供暖系统需要的重新铺设地暖系统费用,直接联接原有系统即可; 5、投资少,系统运行费用低、稳定,售后维护简单; 6、增强型系统,可在系统中增加相变储热材料,更加均衡释放能量,充分对接低谷电力,节约运行费用。
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