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文本内容:
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一、前言
二、现场情况
三、建造方案
四、经济效益
五、社会效益
六、投资预算
七、结论
1、前言随着我国经济的高速发展和人口的有计划增长,能源需求量日益增加,太阳能这种可再生清洁能源的开发有着重要的意义虽然人类在建筑中利用太阳能方面已积累了不少经验,但有目的地研究太阳能还是最近几十年来的事1939年美国麻省理工学院建成了世界上第一座用来采暖的太阳能系统,到七十年代世界性能源危机后,太阳能的发展速度大大加快,目前世界上大约有几十万座太阳能建筑系统太阳能是指利用太阳能替代部分常规能源加热的一种方式早期的太阳能是利用太阳热能与光能的自然传递使居室温暖明亮,通常称为“被动式太阳能建筑”而后随着科学技术的发展和人们对居住环境要求的提高,逐渐从被动式太阳能发展成“主动式太阳能”主动式太阳能建筑是由太阳能集热器、热水槽、泵、散热器、控制器和贮热器等组成的供暖系统它与被动式太阳能建筑一样,围护结构应具有良好的保暖隔热性能我国是太阳能资源十分丰富的国家,三分之二的国土面积年日照量在2200小时以上,年辐射总量大约在每年3340~8360MJ/㎡,相当于110~250kg标准煤/平方米我国的太阳能资源按年辐射总量划分为五类地区丰富地区(6690~8360MJ/㎡),较丰富地区(5852~6690MJ/㎡),中等地区(5016~5852MJ/㎡),较差区(4180~5016MJ/㎡),最差区(3344~4180MJ/㎡)即使我国太阳能较差的地区,年辐射总量也接近东京(4220MJ/㎡),高于伦敦(3640MJ/㎡)、汉堡(3430MJ/㎡)这些世界上太阳能利用较好的城市,可见我国的太阳能利用还大有潜力可挖 20世纪70年代以来,热泵工业进入了黄金时期,世界各国对热泵的研究工作都十分重视,诸如国际能源机构和欧洲共同体,都制定了大型热泵发展计划,热泵新技术层出不穷,热泵的用途也在不断的开拓,广泛应用于空调和工业领域,在能源的节约和环境保护方面起着重大的作用 相对世界热泵的发展,中国热泵的研究工作起步约晚20-30年左右新中国成立后,随着工业建设新高潮的到来,热泵技术才开始引入中国进入21世纪后,由于中国沿海地区的快速城市化、人均GDP的增长、2008年北京奥运会和2010年上海世博会等因素拉动了中国空调市场的发展,促进了热泵在中国的应用越来越广泛,热泵的发展十分迅速,热泵技术的研究不断创新从2001年热泵起步开始,经过5年的培育,中国热泵行业开始从导入期转入成长期热泵行业快速发展,一方面得益于能源紧张使得热泵节能优势越来越明显,另一方面与多方力量的加入推动行业技术创新有很大关系热泵与太阳能集热设备、蓄热机构相联接的系统方式,不仅能够有效地克服太阳能本身所具有的稀薄性和间歇性,而且可以达到节约高位能和减少{HotTag}环境污染的目的,具有很大的开发、应用潜力随着人们对获取生活用热水的要求日趋提高,具有间断性特点的太阳能难以满足全天候供热,热泵技术与太阳能利用相结合无疑是一种好的选择方法
二、现场情况两台4吨蒸汽锅炉,蒸汽压力额定蒸汽压力
0.8MPa,现场实际压力
0.2MPa,每天耗水量120吨车间顶面积2000多平方米现因禁煤要求改为然用其他燃料的锅炉现场图图1现场示意图
三、实施方案
1、设计分析
(1)太阳能系统分析昆明日照属较丰富地区(
140.448~
160.56万大卡/平方米),年平均日照在2350小时,太阳能集热为
148.8万大卡/平方米,热效率按45%计算,每平方米每天可以供热
0.342万大卡/平方米,太阳能按2000平方米计算,每天可提供684万大卡可以把
124.4吨水由20℃加热到75℃.
(2)热泵系统分析热泵作为太阳能的补充,昆明年平均气温为15℃,热泵工作温度-5℃~40℃且高温热泵输出温度75℃,采用6台输出功率为
91.2KW的高温热泵机组,每天按20小时工作可最高可提供
945.5万大卡热量,当环境温度较低时也能提供709万大卡热量,这些热量能把128吨水由20℃加热到75℃.
(3)两个系统并联使用满负荷运行下,能把
252.4吨水由20℃加热到75℃,实际使用的水量为120吨,设计能力是实际使用的2倍
2、太阳能系统设计安装10000支Ф58×1800真空管太阳集热管,配置120M3热水箱,由Ф3500×6000的二只保温热水箱组成循环储水系统(兼软水箱)应用专利技术“一种分水室循环贮热水箱”专利号ZL952094827将系统的二个水箱分为高温水室和低温水室使用在太阳辐射较低时,只加热高温水箱的热水,保证系统提供的热水温度能满足要求;当太阳辐射较高时,系统自动分别将两只水箱的水加热,保证系统提供的水温和水量满足使用要求系统采用温差控制强制循环方式当集热器内的水温高于箱内的水温,其温差达到设定值时,循环水泵启动,将集热器内的热水泵到热水箱中随着循环的进行,集热器内水温逐渐下降,当集热器与热水箱之间的温差降到设定值时,循环水泵停止运行,等待下一个循环周期循环温差上、下限可人为自行设定全日照情况下,每天产≥70℃热水120M3设计依据根据业主要求及有关现行国家标准、规范和规程GB/T19141-2003《太阳能热水系统技术条件》GB/T18713-2002《太阳热水系统设计、安装及工程验收技术规范》GB50015-2003《建筑给水排水设计规范》DB53/T104-2003《太阳热水器(系统)》太阳能加热系统主要技术参数锅炉进水我们采用太阳能加热太阳能以
633.2kcal/㎡·h的集热量,一天平均以12小时的日照计算,每天每平方米集热
7598.4kcal,太阳能的换热效率按45%计算,2000㎡的太阳能每天可提供热量
683.856万大卡,能把120吨水有20℃加热到77℃,除去每天水箱和管路的散热10万大卡,太阳能加热水的水温平均能保证在75℃以上太阳能加热图图2太阳能加热系统示意图
3、热泵系统为保证阴雨天及夜间热水供给,配置输入功率24KW,制热量约为
91.2KW,额定出水温度75℃的空气源高温热泵热水机组6套热泵热水机组是一种先进高效无污染的节能型热水装置热泵技术基于逆卡诺循环原理,采用电能驱动压缩机进行热交换,将低温热源的能量吸取并传输给高温热源,从而提高了热能的品位便于利用标准工况下,该系统消耗一个单位的能量,则可从低温热源吸取3个单位的热量供高温热源使用即消耗一个单位的能量,可以得到3个单位的能量输出,其能耗比高达3倍以上因而节能效果非常显著锅炉进水我们采用热泵加热热泵以每台
91.2KW的热量供出,一天20小时的工作计算,每天每台热泵输出
157.5万大卡,6套每天输出热量
945.5万大卡热量,当环境温度较低时也能提供709万大卡热量,足可以把120吨水由20℃加热到75℃.
4、综合利用该系统以太阳能为主,热泵作为太阳能的辅助,在有阳光时利用太阳能加热锅炉进水,没有阳光时采用热泵替补太阳能加热锅炉进水,整套系统采用PLC自动控制在太阳能供热不足时由PLC自动控制系统调节热泵的功率,保证供热和进水量,确保锅炉处于正常工作状态太阳能与热泵并联系统图
四、经济效益4吨锅炉,
0.2MPa的压力,蒸汽温度为120℃,太阳能加热进水由20℃常温加热到77℃,需热量
22.8万大卡,在由77℃加热到120℃蒸汽,需热量
230.63万大卡,总耗热
253.43万大卡,煤的发热量按
0.5万大卡,锅炉效率按80%计算,每小时耗煤634千克/小时,由20℃加热到77℃,每小时可节煤57千克如采用标准柴油加热,热值
1.0996万大卡/千克,锅炉效率按89%计算,每小时耗油260千克,每小时可节油
23.4千克如采用电加热,每度电
0.0864万大卡,每小时耗电2933度,每小时可节电264度高温热泵加热进水由20加热到75℃,需热量22万大卡,在由75℃加热到120℃蒸汽,需热量
231.43万大卡,总耗热
253.43万大卡,煤的发热量按
0.5万大卡,锅炉效率按80%计算,每小时耗煤634千克/小时,由20℃加热到75℃,每小时可节煤55千克如采用标准柴油加热,热值
1.0996万大卡/千克,锅炉效率按89%计算,每小时耗油260千克,每小时可节油
22.65千克如采用电加热,每度电
0.0864万大卡,每小时耗电2933度,每小时可节电255度锅炉额定出力下采用太阳能对锅炉进水加热每小时三种能源的对比见下表表1三种能源节约对比方式煤柴油电单价(元)
15.
30.60采用太阳能节约57kg
23.4kg264kw.h节约成本(元)
57124158.4采用热泵节约55kg
22.65kg255kw.h节约成本(元)
55120127.5全年以330天计算,两台4吨锅炉出力为额定值的75%,年需成本和采用太阳能以一年196天正常使用,节约量见下表原料太阳能节约量吨太阳能节约成本万元太阳能维护维修成本万元节约成本万元煤
33533.
55.
3528.15柴油
137.
672.
9267.57电
155.2万度
93.
287.85表2太阳能年节约量两台4吨锅炉出力为额定值的75%,年需成本和采用热泵(以除去太阳能使用的天数)134天为准年节约量见下表表3热泵年节约量原料热泵节约量吨热泵节约成本万元热泵耗电成本万元热泵维护维修成本万元节约成本万元煤
221.
122.
11232.33-
3.22柴油
91.
05348.
2622.93电
102.5万度
61.
536.17综合表
2、表3得出采用太阳能加热泵系统,锅炉烧煤年节约
24.93万元;燃油每年可节约
90.5万元;用电每年节约
124.02万元由于煤禁止使用,从以上数据得,锅炉改燃油18个月可以收回太阳能热泵系统投资成本表4在额定功率下,4吨蒸汽锅炉相对三种燃料每小时耗量方式煤柴油电热值5000kcal/kg10996kcal/kg864kcal/kw.h耗量(按额定)634kg260kg2933kw.h单价(元)
15.
30.60成本(元)
63413781759.8
五、社会效益
1、生态环境方面提高了能源品质、减少了部分燃料的尾气排放、降低环境污染、保护生态环境
2、节约能源方面太阳能作为可再生能源,应用太阳能对锅炉进水加热系统,改变锅炉加热都采用非可再生能源加热结构,节约了常规能源的消耗量,符合国家的发展能源战略
六、投资预算
1、太阳能系统序号名称规格单位数量单价(元)金额(元)备注1真空管Ф58*1800支10000202000002联集器孔1000020200000304不锈钢3联集器支架孔10000101000004热水箱Ф3500*6000m³1202200264000304不锈钢5PP-R管Ф40m5008040000含管件保温6循环自动控制系统A300⒒套2248049607循环水泵德国威乐台42580103208工时费管12000101200009直接费用小计93928010管理费(5%)4696411税收(4%)3757112利润(5%)4696413太阳能系统合计
10707792、热泵系统序号名称规格单位数量单价金额备注1热泵热水机组GT-SKR100套629667178002高温机组2循环水泵德国威乐台62580154803PP-R管Ф63M601287680含管件、保温4工时费套655033005直接费用小计2044626管理费(5%)
10223.17税收(4%)
8178.58利润(5%)
10223.19合计
233086.7太阳能与热泵系统使用寿命均为十年,锅炉改为燃油锅炉,太阳能投资成本一年办可以收回,热泵系统投资成本当年即可收回综合一下,总投资
130.4万元,18个月完全收回成本相对烧柴油,年节省
90.5万元,相对电锅炉年节省
124.02万元
七、结论 研究建立利用太阳能和热泵对锅炉进水加热的完整系统,并对系统一些设备的数据进行了简单的计算,通过计算,检验了该系统的可靠性其结果证明西南地区利用太阳能是完全可行的 通过太阳能和热泵对锅炉进水加热系统可以对其性能进行分析,并可预测其长期节能效果,还可通过该系统进行实物设计,为西南地区今后在锅炉上利用太阳能和热泵进水加热提供理论依据 本系统在设计时进行了一次优化,提高了热能利用效率使系统更有效的发挥其节能的作用本系统是对独立式两台4吨锅炉进水进行的研究,但它亦适用于其它大型建筑、锅炉和其他需加热行业这样使原有设计得到了广泛的利用。