太陽能熱水系統設計及經濟性分析

何永

摘要：介紹寧波地區一種集中式太陽能熱水系統，并對其進行經濟性分析及綠建評價介紹。

關鍵詞：太陽能熱水 集中式 經濟性分析 綠建評價 CO2減排量

項目擬建教學綜合大樓地下一層，地上層數均為九層。其中綜合樓建筑高度為：35.9m。

1熱源

燃氣真空熱水鍋爐房作為主要熱源，太陽能作為輔助熱源。

2熱水系統分區

熱水分區同給水系統，生活熱水的供回水溫度為60℃/50℃。熱水系統橫干管及立管設置同程，各衛生間內的橫支管均設置循環回水管。

各樓設置循環水泵進行機械循環，循環流量為最大小時熱水用水量的5%。

3太陽能熱水系統概況

考慮到用水量較大，用水時間較集中，集熱器面積較大，屋頂有充足的位置設置太陽能集熱器，因此選用集中式系統。

系統優點：集熱器和儲熱容積的共享，可以使同一單元的熱水使用峰值下降，均衡度提高，有利于提高系統的經濟效益。供水的溫度和水量保證率高，類似于集中熱水系統。本系統集熱器采用U型真空管，采用混凝土基礎安置在樓頂，沒有墜落隱患，工程造價低；管理方便。本系統集熱器及循環控制設備均設于公共空間，便于物業統一管理，統一維護，能夠更有效的保證系統長期正常運行，在設備使用年限內持續發揮效力，避免了用戶因維護成本高而放棄使用所造成的投資浪費。

系統缺點：有收取熱水費的管理問題，若不采用集中輔助加熱的形式，系統內各用戶用熱量的均衡難以控制。若采用集中輔助加熱的形式，收取熱水熱水費及維護管理比較復雜。但本項目作為物業集中統一管理不收熱水費，故無此缺點。

通過以上對集中式系統的分析，筆者認為選用集中集熱、集中儲熱的集中式太陽能供水系統，比較適合本工程的用水需求。

4太陽能熱水系統計算

1）熱水用水負荷：

太陽能熱水系統的負荷計算：太陽能水量的選取按照平均日用水量。

2）集熱器面積計算：

采用平均日用水量作為設計水量，集熱器采用U型真空管。

Qw——日均熱水用水量，L（可按最高日用水量的下限取值）；

Cw——水的定壓比熱容，4.187kJ/kg·℃；

tend——儲水箱內水的終止溫度，℃；

ti——水的初始溫度，℃（與JT取值相同月份的冷水平均溫度）；取15℃

f——太陽能保證率，無量綱（0.4～0.8）；取0.40

根據系統使用期內的太陽輻照量、系統的經濟性及用戶要求等因素綜合考慮后確定。

ρ——水的密度，0.9832kg/L；

JT——當地春分、秋分所在月（春、秋季使用）或冬至所在月（冬季使用）集熱器采光面上月均日輻照量，kJ/m2·d；

取秋分所在月的平均值，確定為12690 kJ/m2·d）

ηcd——集熱器全日集熱效率，無量綱；

根據國家標準取值0.46 ～ 0.55。取0.5

ηL——管路及儲水箱熱損失率，無量綱；

根據經驗取值0.2 ～ 0.3。因本系統管道較長取最大值0.30

綜合樓用水量數據代入公式（3.4-1）：

（3）行政教學綜合大樓合設一套太陽能熱水系統。

根據工程屋面實際情況，綜合樓集熱器面積設置435平方米。理論上能加熱（15度冷水加熱至60度熱水）熱水32.2噸。

ΔQ save= Ac×JT（1-ηL） η cd=435×12690×0.5×（1-0.3）=1932052.5KJ。

加熱40.17噸熱水實際需Q=36900×4.187×（60-15）=7568630 KJ

利用太能陽產生的生活熱水占建筑生活熱水用水量的百分比（X）：

X =ΔQ save /Q=1932052.5/7568630 =25.5%

顯然滿足《綠色建筑評價標準》 GB/T 50378—2006 [2]第5.2.18 條優選項“根據當地氣候和自然資源條件，充分利用太陽能、地熱能等可再生能源，可再生能源產生的熱水量不低于建筑生活熱水消耗量的10%”的規定。

3.5太陽能熱水利用的經濟技術比較

3.5.1直接運行費用估算

運營電耗 ：太陽能熱循環泵2.2KW，晴天每天運行4小時，每年系統運行146天的電費約為1200元。

3.5.2效益分析

相對于常規熱水系統，太陽熱水系統在壽命期內消費的特點是初期投資大而運行費用低。運行費用低，則是因為充分利用太陽能提供生活熱量而減少了常規能源的消耗。

一、主要計算參數

1.太陽能輻照量：12.69MJ/m2·d

2. 燃氣燃值35.544MJ/ m3

3. 天燃氣價格：4.45 元/ m3，折算后0.125元/MJ

4. 太陽能設計使用壽命：15年

本項目太陽能集熱面積為 435m2 。

二、壽命期內太陽熱水系統總節省費用的預評估

1. 太陽供熱系統的年節能量

Δ save=365×Ac×JT（1-ηL） η cd

式中：

Δ save 太陽熱水系統的節能量，MJ

Ac--系統的太陽集熱器面積，435m2

JT--太陽集熱器采光表面上的年平均日太陽輻照量，取 12.69MJ/m2·d

ηcd--太陽集熱器的全日集熱效率，取 50%.

ηL--管路和水箱的熱損失率，取30%。