張家口地區(qū)光電互補供暖系統(tǒng)性能研究

(河北建筑工程學院 河北 張家口 075000)

一、背景

隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展，能源和環(huán)境問題日益突出，尤其對于北方的冬季供暖，燃煤、燃氣等造成的排放物是霧霾形成的來源之一。為了減少霧霾，清潔能源供熱成為供熱的新趨勢。張家口地區(qū)在清潔能源供熱上發(fā)展迅速，當?shù)仫L電、太陽等清潔能源能資源豐富，當兩者結(jié)合起來為用戶供暖可以獲得良好的經(jīng)濟效益和環(huán)境效益。

光電互補供熱系統(tǒng)在張家口地區(qū)的應用非常廣泛，現(xiàn)對張家口市某光電互補供熱項目采暖期進行測試分析。

二、項目概況

本項目位于張家口市，高9.8m共3層,建筑面積為650m2，采暖方式為地板輻射采暖。本項目共敷設真空管式集熱管20個模塊，每個模塊60根集熱管，管長1.5m，電鍋爐功率60kw，室內(nèi)循環(huán)水泵額定流量為12t/h，太陽能集熱側(cè)循環(huán)水泵額定流量為5.6t/h。

三、工程測試

(一)測試平臺。光電互補供熱系統(tǒng)主要由太陽能陣列集熱部分，電鍋爐蓄熱部分，蓄熱水箱供熱部分和自動控制系統(tǒng)組成，具體工藝流程圖如圖1。

圖1 系統(tǒng)工藝流程圖

(二)系統(tǒng)運行情況。通過實時監(jiān)測可以得出，集熱器每天的運行時間都是固定的，早八點開啟集熱側(cè)循環(huán)泵，晚六點關閉，集熱器白天將太陽能集熱器收集的熱量，蓄到蓄熱水箱中，同時蓄熱水箱一直給用戶供熱。

晚上電鍋爐定時開啟和關閉，保證在低谷電價運行，其熱量傳輸?shù)叫顭崴渲校瑫r蓄熱水箱通過循環(huán)水泵為用戶供給熱量，循環(huán)水泵通過溫度傳感器控制，當用戶側(cè)回水溫度達到50℃時循環(huán)水泵關閉，當?shù)陀诨厮疁囟?0℃時，循環(huán)水泵開啟。

(三)測試參數(shù)及儀器。系統(tǒng)測試過程中主要測試參數(shù)以及使用儀器見下表3-1：

表3-1 測試參數(shù)及儀器表

四、測試結(jié)果及分析

(1)現(xiàn)通過測試太陽能集熱器陣列在運行時間內(nèi)的供回水溫度的變化以及流量，計算出太陽能集熱器陣列的集熱量。

(2)系統(tǒng)供熱量可根據(jù)室內(nèi)側(cè)的供回水溫度變化以及流量進行計算。

(一)太陽能側(cè)集熱情況。通過對本項目整個采暖季進行實時監(jiān)測，把整個采暖季按照月份分別分析，可以得出系統(tǒng)在各月份的典型日下的運行參數(shù)，現(xiàn)以12月份為例進行分析研究。

根據(jù)分析可以得出太陽能集熱器陣列從早上8：00點左右開始供給熱量。太陽能集熱器供給的熱量隨著太陽輻射強度的增強而逐漸增大，在下午2:00點過后太陽能的供熱量開始變小，直到下午5:00點左右就不再供給熱量。

(二)室內(nèi)側(cè)散熱情況。張家口地區(qū)夜間低谷電價時間為晚22:00-早8:00，所以電鍋爐的開啟均在低谷電價期內(nèi)(陰天或雨雪天除外)，12月份的典型日運行工況下，用戶室內(nèi)的供回水溫度變化圖見圖2。

圖2 典型日下的室內(nèi)供回水溫度變化

通過圖2可以得到在12月電鍋爐晚23:00點開啟早8:00關閉，室內(nèi)供回水的溫度隨蓄熱水箱的水溫的變化而變化，蓄熱水箱中的水溫度隨著電鍋爐的開啟而開始上升，由于系統(tǒng)為直接式系統(tǒng)且室內(nèi)供水直接從水箱底部抽水，故室內(nèi)供水溫度就是蓄熱水箱底部的溫度，電鍋爐關閉以后，蓄熱水箱為用戶供暖，所以供水溫度下降。隨著太陽的升起，太陽能集熱器陣列得到的熱量不斷增大，當太陽能逐步產(chǎn)生的熱量多過室內(nèi)的散熱量時，供回水溫度開始不斷升高，隨著太陽落下集熱器陣列的的熱量減小，供回水溫度不斷降低，最低降到26℃。

(三)太陽能供熱比。通過運行數(shù)據(jù)可以計算各個月份典型日下的集熱器的集熱量以及對應的建筑耗熱量，就可以得出各月份太陽能的集熱量與建筑耗熱量的比值，具體見表 4-1

表4-1 各月份典型日的比值變化

五、結(jié)論與建議

(1)測試數(shù)據(jù)顯示太陽能在冬季供熱中在三月份供給熱量最多，其供熱比為42.1%，在最寒冷的1月份供熱比為11.1%，發(fā)現(xiàn)集熱器集熱量的供熱比在整個采暖季的變化幅度較大，先降后升。

(2)建議調(diào)整太陽能集熱循環(huán)部分的控制方式，采用溫差控制模式，減少由于夜間太陽能集熱部分的運行造成的蓄熱水箱的熱量流失，夜晚排空集熱器陣列中的水防止凍裂管道。