四季沐歌演讲稿太阳能采暖PPT课件.ppt

1 朱宁2013 12 07 1 太阳能采暖系统实践中的问题和解决思路 1 1 2020 3 25 2 目录背景传统太阳能采暖方式新型太阳能采暖方式跨季节蓄热太阳能采暖方式 2020 3 25 3 我国北方地区城乡采暖能源消耗巨大 污染严重 北方城乡建筑冬季采暖商品能消耗量为2 5亿tce 占全国建筑总能耗的43 以上 排放CO2将近7亿吨 3 背景 数据来源 中国建筑节能年度发展研究报告2008 2020 3 25 4 4 使用非清洁能源采暖使农村室内外空气环境的恶化 2020 3 25 5 我国有丰富的太阳能资源 按国土分四类区 其中可利用面积达96 以上 图1中国太阳能四个资源带 表1我国太阳能资源分区表 太阳能建筑供热潜在需求量达到10亿m2以上 集热面积 是目前全国太阳能热水器保有量的4倍 6 6 但是 太阳能具有能量密度低 不连续 不稳定以及辐照强度与采暖负荷相矛盾等特点 将其用于建筑供暖需要解决一系列难题 背景 2020 3 25 7 我们已经实施的传统太阳能采暖方式 以北京平谷将军关太阳能采暖及热水综合应用系统为例 7 2020 3 25 8 北京平谷将军关太阳能采暖及热水综合利用 8 8 项目概况 将军关为北京新农村改造项目 共三期 由我公司设计施工第二期和第三期 目前共285套 2020 3 25 9 运行原理 9 生活热水 采暖供水 采暖回水 自来水 P1 P2 2020 3 25 10 10 项目配置 此项目每户建筑面积约200 配备6块58 1800 25集热器 总面积30 外加一台常压热水燃煤采暖炉 设计思路 当太阳能可以将水箱的温度提升到设定温度时 例如35 地板采暖的要求 即可提供采暖 当温度达不到时 利用燃煤炉加热 运行效果 经过几个冬季使用 在一个采暖季用煤约2吨的情况下 室内温度可以保持在16 以上 农村住户对采暖的要求不是很高 此温度基本上可以说的过去 每个采暖季2吨煤 煤所产生的热量约为 29 3MJ kg 煤的热值 2000kg 0 8 燃煤炉效率 46880MJ 一个采暖季太阳能产生的热量 30 1801 0 3 系统综合效率以0 3计 16209MJ 建筑整个采暖季实际消耗的能量 46880 16209 63089MJ 其中太阳能的产热量约占26 2020 3 25 11 11 存在问题A 冬季太阳能供热不足 太阳能冬季效率偏低 理论上 本系统水箱内温度不会低于采暖回水温度30 在此基础上靠太阳能升温 效率较低 经计算进水在30 环境温度5 太阳能辐照强度600W的情况下 太阳能58 1800 50型集热器基于总面积的集热效率仅为0 38 再加上系统管道随时15 系统效率就小于32 了 一旦不允许使用燃煤炉 改配空气源热泵作为辅助加热 冬季在太阳能效率低的情况下 空气源效率也会较低 因此系统的保障能力会很差 2020 3 25 12 B 非采暖季系统过热严重系统过热容易产生一系列问题 一 造成一些橡胶件容易老化 增加售后的强度 二 造成真空管容易炸管 真空度降低 集热效率降低 真空管寿命减少 三 过高的温度也会影响管道的寿命 12 总而言之一句话传统太阳能采暖系统冬季供热不足 非采暖季总是过热 系统保证率低 问题不断 橡胶件老化 真空管炸管 管道锈蚀 2020 3 25 13 新型太阳能采暖方式 分层储热水箱 水源 空气源双源热泵的采暖及生活热水系统 13 2020 3 25 14 运行原理 14 P1 地板采暖供水 地板采暖回水 分层水箱 空气源 水源两用热泵 自来水 P2 P3 P4 P5 P6 热水 2020 3 25 15 设计理念这个系统突破了太阳能热水的概念 而是采用了热能综合利用的概念以及整个系统热效率达到最高的概念 其基本原理是太阳能只要生产出温度高于15 的热水就可以 此热水驱动热泵的水源侧 再由热泵生产出35 的热水 满足采暖的要求 当该天的太阳辐照特别好 可以使得水箱温度较高 大于35 的情况下 则热泵自动停止工作 当天气确实不好 太阳能无法提供足够的热量驱动热泵的水源侧时 或气候条件适合空气源热泵工作时 例如白天中午前后 温度高于0摄氏度 则启动热泵的空气侧 将太阳能产生的热水储存起来供夜间使用 系统特点 采用太阳能 水源 空气源双热源热泵 采用低中高三温区合一的温度分层水箱 15 2020 3 25 16 系统优势 采用了水源 空气源双热源热泵 可以获得更多地太阳辐照能量和空气中的能量 也使得系统的保障能力大大提高 采用低中高三温区合一的温度分层水箱 分层结果使得水箱上部的温度快速提高 系统能够快速启动 满足采暖要求 同时顶部温度在特定时间内还可以快速提高到更高的温度 就能满足生活热水的需求 而水箱底部的温度变化不大 低温有利于系统的集热 提高集热器的集热效率 16 2020 3 25 17 2020 3 25 18 系统实验及检测数据 在三月初 系统在早上8 40以前 均可以提供24 的供暖热水 保证办公室区域的供暖要求 早7点开始启动热泵 供暖保证性数据采样 2020 3 25 19 水箱温度分层实测结果 2013年3月10日 实验数据表明 当系统开始工作时 水箱垂直方向温度分层效果明显 有利于保证热泵的工作性能 提高集热器效率 保证供暖温度 随着水箱内的热量逐渐累积 水箱整体温度逐渐上升 2020 3 25 20 对热泵性能的分析 热泵系统实验数据 2020 3 25 21 图中空气源热泵COP为相同工况下仿真结果 实验数据表明 水源热泵的COP很高 平均水平可以达到6左右 远高于空气源热泵 可以迅速提高水箱上层热水的温度 实际系统与普通空气源热泵COP对照图 2020 3 25 22 22 8 56就开始集热了 控制界面 2020 3 25 23 58 1800 50型集热器效率曲线 基于采光面积 58 1800 50型集热器效率曲线 基于总面积 分层对集热效率的影响 2020 3 25 24 以环境温度为5 时计 太阳能辐照强度600W 工质不同的进口温度 此集热器效率对比如下 提高20 2020 3 25 25 该系统仍有以下不足 A 需要配一个相对较大的水箱 约3 8吨左右 在农村应该不是大问题 B 此系统仍然没有解决非采暖季过热的问题 为了避免过热 同时也能提高太阳能的保证率 应该尝试跨季节蓄热 2020 3 25 26 跨季节蓄热太阳能采暖方式 26 2020 3 25 27 理念1 为了更好地利用非采暖季的热量 以北京为例 非采暖季的太阳辐照量占到全年的71 采暖季才占到全年的29 我们总不能舍弃71 而仅仅采用29 2 太阳能系统非常怕过热 我们必须避免过热 因此人们提出了季节性储热太阳能采暖方式 即将非采暖季的热量储存起来供采暖季使用 提高采暖季太阳能的保证率 避免非采暖季的过热 再配备辅助热源实现系统供热 27 2020 3 25 28 ARCON季节性储热工程位于丹麦奥尔堡的Dronninglund 多宁隆德 是ARCON为当地一所热厂建设的太阳能采暖 热水工程 是目前全球最大的季节性储热项目 总集热面积37000 储热水池为60000m3 供应5000户区域居民冬季采暖和全年的生活热水 集热采用换热方式 集热器中走防冻液 ARCON季节性储热工程介绍 28 2020 3 25 29 太阳能集热系统 29 2020 3 25 30 30 2020 3 25 31 储热水池正好建设在一个小山上 很好的利用了地形 水箱为一个梯形结构 底面为10000 10000 基本结构如下 31 2020 3 25 32 储热水池 32 2020 3 25 33 33 2020 3 25 34 设备间 设备间里面主要包括泵和控制器 34 2020 3 25 35 单家单户的季节性储热太阳能采暖 2020 3 25 36 项目基本情况 本项目位于北京顺义 建筑面积约为200 采暖面积约140 安装太阳能集热面积30 配置5匹地源热泵 实现冬季采暖 夏季空调 和全年全天候的生活热水 地源热泵 太阳能双U管井 一年四季太阳能的热量不断的存储到土壤中 冬季采暖使用时 热泵和太阳能工作使用的管井为同一管井 增加冬季采暖的效率 夏季空调制冷式 太阳能和热泵工作使用不同的管井 避免太阳能太阳能储热对制冷的影响 采用承压供热水箱 通过换热 保证水质清洁 2020 3 25 37 系统运行原理 P1 采暖供水 自来水 缓冲水箱 地源热泵 采暖回水 生活热水 P2 P3 P4 地热A井 地热B井 系统特点 1 可以实现冷 暖 水三联供 2 系统简洁 控制简单 3 A B热井切换 热泵效率更高 2020 3 25 38 节能计算建筑面积约200 配备6块58 1800 25集热器 总集热面积30 以节能建筑热负荷标准35W 计 采暖季太阳能辐照量累计为1801MJ 采暖时间为125天 则采暖季每天的平均辐照量为14 41MJ 太阳能系统效率以0 3计 若采用传统太阳能采暖 太阳能的保证率f1 太阳能系统的产热量 14 41 30 0 3 130MJ 建筑采暖所需热量 200 35 24 3 6 1000 604 8MJ 经计算太阳能的保证率为f1 0 21 38 2020 3 25 39 此项目采用季节性储热方式采用季节性采暖方式 将非采暖季的热量进行储存 全年累计辐照量为6257MJ 采暖季的辐照量为1801MJ 非采暖季太阳能系统平均效率为0 4 太阳能可储存的热量以50 计 则太阳能的保证率f2 6257 1801 30 0 4 50 125 130 343MJ 605MJ 39 计算太阳能的保证率为f2 0 57 再配备地源热泵 以COP 4计算 系统的保证率就可以达到75 系统投资项目正在施工过程中 系统投资估算7万元 2020 3 25 40 由上述单家单户的太阳能采暖设计及节能计算可知季节性储热方式可大大提高太阳能的保证率 并解决了夏季过热的问题 对于新农村建设或者农村城镇化建设 可以考虑采用集中的季节性储热采暖 即辟出一块土地下面建储热水箱 上面建集热供热的热力站的方式还是比较容易实现的 当然也可以采取做地埋管 利用土壤蓄热 采用地源热泵取热供热的方式也是完全可以实现的 此方式较单家单户季节性储热方式具有系统投资低 各户用热互补等特点 40 采用集中的季节性储热太阳能采暖 2020 3 25 41 41 拟将军关120户采用集中季节性储热采暖方式 2020 3 25 42 2020 3 25 43 43 造价分析以将军关120户住宅系统为例 A 当前采用传统太阳能采暖系统 太阳能 热泵部分造价为5 5万 户 120户 660万元 有利润 约100万元 B 若采用地埋管季节性储热系统成本