拉萨墨竹工卡县甲玛沟矿区宿舍楼短期蓄热采暖系统

拉萨墨竹工卡县甲玛沟矿区宿舍楼短期蓄热采暖系统拉萨墨竹工卡县甲玛沟矿区宿舍楼短期蓄热采暖系统 北京四季沐歌太阳能技术集团有限公司北京四季沐歌太阳能技术集团有限公司 徐蒙徐蒙 胡亚乐胡亚乐 王庆虎王庆虎 近年来 我国经济迅速发展 人们生活水平显著提高 对生活热水 采暖等需求越来越高 然而 由 于常规能源的短缺 价格的大幅波动和对环境保护造成的压力 在一定程度上限制了这些需求的满足 在 此背景下 我公司投入大量资金开拓大型太阳能集热工程和采暖工程市场 经过多年的工程示范应用 我 公司在太阳能采暖技术上进行了大量的技术研发和项目的设计实施 积累了丰富的经验 采用太阳能供热采暖 节能减排效果明显 太阳能集热供暖项目具有很好的市场前景 称为 中国太 阳能行业发展的蓝海 随着我国建筑物供热能耗不断下降及太阳能热利用产品性能日益提高 太阳能供 热采暖越来越受到人们的重视 相继建成了一些太阳能供热采暖示范项目 近几年来的实践证明 太阳能 供热采暖技术上是可行的 但与国外相比还存在一些设计上的缺陷 本文将对拉萨墨竹工卡县甲玛沟矿区 宿舍楼短期蓄热采暖系统进行分析 具体内容如下 1 1 项目概况 项目概况 本项目位于西藏拉萨墨竹工卡县嘎则新区甲玛沟矿区 项目包括宿舍楼共2栋 每栋共4层 高约14 4 m 每栋楼面积约5083 48 A楼和B楼南北前后约30米 设备间拟建在两栋楼之间的东面地面上 每栋楼 1层32间宿舍 2层 4层各36间宿舍 两栋楼共计280间宿舍 本项目利用太阳能供应采暖及热水两部分所需的热量 热水部分为280间宿舍 按照甲方要求每个房 间100L 天计算 取一定预留 设计用水量30吨 天 采暖部分为两栋楼共计5083 48 2 10166 96 采 暖面积 采暖负荷按照甲方提供的数据 80W 则两栋楼的采暖总负荷为813 3568KW 采暖采用地盘管 方式 采暖系统由设计院设计 设计采暖供水温度为50 回水35 采暖月份为10月1日 次年4月30 日 本项目采用的为短期蓄热采暖技术 由于其局限性 不能完全保证整个系统热水和采暖24小时供应 故本系统选配电锅炉作为辅助能源进行设计 2 2 设计依据 设计依据 1 采暖通风及空调调节设计规范 GB50019 2003 2 建筑给水排水设计规范 GB50015 2009 3 屋面工程质量验收规范 GB50207 2002 4 建筑给水排水及采暖工程施工质量验收规范 GB50242 2002 5 民用建筑太阳能热水系统应用技术规范 GB50364 2005 6 太阳能供热采暖工程技术规范 GB50495 2009 7 民用建筑节能设计标准 JGJ26 95 8 家用太阳热水系统热性能试验方法 GB T18708 2002 9 太阳能热利用术语 GB T 12936 2007 3 3 设计条件 设计条件 3 13 1 气候条件气候条件 拉萨处于青藏高原温带半干旱季风气候区内 年日照时数达 3000 小时 比邻省四川省省会成都市多 1800 小时 比中国最大的东部城市上海市多 1100 小时 在全国各城市中名列前茅 故有 日光城 之美称 拉萨海拔高达 3650 米 因而空气稀薄 气温低 日夜温差大 极端最高气温不超过 30 极端最低气温 则可达零下 16 以下 冬春干燥 多大风 年无霜期仅 100 120 天 年降水量有 200 510 毫米 集中在 6 9 月份 多夜雨 相对而言 3 10 月份气候温暖而湿润 是西藏最好的旅游季节 地区太阳能辐照量表 月份一二三四五六七八九十十一十二 辐照量24 87 1 24 6 5 24 01 5 22 64 9 23 78 6 22 96 3 21 74 7 21 47 8 22 73 2 26 2 6 26 02 3 25 02 5 有效光 照 262 4237 5 258 4261 8289 9269 3 6 237 8229 1240294 3 279 4270 5 平均温 度 2 214 48 312 315 315 114 312 78 32 3 1 7 3 23 2 室外设计参数室外设计参数 集热器倾斜面上日均辐照量 23 85MJ d 年均基础水温 7 66 洗浴用水温度 50 冬季通风室外计算温度 1 44 冬季室外平均风速 2 0m s 冬季大气压力 65kPa 冬季采暖天数 211 天 3 33 3 室内设计参数室内设计参数 设计采暖季平均室内温度为 18 3 43 4 采暖耗热量计算分析采暖耗热量计算分析 采暖负荷按照甲方设计院提供的数据 80W 则两栋楼的采暖总负荷为813 3568KW 一天采暖负荷 为 61489 77MJ 3 53 5 生活热水耗热量计算生活热水耗热量计算 本项目包括宿舍楼共2栋 每栋共4层 每栋楼1层32间宿舍 2层 4层各36间宿舍 两栋楼共计280间 宿舍 每间宿舍4人 按每人每两天洗一次澡考虑 生活热水定额参照 建筑给水排水设计规范 GB 50 015 2009 中表5 1 1的规定 选取为50L 人 次 则设计热水总用水量为30吨 预留2吨 热水负 荷为5317 06MJ 4 4 设计计算 设计计算 根据太阳能供热采暖工程技术规范GB 50495 2009中3 3 1的规定 对采暖负荷和生活热水负荷分别 进行计算后 应选两者中较大的负荷 由于本工程的特殊性 集热面积的确定按照热水负荷和采暖负荷之 和进行确定 太阳能供热采暖系统的设计负荷应由太阳能集热系统和其他能源辅助加热 换热设备共同负 担 4 14 1 热水部分集热器面积的计算热水部分集热器面积的计算 1 LcdT iendww c J fttCQ A 式中 直接系统集热器采光面积 c A 日均用水量 30 吨 w Q 贮水箱内水的设计温度 50 end t 水的定压比热容 4 18KJ w C 水的初始温度 7 66 i t 集热器倾斜面上的年平均日太阳辐照量 取 23850KJ t J 太阳能保证率 根据系统使用期内的太阳辐照 系统经济性及用户要求和楼顶情况等因素综合 f 考虑后确定 取值 53 80 集热器的年平均集热效率 国标经验值取 0 4 0 55 公司取 0 50 cd 贮水箱和管路的热损失率 经验宜取值为 0 10 0 20 本工程取 0 2 L 经过上述计算得出集热面积为 453 60 4 24 2 采暖系统集热器总面积计算采暖系统集热器总面积计算 1 86400 LcdT c J fQ A 式中 直接系统集热器总面积 c A 建筑物耗热量 711 6872KW Q 当地集热器采光面上的平均日太阳辐照量 取 10 月 次年 4 月份共计 7 个月的平均值 t J 24785KJ 天 太阳能保证率 34 94 关于太阳能保证率的说明 太阳能保证率本质上是一个经济指标 理 f 论上太阳能可以有较高的保证率 但不经济 太阳能保证率应根据工程特点 气候特点 太阳能资源和投 资状况综合考虑 基于总面积的集热器平均集热效率 50 cd 管路及储热装置热损失率 21 94 L 经计算得到所需集热器总面积为 1360 80m2 c A 4 34 3 储热水箱的选型储热水箱的选型 4 3 1 太阳能热水储热水箱的选取 太阳能热水每天的需求量约为 28 吨 保证一定的预留 设计太阳能热水水箱为 30 吨 4 3 2 采暖储热水箱的选取 太阳能储热水箱的选取 参照 GB50495 2009 太阳能供热采暖工程技术规范 中的数据 参照下表 由于本工程采暖太阳能保证率比较低 本采暖储热水箱计算取值为 50L 采暖集热面积为 1814 4 则采暖水箱大小为 1814 4 50L 90 72 吨 但是相对于短期蓄热太阳能供热采暖系统 保证率仅为 35 时 水箱蓄热功能较小 主要作为缓冲作用 因此本工程采用采暖水箱 30 吨 4 44 4 生活热水系统和采暖系统换热生活热水系统和采暖系统换热 计算思路为当天生活热水系统热量完全经过板式换热器系统换热给采暖系统 在 6 个小时内换热完成 4 4 1 太阳能系统换热量 式中 直接系统集热器总面积 本计算取生活热水部分集热器面积 453 6 太阳能热水系统换热量 KJ 当地集热器采光面上的平均日太阳辐照量 23850KJ 天 集热器全日集热效率 根据计算取 0 47 管路及储水装置热损失率 此处取 0 2 根据公式计算得太阳热水系统换热量 4067703 36KJ 此部分热量在 6 个小时内换热完毕 系统换热量功率 188 32KW 4 4 2 板式换热器换热面积 F 的计算 式中 换热面积 系统换热量 W 本计算取 282 48KW 贮热水箱到热交换器的管路热损失率 一般为 0 02 0 05 本计算取 0 05 传热系数 本计算取为 3000 W 结垢影响系数 0 6 0 8 本设计取 0 6 计算温度差 宜取 5 10 取 5 换热设备的传热系数换热设备的传热系数 UhxUhx 参考值参考值 类型容积式水加热器半容积式水加热器半即热式水加热器板式换热器 W 380 410810 25001600 21002000 4500 根据公式计算得出板式换热器组换热面积 19 88m2 因此 取生活热水系统和采暖系统换热循环板式换热器组的换热面积为20m2 4 54 5 辅助能源选型辅助能源选型 采暖锅炉 两栋楼的采暖总负荷为711 6872KW 考虑系统需要热量完全由电锅炉提供 同时考虑高原 地区电锅炉效率问题 本工程采暖锅炉采用1个720KW电锅炉 生活热水锅炉 采用一个180KW电锅炉 5 5 运行原理图及相关说明 运行原理图及相关说明 5 15 1 基本控制功能基本控制功能 1 集热温差循环功能 2 集热管路防冻循环功能 3 集热管道系统防冻功能 4 太阳能采暖供暖水箱自动补水功能 5 太阳能生活热水水箱自动补水功能 6 生活用水供水控制功能 7 采暖供热循环控制功能 8 系统过热散热循环控制功能 9 太阳能采暖供暖水箱与太阳能生活热水水箱换热控制功能 5 25 2 其他说明其他说明 非采暖季节 对采暖系统集热器需要进行必要的遮挡等方法来防止过热 系统中温度等参数为可调 可根据实际情况进行调整 控制柜含变频供水功能 6 6 经济效益分析 经济效益分析 锅炉每燃烧一吨标准煤 大约产生二氧化碳 2620 公斤 二氧化硫 8 5 公斤 氮氧化物 7 4 公斤 因 此燃煤锅炉排放废气成为大气的主要污染源之一 6 16 1 太阳能热利用系统的常规能源替代量太阳能热利用系统的常规能源替代量计算计算 t Q kgce kgceMJq Q Q t j t 1280100 65 0 306 29 24384493MJ 式中 太阳能热利用系统的常规能源替代量 kgce t Q 年太阳能集热系统得热量 MJ j Q 标准煤热值 MJ kgce 取 29 306 MJ kgce q 以传统能源为燃料时的运行效率 按照项目立项文件选取 当无文件明确规定时 根据项目适用 t 的常规能源 应按照下表选取 以传统能源为热源时的运行效率 t 常规能源类型热水系统采暖系统热力制冷空调系统 电0 31 注 煤 0 650 65 天然气0 840 800 80 注 综合考虑火电系统煤的发电效率和电热水器的加热效率 6 26 2 太阳能热利用系统的二氧化碳减排量太阳能热利用系统的二氧化碳减排量计算计算 2 rco Q kgkgcekgkgceVQQ cotrco 3353862 62 21280100 22 式中 太阳能热利用系统的二氧化碳减排量 kg 2 rco Q 太阳能热利用系统的常规能源替代量 kgce t Q 标准煤的二氧化碳排放因子 kg kgce 取 2 62kg kgce 2 co V 2 co V 6 36 3 太阳能热利用系统的二氧化硫减排量太阳能热利用系统的二氧化硫减排量计算计算 2 rso Q kgkgcekgkgceVQs sotrso 110880 85 0085 01280100 22 式中 太阳能热利用系统的二氧化硫减排量 kg 2 rso Q 太阳能热利用系统的常规能源替代量 kgce t Q 标准煤的二氧化硫排放因子 kg kgce 取 0 0085 kg kgce 2 so V 2 so V 4 太阳能热利用系统的氮氧化物减排量计算 x rno Q kgkg kgce kgceVQQ xx notrno 74 9472007401280100 式中 太阳能热利用系统的氮氧化物减排量 kg x rno Q 太阳能热利用系统的常规能源替代量 kgce t Q 标准煤的粉尘排放因子 kg kgce 取 0 0074kg kgce x no V x no V 5 太阳能热利用系统的粉尘减排量计算 rfc Q kgkgcekgkgceVQQ fctrfc 37 4736 0037 01280100 式中 太阳能热利用系统的粉尘减排量 kg rfc Q 太阳能热利用系统的常规能源替代量 kgce t Q 标准煤的粉尘排放因子 kg kgce 取 0 0037kg kgce fc V fc V 综上所述 本太阳能工程全年的系统产热量