[论文精品] 大型太阳能热水系统与蒸汽锅炉补热技术研究 文献综述

1、 毕业设计（论文）文献综述学生姓名： 学 号： 专 业： 产品质量工程 班 级： 质量062 设计（论文）题目：大型太阳能热水系统与蒸汽锅炉补热技术研究指导教师： 系： 机电工程系 2010年3月6日1 太阳能热水系统的国内外发展现状目前我国在建筑住宅中应用的太阳热水系统技术，主要有闷晒式热水系统和循环式热水系统两大类。将集热器与储水箱合为一体的闷晒式热水系统，结构简单、价格低廉，适合农村使用，市场占有率2%左右。循环式热水系统的集热器有平板式太阳集热器、全玻璃真空管集热器，前者市场占有率高达2% 以上。平板热水系统在大型建筑太阳能供热水工程中占主导地位。为提高太阳热水系统在住宅中应用的可靠性

2、、全天候运行，在太阳热水系统中较多的采用了电辅助热源和自控技术。为解决冬季热水系统防冻问题，已开发出和正在开发双回路分体式热水系统，自动排空系统。对保证住宅建筑中太阳热水系统质量起到了重要作用。目前太阳热水系统技术及推广应用较好的国家有奥地利、希腊、以色列、丹麦、德国、荷兰、澳大利亚、日本、美国等国家。这些国家每千人拥有太阳集热器的面积如表! 所示：随着人民生活水平的不断改善,对生活质量的要求也日益提高,因此新建住宅小区集中热水供应也成为各房地产企业提高竞争力的有效手段之一。随着住宅小区建设的进一步发展,人们开始把目光投向太阳能热水系统。太阳能是一种取之不尽、用之不竭的洁净能源,由于发展迅猛和

3、广泛应用,已被人们称之为“21世纪的能源”。我国太阳能资源十分丰富,全国有2/3以上的地区,年辐射总量大于每平方米502万kj,年日照时数在2000h以上。现有电热型热水器费用昂贵及燃气型的不安全性，且排放二氧化碳污染大气，北方用煤气取暖造成城市空气环境污染，这些都是太阳能热水器的外部生存环境。太阳能热水器克服上述缺点，它是绿色环保产品。使用简单，方便。太阳能热水器顺乎时代发展的要求，满足人们对环保绿色产品的需求。在人类文明程度日益提高的今天，它是现代文明社会的最佳选择。应该注意到，集体单位对太阳能热水器的用量很大。新建商住楼统一安装热水器，已是房屋开发公司计划之内的事，配套热水器的商品房销势

4、更好2 太阳能热水系统的优缺点2.1 太阳能热水系统的优势我国使用的直插紧凑式真空管太阳能热水系统技术已达到世界领先水平， 供热成本为0.25元/kwh；而国际上流行的承压式平板热水系统，供热成本为0.95 元/kwh。2007年，我国太阳能热水系统年生产能力达到2300万平方米，使用量达到1.2亿平方米，占世界总使用量的60%，居世界之首。我国有已建屋顶面积100亿平方米， 如果达到人均1 平方米 的热水系统，仅占屋顶面积的13%，便可完全解决生活热水的需求，可取代2.1亿t 标准煤。现在存在的问题是，现有的直插紧凑式真空管太阳能热水系统只能提供7090的热水，不能提供一般的供热锅炉和供热空

5、调所需要的高温蒸汽（工业锅炉需要100200的水蒸气，“两步走” 升温技术也需要廉价、干净的100200的水蒸气）。2.2 太阳能热水系统的不足虽然太阳能热水器也在我国很多地方普及起来，而且大有取代燃气热水器和电热水器。因为太阳能热水器有非常明显的优势，相对于以上两种热水器利用的加热能源来说，太阳能是一种取之不尽的生态能源，不产生污染，不危害环境。但是，我们也应该看到，太阳能的低密度和不稳定性事其利用过程中难以克服的缺点。所以，为了保证热水系统的正常使用，就需要调节太阳能的收集利用与生活热水使用过程中产生的不重要性。首先要考虑日周期的太阳能蓄积以及连续阴雨天气无法利用太阳能的事实，必须采用辅助

6、的加热装置满足使用上的要求。3 太阳能热水系统辅助设备太阳能因其具有绿色环保，无污染，廉价等特点。越来越受到人们的喜欢， 许多家庭和公共场所都在使用太阳能热水器。但是，太阳能受天气影响很大，当夜晚或者阴天阳光不足时，水箱中的水可能达不到设定温度。这时需要采用辅助加热的方法把水箱中的水加热到足够的温度，以满足用户全天候使用的要求。3.1 以热泵技术做辅助加热方式的太阳能热水系统热泵技术是一种新型的节能制冷供热技术，长期以来主要应用于建筑物的采暖空调领域。因热泵制热在节能降耗及环保方面的良好表现，卫生热水供应系统也越来越多的采用热泵设备作为热源。其中以室外空气为热源的空气源热泵，结构简单，不需要专

7、用机房，安装使用方便，在卫生热水供应方面具有不可替代的优势，除了比较大型的空气源热泵热水系统外，现在已有多个品牌的小型的家用空气源热泵热水器也投放市场。但空气源热泵的一个主要缺点是供热能力和供热性能系数随着室外气温的降低而降低，所以它的使用受到环境温度的限制，一般适用于最低温度-10以上的地区。3.2 以电加热器作辅助加热方式的太阳能热水系统基于现代电子技术的太阳能热水器辅助电加热方法,也可以满足在无光照阴雨天或寒冷冬季条件下正常使用的要求，在阴雨天或者寒冷季节，可开启电加热器加热，待水温达到要求时能自动断电。当日晒不足时，用水前可用电辅助加热，既充分利用了太阳能，又缩短了电加热时间。接通电源

8、即自动上水，水满自动停止上水。若需电加热，在上水到规定水位时，即自动通电。电加热时，当水温达到要求时自动断电。但是电加热相对于大型住宅、宾馆、游泳池、公共浴池等场所需电量比较大，往往会耗费比较大的电能却得不到应有的效果。3.3 以燃气锅炉作辅助加热方式的太阳能热水系统系统一般由五部分组成,太阳能集热面、蓄热水箱、燃气锅炉、连接管道及自动控制部分。在北方地区一般选用玻璃真空管为集热元件,太阳能集热面由真空管集热器串、并联组合而成。集热面积的大小,根据当地太阳能资源情况而定。以内蒙古呼和浩特为例,该地区地处北纬42,全年全天平均太阳辐照量为每平方米22723kj,太阳能集热器的平均日效率g45%

9、,但一年四季各有不同。计算表明1平方米太阳能集热面积春、秋两季平均日产45热水80kg 左右、夏季110kg 左右,冬季45kg左右。太阳能集热面的位置一般选择楼顶集热管南北竖向放置，全天跟踪阳光。蓄热水箱是储存热水的容器,容积等于太阳能集热面夏天的产水量, 结构为双胆保温型,以利于散热损失的减少。燃气锅炉是在阴雨天气,或冬季太阳能不足时对水量不足的加热补充。锅炉容量的选择一般以锅炉为单一热源时, 连续运行8 10个小时,产生满足用户全天所需热水的水量来计算。管道系统是由连接太阳能集热面、水箱、锅炉之间的管道、循环泵、电动阀等组合而成,管道系统要严格保温,并要有可靠的防冻系统。4 蒸汽锅炉作辅

10、助设备的效益比较目前，越来越多的住宅、宾馆、游泳池、公共浴池等场所采用太阳能作为其中央热水系统的主要热源。这些场所一般要求卫生热水在一定的时间段内或全天24小时连续供应，为满足太阳能不足时的用热需求，使太阳能集热系统的投资更加经济，通常采用电加热器或电锅炉、燃煤或燃油（气）锅炉、市政热力等作为太阳能中央热水系统的辅助热源。表5.1 热水器效益比较热水器类型对比项目太阳能中央热水器电热水器燃油热水炉热泵热水器用水人数，用水量200人，10000kg/天200人，10000kg/天200人，10000kg/天200人，10000kg/天规格143平方米，10立方米60kw，5立方米20万大卡，5立

11、方米10h，10立方米首次投资费用140000元20000元45000元150000元使用寿命15年7年（15年内再买一次设备）7年（15年内再买一次设备）1215年晴天一天能源费用0元350元（以0.9/元计算）280（以3.5元/升计算）1140一年能源费用（以晴天270计算）电费33250燃油费26600电费127750元柴油费102200元电费51100元三年能源费用电费99750燃油费79800电费383250元柴油费306600元电费153300元15年总费用电费638750燃油费5390001956250元1623000元916500元对比总结1 与电热水器相比，投资太阳能热水器

12、1年半回收投资，每年可节省电费10万元，15年节省总费用约150万元与热泵热水器相比15年节省总费用约40万元。2 与燃油热水炉相比，投资太阳能热水器2年回收投资，每年可节省燃油费用7.5万元，15年共节约总费用108.4万元。由表1.5可以看出相对于大型住宅区、宾馆、酒店，游泳池、公共浴池等场所采用燃煤或燃油（气）锅炉作为太阳能中央热水系统的辅助热源的太阳能热水系统更能瞒足其一定的时间段内或全天24小时连续供应，为满足太阳能不足时的用热需求。且更具经济效益。蒸汽锅炉设备对不可再生资源的使用和污染气体的排放让它具备一定的不环保性。分体承压式太阳能集中热水系统主要由循环系统（集热器、水泵、膨胀储

13、液罐及管路）和末端系统（每户的储热水箱及控制系统）组成。简单的说，此种太阳能热水系统就是通过循环管路和集热系统给用户末端电热水器增加太阳能热源。我国年平均日照时间为2500至2 900h ，考虑最不利情况，按照每天日照8h计算，折合全年理想情况下大约有300d属于太阳能日照可以满足全天加热水的需求。下面采用差额投资回收期的概念比较两者的经济性。太阳能热水系统与电热水器相比水费相同，运行费用差额可以只计电费。太阳能热水循环系统按循环泵每天运行6h，末端系统阳光不充足时按理想情况65d计算；电热水器按1 年225户每天每户加热80l热水算。循环系统为公共电费约0.9 元/(kwh)，末端系统电费为

14、民用电0.5 元/(kwh)差额投资回收期是指初投资大的方案（太阳能热水）相对初投资小的方案（电热水器），由于净现金流量（年运行费用）的节约额而回收初投资差额的时间。由表1初投资差额和运行费用差额可知，本项目公寓式酒店采用太阳能集中热水系统和分户电热水器相比5.13年即可收回差额投资，即5年后每年节约热水器运行费用约8万元。从用户的角度，使用太阳能集中热水系统后，每年的费用约是使用电热水器费用的31。5 总结太阳能作为一种新能源，是一种清洁无污染的可再生能源。太阳能热水系统是以吸收太阳辐射能为热源，将太阳能转为热能以达到加热水的目的的整套装置，包括太阳能集热装置、储热装置、循环管路装置等。由于

15、太阳能热水系统在全年运行中受天气的影响很大，其独立应用存在间歇性、不稳定性和地区差异性，在太阳能应用中除利用集热器将太阳能转换成热能外，应采取热水保障系统（辅助加热系统）和储热措施来确保太阳能热水系统全天候稳定供应热水。太阳能供热水系统按其集热、储热和辅助加热方式分为三种：（1）单机太阳热水器，即分户集热、储热、辅助加热；（2）集中式中央太阳能供热水系统，即集中集热储热、集中辅助加热或分户辅助加热；（3）半集中方式，即集中集热、分户储热和辅助加热。本文研究的是集中式中央太阳能供热水系统，所以对集中式中央太阳能供热水系统作详细的介绍。集中式中央太阳能供热水系统的特点是集成化程度高，集中储热方式利

16、于降低造价并减少热损失，辅助加热系统集中利于补热；热水系统供应管路简单，合理的干管循环回水保证供水品质，实现各用水终端即开即热；对于住宅小区，集中式系统相对分户系统有初期投资少、集成化程度高的优势，模块化的集热器与建筑结合也比较美观。但该类系统集中运行一旦出现故障，用户热水将不能得到保证，且用户使用前需放出较多冷水。该系统在用水时间上可能受系统运行方式影响，当24小时供热水运行费用太高时，改用定时供热水将使用户用热水受到限制。为解决以上问题，可在上述系统中将集中辅助加热方式改成分户加热方式。该方式运行成本低，能实现太阳能热水的免费供应，但同时也会出现个别用户大量使用热水造成其他用户的热水量减少

17、的现象，需采用经济手段解决用水平衡。该方式在用水时间上不受限制，能实现24小时供热水，而且集热系统出现故障也不会对用户使用造成影响。参考文献：1 罗振涛,霍志臣，王锦侠等.太阳能热水器技术j.北京:机械工业出版社，19902 罗春南.真空管热水器的热特性分析及计算j.山东建筑工程学院学报.1998,33 罗振涛，霍志臣.2007中国太阳能热水器行业发展状况报告j.太阳能产业论坛.2008,(1)4 耿立明，刘漫洲，刘雨刚，杨威. 基于plc的太阳能热水器的自动控制系统j.辽宁工程技术学,2002,32,(4):62-665 田琦大型太阳能热水供应系统设计的若干问题j中国给水排水，2001，(1

18、7)6 alexander, simon furbo, louise jivan shcalibration terms for thickness gaugesjsolar energy 80 (2006) 146314747 刘鉴民，程林，邹卫平大型太阳能热水装置与燃油锅炉联合供热系统j机械研究与应用，2005，(10)8 金洪文利用太阳能进行热水供应系统的经济分析j中国高新技术企业，2007，(01)9 杨金良,王鸿宽,邢金辉某宾馆太阳能热水洗浴系统介绍j能源工程，2001，(06) 10 辛全忠太阳能附燃气锅炉双能源热水供应系统的推广j内蒙古科技与经济，2004，(17)11 paulo j.f. carreira,miguel e.f. costaautomatically verifying an o