三河市格兰香榭小区 太阳能热力工程项目
来源：太阳能工程
前言
我国正处于住宅建筑快速发展阶段，每年建成的城镇住宅面积大，其中又以高层住宅居多。根据全国政协调研组的调查：我国建筑能耗占能源总消耗比例高达27％，单位建筑面积的能源消耗为发达国家的3倍。2007年8月，国家发改委发布了《可再生资源中长期发展规划》，规划提出2010～2020年，我国可再生能源将有更大的发展。太阳能热水器总集热面积达到3亿m2。根据规划提出的目标，到2020年，我国一次能源消耗结构将扩大可再生能源，尤其是具有清洁、储量巨大、成本低、适用性广等优点的太阳能资源的应用比例。太阳能热水器是将太阳能转换成热能并将水加热的装置，是太阳能利用最早、最广泛的、也是最有效、最便捷的方式之一，具有结构简单、维护方便、节省燃料、运行费用低、不存在环境污染问题等优点。所以，在住宅建筑上安装太阳能热力系统是目前最成熟可行的一种太阳能利用方式。
1太阳能热力系统的优点
1.巨大的经济效益
太阳能应用于住宅建筑中可以节约常规能源，降低住宅建筑带来的能耗，产生较大的经济效益。虽然在建设初期一次性投入较大，但从长远看来却是一劳永逸，建筑造价增加值远远小于能源节约所带来的效益。
2.有巨大的社会效益
目前，人们生活舒适度与能源紧缺的矛盾日益严重，随着人们对室内舒适度的要求越来越高，人们用于室内热环境的能源需求量也越来越大，导致能源供给紧张。如在一些大城市，由于市政的电力、燃气不能满足人们的需要，政府不得不对常规能源的使用作出限制，往往只能通过停电的方式来缓解压力，给人们正常的生产生活带来了极大的不便，而太阳能应用于住宅建筑中，可以大大的节约能源，缓解能源问题对社会构成的威胁，促进社会经济的可持续发展，带来巨大的社会效益。
3.巨大的环境效益
目前住宅中建筑中主要以石化作燃料，其产的有害气体和二氧化碳造成了环境污染和全球气候变暖。太阳能是一种清洁卫的绿色能源，应用于住宅建筑中，可以减小石化燃料燃烧所产的有害气体对环境的破坏，具有巨大的环境效益。
项目概况
三河市格兰香榭小区位于河北省中北部三河市，西北邻北京，东邻天津。西部与北京市通州区潮白河相望，北部与北京市顺义区、平谷区接壤，东部和东南部分别与天津市蓟县和宝坻区接壤。属典型暖温带大陆性气候，年平均气温11.1℃，历史极端气温分别为40.2℃和-25.8℃，总降雨量为905.1mm，年蒸发量1681.9mm。历史平均降水量为617.4mm。相对温度平均为58%，全年日照时数平均为2870h，历年平均无霜期183d，最大冻土深度77cm，最大降雪厚度26cm。辖区一年四季分明，风调雨顺，气候温和宜人，风沙量小，自然破坏力极低。格兰香榭小区集体用水，每个单元100户，每户定额按120L热水设计，能容纳300人入住，每天用水约12t左右。辅助能源：采用电加热72kW。热水温度：55℃。供水时间：24h供热水洗浴。冷水计算温度：15℃。项目建设内容：格兰香榭小区有1～8号共8栋住宅楼，其中除2、4号楼是单单元楼外，其余楼均为双单元楼。每单元安装一套太阳能热力系统。每单元安装内容：47-1500-90型太阳能集热器20套，总计太阳能真空管1800支，集热面积225m2。安装水箱：不锈钢内胆储热水箱1台，尺寸：3m×2m×2m，容积12m3。安装水泵：水泵共计2台。安装电加热：12kW电加热棒6根。安装归丽晶除垢器：1台，日处理水12t。 小区项目共计安装：太阳能集热器：47-1500-90型太阳能集热器240套，总计真空管太阳能21600支，集热面积2700m2。安装水箱：不锈钢内胆储热水箱12台，尺寸：3m×2m×2m，容积12m3。安装水泵：水泵共计24台。安装电加热：12kW电加热72根。安装归丽晶除垢器：12台，日处理水12t。
3工程突破点、亮点
3.1控制系统
1.全自动控制功能
根据格兰香榭小区每单元实际情况设计专用控制柜，对整个系统进行全自动控制。包括冷热水的上水和自动循环、储水保温水箱自动补水、供水管道热水定温循环、定温供水及水温显示、温度调整等功能，从而实现无人值守自动运行
2.自动上水和循环
保温水箱的上水是通过控制柜控制循环泵及上水电磁阀利用定温放水和温差循环方式实现的。太阳能集热器吸收太阳能将水箱内的水加热，当太阳能集热器温度达到设定温度时，上水电磁阀打开，通过自来水的压力将太阳能集热器中的热水顶到水箱中，当太阳能集热器温度低于上水设定温度时，上水电磁阀关闭，如此反复到保温水箱水满后自动转化为温差循环不断提高水箱温度。温差循环是通过控制柜控制循环水泵实现的。在太阳能集热器和保温水箱内分别装有精密温度探头，控制柜读取太阳能集热器和保温水箱的温度数据并自动进行比较，如太阳能集热器和保温水箱之间的温度差值达到某个设定数值时（可在控制系统中随意设定），则系统自动启动循环泵强制将太阳能集热器中的热水输送到保温水箱中，与水箱中温度较低的水进行热量交换，循环一段时间后若温度差小于某个设定数值时，系统自动关闭循环泵停止热量交换，如此往复循环，使保温水箱内的水持续升温。
3.自动辅助电加热功能
恶劣天气和阳光不足时系统自动启动电加热系统；当水温低于用水温度时，辅助电加热启动，到保温水箱内的水达到用水温度时自动停止。
4.管道低温自动保护功能
为防止热量散失，保证正常用水，本系统设有保温功能。当管道温度低于某个设定温度时，防冻循环启动，使水箱内的高温水加热管道，当管道内的温度高于某个设定值时，防冻循环关闭。当保温水箱内的水温不足以加热管道时，启动管道伴热带，当管道温度低于某个设定温度时，电伴热带启动，当管道内的温度高于某个设定值时，电伴热带关闭。
5.热水供水管道循环功能
热水供水采用定温放水循环供水。为保障管道中的水温温度，在热水供水管道中加入热水循环回路：当管道中的水温低于设定温度时，循环泵自动启动，将管道中的冷水压回水箱，保证主供水管道中的水出水温度达到使用要求，既节约了水资源，又增大了管道用水压力，方便洗浴。
6.显示功能
控制系统可以显示当前保温水箱的水温、太阳能集热器模块的水温、回水管道温度、水箱温度、水箱水位和各工位工作状态，使系统状态一目了然。
7.参数设定功能
系统运行的全部参数，包括上水温度的上下限、上水位的上下限、温差循环的上下限、辅助电加热的温度上下限、热水管道循环的温度上下限、管道低温保护温度上下限、电加热启动温度上下限、上水方式等全部可以在控制面板上任意设定。
8.系统保温功能
太阳能集热器、循环管道都有充分的保温功能，防止系统的热量散失，以保证系统的正常使用。同时保温外层采用铝箔防护，质量更可靠，造型更美观。
9.其他保护功能
系统设有水箱高温保护、水位运行保护、运行时间保护、漏电自动保护等。
3.2太阳能集热器
太阳能集热器是太阳能热力系统的核心元件，其性的好坏接决定了系统能否取得应有的效果。本项目太阳能热力系统中真空管太阳能集热器采用三靶镀膜技术和旋转磁扫描结构，加入稀有金属成分，改善镀膜层分子结构，真空管(真空度高达5×10-3Pa)，对阳光有很高的吸收率(a＞96%)和极低的热发射率(β＜4%)，
具有集热效率高、热损小、耐高温(空晒温度高达330℃)、抗高寒(-40℃)等特点，减少了真空管由于长期空晒而造成的膜层老化、变色、性能衰减等问题，使用寿命长。采用了三高全玻璃真空管太阳能集热器，每个模块有60支管子组成。与普通太阳能集热器相比，该款太阳能集热器具有真空管排列密集，单位长度集热管数量多，吸热快、效率高；保温层采用50mm环保型无氟聚氨酯发泡保温，保温性好，绿色环保；内胆采用304/2B食品级不锈钢材料，卫生洁净，外皮采用仿不锈钢拉丝板，外观漂亮大方。
3.3太阳能水箱
本项目太阳能水箱内胆材质为SUS304/2B食品级不锈钢，保温采用50mm聚氨酯现场发泡，外护材质为0.5mm不锈钢与原有水泥内胆水箱相比，不锈钢内胆水箱具有以下特点：
1.款式新颖，
技术一流：由单元矩形成型板任意拼装焊接，具有漂亮的外观，对应配套，选择灵活。
2.安全卫生，经久耐用：
整个系统为封闭式，不锈钢材料表面光滑，不易附生藻类，水中沉淀物亦清晰冲刷。
3.安装方便，任意组合：
采用单元矩形不锈钢成型板拼装焊接组成，可依据设备设置场所，任意组合成多边形、阶梯形、L形等形态各异的水箱。
4.选材优异，防蚀抗裂：
选用性能优异的奥氏体、铁素体、超低碳不锈钢板材拉伸压制，具有独特的耐腐蚀抗裂性能。
5.制作精良，保温优良、外形美观：
以精密的成型模具液压拉伸成型，单元矩形凹凸水箱板成型精度高，保温效果好，昼夜温差＜3℃。4节能效益分析
4.1系统总能量系统每天将144t15℃的水升温到50℃，总共耗费的能量为：
Q＝Cpm吟T（1）
式中：
Q—该热水系统运行需要的能量，kJ；
Cp—水的定压热容，Cp=4.12kJ/(kg·℃)；
m—水的质量，kg；
△T—水的温差，即热水温度与基础水温之差。
注：1.以上各个系统投资均未考虑银行利率。
2.燃油锅炉系统价格包括锅炉本体、油箱、抽油泵、锅炉房、管道管件保温材料等。
3.燃气锅炉系统价格包括燃气锅炉、水箱、锅炉房、管道管件保温材料、入户费等。
4.在运行过程中，考虑阴雨天气等气候条件，此处按全年有80d使用电能加热。
5.以上太阳能热力系统的投资经济性分析是建立在邯郸市辐射资源和邯郸地区热水需求的条件下进行的。
6.太阳能热力系统的推广还应考虑减排温室气体和减少污染物排放带来的社会效益，不应局限于其经济性的的分析。
4.3太阳能热力系统寿命
太阳能热力系统寿命在15a以上。系统每年使用太阳能热力系统将144t15℃的水升温到50℃，总共节约耗费的能量为：6×106MJ。若上述热量由燃煤锅炉提供，则消耗标准煤量为：6000000/（29.308×65％≈314957（kg）5太阳能热力系统节煤分析每年节约标准煤315t，减排二氧化碳787.5t。15a节约标准煤4725t，减排二氧化碳11812.5t
