平板太阳能热力系统在重庆云阳县规模化技术应用

http://news.dichan.sina.com.cn新浪地产2013/5/14 13:39:58 新浪地产

提要：本文简要介绍深圳市鹏桑普太阳能股份有限公司(以下简称“鹏桑普”)在重庆市云阳县36所中小学实施的太阳能与空气源热泵相结合的热力系统工程，通过对重庆市气候指数、太阳能热力系统设备选型配置、辅助热源选型配置的简要分析，为重庆市其他中小学安装应用太阳能热力系统提供了参考依据。

　　0前言

　　鹏桑普中标的重庆市云阳县36所中小学太阳能与空气源热泵相结合的热力系统工程近日全部完工(项目编号YYZFCG-G201256)。该项目总投资798万元，投入太阳能集热器5064m2，日总供热水量553m3，满足51345人用水，是平板太阳能热力系统在重庆可再生能源示范县(云阳县)的第一次规模化应用。

　　1项目概况

　　1.项目名称：云阳县36所中小学太阳能+空气源热泵热水中央工程；

　　2.项目地址：云阳县城区、各个乡镇；

　　3.学生宿舍楼多为20世纪90年代的建筑，房屋结构多为砖混结构。

　　2重庆地区气候情况

　　重庆市年平均气温16℃~18℃，长江河谷的巴南、綦江、云阳等地达18.5℃以上，最热月份平均气温26℃~29℃，采用候温法可以明显地划分四季。年日照时数1000h~1400h，日照百分率仅为25%~35%，为全国年日照最少的地区之一，冬、春季日照更少，仅占全年的35%左右；重庆地区水平面年平均辐射量为8.669MJ/(m·d)，水平面年总辐射量为3174.724 MJ/(m·d)，属于低辐射区，年太阳能保证率≤40%。(数据来源：重庆地区气象资料和《民用建筑太阳能热水系统工程技术手册》)

　　3 太阳能设备选型设计说明

　　3.1太阳能集热器面积选型设计计算

　　根据最高日用水量[kg/(人·d)]、总人数、日总水量(t/d)，可根据公式(1)、(2)、(3)、(4)、(5)得出所需集热器面积。太阳能集热器热效率计算参数(计算方法见：民用建筑太阳能热水系统工程技术手册)；储水箱内水的终止温度te和水的初始温度tL参考规范选取，分别为55℃和15℃。

　　集热器进口温度ti的确定：

　　ti=tL/3+te×2/3= 15/3+55×2/3=41.7℃

　　平均日太阳能辐射度：

　　G=JT/(SY×3600)= 8669×103/(3×3600)=802.7W/m2

　　归一化温差：

　　T=(ti-ta)/G=(41.7-18.3)/802.7=0.029W/(m2·℃)

　　则该工程中太阳能集热器全日集热效率为：

　　=0.757-4.21×T=0.757-4.21×0.029=0.635

　　式中：

　　te—热水温度，℃；

　　tL—冷水温度，℃；

　　ta—重庆市的年平均气温，℃ ：

　　JT—平均日太阳辐射量，J；

　　SY—年平均日日照小时数，h；

　　该项目选用平板太阳能集热器，每块集热器面积2m2，集热器瞬时效率截距为0.757。

　　3.2直接加热系统集热面积计算

　　太阳能热力系统的规模：是按照温差比较强制自动循环技术的太阳能集热器，并以GB/T18713-2002《太阳热水系统设计、安装及工程验收技术规范》国家标准为依据,确定设计太阳能热力系统的规模。

　　直接加热系统集热器面积的计算：

　　式中：

　　Ac—直接系统集热器总面积，m2；

　　Qw—日均用水量，kg；

　　Cw—水的定压比热容，4.1868kJ / ( kg·℃) ；

　　tend—贮热水箱内水的设计温度55℃

　　ti—水的初始温度，18℃ ；

　　f—太阳能保证率，40%；

　　JT—正南朝向，倾角为云阳当地纬度的平面上平均日太阳辐照量，11530KJ/(m2·a)(集热器角度30o)；

　　ηcd—太阳能集热器年平均集热效率63.5%；

　　ηL—管路及贮水箱的热损失率；根据所采取的保温方式，取20%。

　　若有学生100人，每人每天供热水50L，每天热水使用总量为5000kg，需要安装集热器面积为：

　　，

　　=5000×4.1868×(55-18)×0.4/11530×0.635×(1-0.2)

　　=52.9m2

　　集热器产水量=5000kg/52.9m2=95kg/m2。根据太阳能集热面积的选型设计计算，年平均集热器产热水量为95L/m2；在实际中，考虑冬、春季节，能最大可能的利用太阳能，实际集热器配水量按85L/m2计算。

　　4辅助热源设计配置

　　系统辅助热源采用空气源热泵。

　　4.1空气源热泵制热功率按系统热负荷计算

　　系统热负荷：Q=V﹒c(tr-tL) k/3612[kJ/(kW﹒h)]

　　式中：

　　Q—系统热负荷，kW﹒h；

　　V—设计热水量，m3；

　　c —水的比热容，.取4.2kJ/(kg﹒℃)；

　　tr—设计热水温度，℃；

　　tL—自来水补水温度，°C；

　　k—考虑水系统热的安全系数.取1.05~1.20。

　　4.2热泵机组的制热功率确定

　　热泵机组的制热功率确定 W=Q/T

　　式中：

　　W—名义工况下机组制热量，kW；

　　Q—系统负荷，kW·h；

　　T—名义工况下设计运行时间，h，一般取10~16h；

　　根据国家标准及厂家提供的规格型号，配置各个系统的空气源热泵机组。

　　4.3云阳县各个中学设备理论配置

　　学生用水按每人每天50L热水配置，云阳县36所中、小学，住宿学生总人数为52637人，每人每天配热水50L，共需要热水总量为2632m3，配置太阳能集热器27704m2，空气源制热功率118433kW·h。

　　4.4各学校的实际配置(见表1)

　　根据甲方要求，集热器、配水量、空气源制热功率按实际情况作出了调整， 36所学校共有住校学生51345人，系统总产热水量为560m3，配置集热器总面积5064m2，配置空气源热泵制热功率为2310.5kW·h。

表1 云阳县36所学校实际配置统计

序号	学校名称		地址	楼号	楼层数	楼层结构	总人数/人	日供水量 /[L/(人·d)]	总水量/m³	集热器面积/m²	空气源（制热功率/kW
乡镇中学
1	故陵中学		故陵镇	女生楼	7	砖混	840	7.3	6.5	76	25.5
1	故陵中学		故陵镇	男生1#楼	7	砖混	392	7.3	3	34	18.5
2	宝坪中学		宝坪镇	男生楼	6	砖混	768	7.3	6	70	18.5
2	宝坪中学		宝坪镇	女生楼	6	砖混	672	7.3	5	58	18.5
3	龙角中学		龙角镇	混合楼	7	砖混	1152	7.3	8.5	100	36
4	龙市中学		龙角镇	混合楼	5	砖混	720	7.3	5.5	64	18.5
5	外郎中学		外郎镇	混合楼	5	砖混	410	7.3	3	36	18.5
6	水口小学		水口镇	混合楼	4	砖混	336	7.3	2.5	30	18.5
7	水口中学		水口镇	女生楼	6	砖混	480	7.3	3.5	42	18.5
7	水口中学		水口镇	男生楼	2	砖混	544	7.3	4	48	18.5
8	云硐中学		西霞镇	混合楼	7	砖混	1500	7.3	11	130	36
9	天景中学		南溪镇	男生楼	8	砖混	1040	7.3	7.5	90	36
9	天景中学		南溪镇	女生楼	8	砖混	1040	7.3	7.5	90	36
10	南溪中学		南溪镇	男生1#楼	8	砖混	1058	7.3	8	94	36
				男生2#楼	3	砖混	240	7.3	2	24	9
				女生1#楼	4	砖混	1000	7.3	7.5	88	36
				女生2#楼	5	砖混	420	7.3	3.5	42	18.5
11	双土中学		双土镇	男生楼	6	砖混	528	7.3	4	48	18.5
11	双土中学		双土镇	女生楼	6	砖混	432	7.3	3.5	36	18.5
12	盛堡中学		江口镇	男生楼	5	砖混	1080	7.3	8	94	36
12	盛堡中学		江口镇	女生楼	5	砖混	630	7.3	5	58	18.5
13	东山中学		江口镇	男生楼	5	砖混	750	7.3	5.5	64	25.5
13	东山中学		江口镇	女生楼	5	砖混	420	7.3	3.5	42	18.5
14	江口中学		江口镇	亿恩苑	6	砖混	888	7.3	6.5	76	25.5
				怡然居	4	砖混	584	7.3	4.5	52	18.5
				德馨居	6	砖混	516	7.3	4	48	18.5
				墨香居	6	砖混	516	7.3	4	48	18.5
				明辨居	4	砖混	312	7.3	2.5	30	18.5
				兰馨苑	5		440	7.3	3.5	42	18.5
15	沙沱中学		沙市镇	男生楼	5	砖混	640	7.3	5	58	18.5
15	沙沱中学		沙市镇	女生楼	5	砖混	720	7.3	5.5	64	18.5
16	向阳中学		江口镇	混合楼	6	砖混	1000	7.3	7.5	88	25.5
17	后叶小学		后叶乡	初中部	5	砖混	720	7.3	5.5	64	25.5
17	后叶小学		后叶乡	小学部	2	砖混	200	7.3	2	24	9
18	高阳中学		高阳镇	女生楼	7	砖混	616	7.3	5	58	18.5
				男生1#楼	7	砖混	724	7.3	5.5	64	25.5
				男生2#楼	6	砖混	480	7.3	3.5	42	18.5
19	养鹿中学		平安镇	男生楼	5	砖混	660	7.3	5	58	18.5
				女生1#楼	6	砖混	864	7.3	6.5	76	25.5
				女生2#楼	6	砖混	864	7.3	6.5	76	25.5
20	红狮中学		红狮镇	混合楼	5	砖混	1500	7.3	11	130	36
20	红狮中学		红狮镇	女生楼	3	砖混	216	7.3	2	24	9
21	巴阳小学		巴阳镇	混合楼	4	砖混	360	7.3	3	36	18.5
22	人和中学		人和镇	混合楼	6		660	7.3	5	58	18.5
22	人和中学		人和镇	混合楼	6		672	7.3	5	58	18.5
23	风桥小学		人和镇	混合楼	3	砖混	200		1.5	26	9
县城中学
24		黄龙中学	凤鸣镇	1#楼	6	砖混	576	15	9	88	36
24		黄龙中学	凤鸣镇	2#楼	6	砖混	864	15	13	152	45
25		小江中学	高阳镇	男生楼	6	砖混	792	15	12	130	45
25		小江中学	高阳镇	女生楼	6	砖混	864	15	13	120	45
26		巴阳中学	巴阳镇	女生楼	4	砖混	360	15	5	60	18.5
26		巴阳中学	巴阳镇	男生楼	5	砖混	375	15	6	72	25
27		中海希望小学	盘石镇		2	框架	295	15	2.5	30	18.5
28		盘石中学	盘石镇	仲佰园	6	砖混	576	15	9	52	36
				淑贤苑	3	砖混	240	15	4	24	19
				淑慧苑	5	砖混	480	15	8	42	36
29		凤鸣中学	凤鸣镇	馨凤楼	6	砖混	604	15	9	52	36
				A栋	5	砖混	360	15	5.5	36	25.5
				B栋	5	砖混	480	15	7	42	25.5
				C栋	7	结构	728	15	11	64	45
				D栋	8	结构	1208	15	18	106	72
30		双江中学	新县城	德邻楼	7	砖混	886	15	13	66	45
				德弘楼	6	砖混	288	15	4.5	54	18.5
				德比楼	6	砖混	1200	15	18	0	72
31		云阳师范学校	新县城	旧楼	7	砖混	1512	15	23	176	90
32		云阳中学	新县城	C.D栋	7	砖混	560	15	12	70	45
32		云阳中学	新县城	A.E.B栋	6	砖混	1600	15	30	188	90
33		职教中心	新县城	女生楼	7	砖混	1200	15	18	140	72
33		职教中心	新县城	男生楼	7	砖混	868	15	13	106	45
34		云阳一中	新县城	混合楼	13	砖混	865	15	13	106	45
35		云阳二中	新县城	混合楼	6	砖混	768	15	12	94	45
36		云阳三中	新县城	A栋	6	砖混	1152	15	18	142	72
36		云阳三中	新县城	B栋	5	砖混	840	15	13	100	45
总计							51345		560	5064	2310.5