平板太阳能热力系统在重庆规模化技术应用
来源：中国太阳能产业联盟网
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
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；
项目地址：云阳县城区、各个乡镇；
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
参考：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：
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
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，℃；
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
4.5项目方案调整
考虑到学校学生宿舍楼多为20世纪90年代的建筑，房屋结构多为砖混结构，施工过程中，将原招标方案中的主要质量荷载热水箱由屋面改为楼下地面，这样既安全，又方便使用。
5.系统设计原理
系统设计原理
6.部分学校安装效果图
云阳师范安装效果
云阳中学安装效果
7.结论
重庆云阳县位于三峡库区，常年大雾，在当地有关部门大力支持下，太阳能热力系统示范项目为云阳县中小学提供热水达到了预期目的，这为重庆市其他区县推广应用太阳能热力系统提供了参考依据。
