太陽能光熱運用系統中太陽能年節能率的計算分析方法

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以廣西環境保護廳危舊房改住房改造建設項目的子項目「太陽能空氣源耦合熱水系統」為例，對太陽能的年節能率進行了詳細的分析計算。從計算過程和計算依據來看，這種計算方法都較為科學可靠，對採用太陽能光熱應用系統的節能減排分析計算，有著重要的參考意義。

　　廣西屬於屬南亞熱帶季風氣候，氣候溫和，平均年日照時數1600 h，平均每年太陽能輻照量約為4578 MJ/m2，太陽能資源十分豐富，利用太陽能潛力巨大。目前，社會上正推廣和普及集中供應式的太陽能空氣源耦合熱水系統，然而，太陽能空氣源耦合熱水系統在設計及項目申報時首先要進行節能量的計算分析，太陽能光熱應用系統中節能量的計算分析目前沒有一種較為科學可靠、具有很強說服力的計算分析方法，因此，本文以廣西環境保護廳危舊房改住房改造建設項目的子項目「太陽能空氣源耦合熱水系統」為例，實踐一種新的計算分析方法。

　　1 項目的概況

　　廣西環境保護廳危舊房改住房改造建設項目是將原來的低、矮、舊的職工住宅樓拆除，在原來土地上新建一棟33層的高樓，項目地址為廣西南寧市民族大道78號。為了響應國家節能減排的號召，該項目採用了一種可再生能源建築應用形式，太陽能空氣源耦合熱水系統，本集中式熱水系統總計供應186戶約651人日常生活熱水需求。設計每天人均熱水定額為80 L，使用時間為24 h，最大用熱水季節每天用熱水總量為52 m3。本熱水工程項目總計安裝了2600支太陽能真空集熱管，總計配備空氣源熱泵60匹，節能效果極為顯著。

　　2 熱水系統中太陽能集熱系統的年節能率的計算分析

　　2.1 熱水系統的工作過程

　　太陽能空氣源耦合熱水系統通過自動控制模塊的控制，做到完全自動化控制。有充足的太陽能輻射時，熱水系統優先採用太陽能來制取生活熱水，陰雨天氣或太陽能輻射不足時，啟動空氣源熱泵來作為輔助熱源制取生活熱水。

　　2.2 年節能率的定義

　　太陽能熱水系統的年節能率，是指太陽能熱水系統在每年運行中，相對於常規的熱水加熱方式，太陽能集熱系統節省的電量（不包括其它輔助熱源節省的電量）占常規熱水加熱方式所消耗電量的比例。

　　2.3 熱效率的計算

　　2.3.1 太陽能集熱系統熱效率

　　太陽能集熱系統的熱效率計算方法，以配備有循環水泵的集中式太陽能集熱系統為例，通常太陽能集熱系統在太陽輻照下熱水從初始溫度加熱到設定溫度，太陽能集熱系統只有循環水泵消耗少量電能，其它任何設備都不消耗電能，以本系統為例配備的循環水泵額定輸入功率為0.265 kW，循環1000 kg已經溫升35 ℃的水所需要時間為0.128 h，耗電為0.034度。因此得出配備有循環水泵的集中式太陽能集熱系統實際熱值為：

　　35000/0.034=1029411.76 kCal/度；

　　綜合熱效率為：1029411.76/860=119699%

　　2.3.2 電熱水器熱效率

　　本地區居民生活熱水的常規加熱設備為各家各戶獨立安裝的電熱水器，電熱水器的工作原理實際是電阻加熱，電熱水器熱效率為95%，即能效比為0.95。

　　2.4 節能率計算

　　2.4.1 熱水熱量計算的統一條件設定

　　南寧位於北回歸線以南，地理坐標東經108°22′，北緯22°48′，陽光充足，雨量充沛，霜少無雪，氣候溫和，夏長冬短，年平均氣溫在21.6 ℃。冬季最冷的1月平均12.8 ℃，夏季最熱的7、8月平均28.2 ℃。年均降雨量達1304.2 mm，平均相對濕度為79%。這里一年四季都非常適合旅遊觀光。亞熱帶季風氣候。

　　根據南寧市氣候特點，生活熱水需求量按照夏季、冬季和過渡季節劃分。夏季為5～9月，共計153天，熱水需求系數取0.6；冬季為1、2、12月，共計90天，熱水需求系數取1；過渡季為3、4、10、11月，共計122天，熱水需求系數取0.8。

　　2.4.2 全年制熱需求及普通電熱水器能耗的計算

　　按這樣的方法計算得到每支￠58×1800太陽能真空集熱管在每個月份的集熱量編成表格得到表3。

　　經計算得到每支￠58×1800太陽能真空集熱管全年的集熱量總計為91.313 kW?h。本節能項目整個小區總計安裝這種規格的太陽能真空集熱管為2600支，全年的集熱量總計為23.74138萬kW?h。

　　要采集這些熱量，太陽能集熱系統所消耗的電能為：

　　2374138÷119699%=198.34（kW?h）

　　即本項目太陽能集熱系統年節能量為：

　　2374138-198.34=237215.46（kW?h）

　　本項目太陽能集熱系統年節能率為：

　　太陽能集熱系統年節能量÷常規熱水加熱方式的年用電量×100%

　　=237215.46÷563980.5×100%

　　=42.1%

　　本項目太陽能集熱系統年節能率為42.1%。

　　2.5 誤差分析

　　從計算過程和計算依據來分析，本項目太陽能集熱系統年節能率的計算方法可稱之為「逐日計算法」。逐日計算法的計算分析結果的誤差是存在的，誤差的大小主要與幾個參數有關。

　　（1）太陽能輻照量數據是參考《中國氣象輻射資料年冊（2001年）》得到，每年的氣候都會或多或少與2001年的有變化，但通常變化量不大。

　　（2）太陽能真空集熱管集熱效率取92%，這是太陽能真空集熱管的生產廠家提供的實驗數據，該參數我們也可通過實驗測出；

　　（3）管路和水箱的熱損失率，在實際工程中，如果保溫措施做得很好，可直接降低熱損失率。

　　（4）用戶每年的實際用熱量總和，每年實際用熱量與季節和氣候有關，因此各季節的用熱系數不同。

　　2.6 常規計算分析方法

　　常規的計算分析方法見文獻[1]。

　　3 結語

　　在能源危機壓力下，國家大力提昌開發利用可再生清潔能源。其中，太陽能光熱應用技術是可再生清潔能源的開發應用技術中最為成熟和廣泛應用的技術之一。採用「逐日計算法」來對太陽能光熱應用系統中年節能率的計算分析，相對於常規方法，從計算過程和計算依據來看，這種計算方法都較為科學可靠，有較強的說服力，對採用太陽能光熱應用系統的節能減排分析計算，有著重要的參考意義。（責編：Z先生）

來源：中國節能在線

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