四季沐歌太阳能跨季节蓄热系统介绍讲义.ppt

1,四季沐歌 · 朱 宁 2013.12,太阳能跨季节蓄热供暖-热水综合能源系统介绍,2,目 录 为什么要做太阳能供暖 传统太阳能供暖系统简述及问题 国外太阳能跨季节蓄热供暖-热水系统应用 本案例太阳能跨季节蓄热供暖-热水系统介绍及经济性分析 国内跨季节蓄热供暖-热水系统应用 四季沐歌优势,3,能源形势 我国能源消费总量 2004年国家发改委《节能中长期专项规划》 ——2010年 24亿吨标煤 ——2020年 30亿吨标煤 实际消费总量 ——2005年 22.5亿吨标煤 ——2006年 24.6亿吨标煤 2007年国家发改委《能源发展“十一五”规划》 ——2010年 调整为27亿吨标煤 实际消费总量 ——2007年 26.5亿吨标煤 ——2010年 32.7亿吨标煤 ——2011年 34.8亿吨标煤 ——2012年 36.2亿吨标煤,,节能形势紧迫！！,4,据统计，在能源总消费中建筑能耗的占比达30%左右，在建筑的能耗中，供暖和空调占61%，热水占22%（建筑供暖、空调和热水约占全国总能耗的25%）， 所以，建筑的供暖、空调和热水是节能的关键任务之一。

自从2010年以来，能源消耗总量每年增长约4-6%，按这个速度2014年即可达到近40亿吨标煤而按照人均可以承受的CO2排放量的上限计算，我国化石能源消耗总量不能超过40亿吨5,6,7,,,《沁园春·霾》 北京风光，千里朦胧，万里尘飘 望四环内外，浓雾莽莽， 鸟巢上下，阴霾滔滔! 车舞长蛇，烟锁跑道，欲上六环把车飙， 需晴日，将车身内外，尽心洗扫 空气如此糟糕，引无数美女戴口罩， 惜一罩掩面，白化妆了! 唯露双眼，难判风骚 一代天骄，央视裤衩，只见后座不见腰 尘入肺，有不要命者，还做早操环境污染危重！！,8,北京地区 2013年8月23日，北京市人民政府办公厅颁布《北京市2013-2017年清洁空气行动计划重点任务分解的通知》，目标为到2017年，全市空气中的细颗粒物年均浓度比2012年下降25%以上，其中规定“多措并举推进清洁能源供暖，到2017年全市累计新增太阳能集热面积400万平米 天津地区 《天津市清新空气行动方案》，于2013年7月1日起正式实施，通过实施清新空气行动，到2017年，空气质量明显好转，全市重污染天气较大幅度减少，优良天数逐年提高，PM2.5年均浓度比2012年下降25%。

其中规定：既有建筑“平改坡”时，根据实际需要同步安装太阳能光伏和太阳能热水器；大力推广农房太阳能利用； 其它地区 另外河北、山西、内蒙古、山东与环保部签污染防治责任书，纷纷出台具体行动计划政策支持！！,9,10,各地节能减排政策的出台，燃煤锅炉逐渐被淘汰，常规能源就只有燃气锅炉了，国家发改委主任徐绍史2013年12月15日在全国发展和改革工作会议上表示：“煤改气必须先签订供气合同落实气源，燃气发电要暂停上马，避免各地一哄而上加剧供需矛盾”另外燃气价格不断上涨，因此，燃气的使用受到一定限制 此外一直被看好的空气源热泵在冬季环境温度较低的情况下，效率也会较低，因此系统的保障能力会比较差，此外系统往往存在噪声扰民的问题 相比空气源热泵，地源热泵能效高，冬季运行时，COP可达4左右，夏季运行时， COP可达5左右，但往往存在取热和蓄热不平衡的问题，这也是地源热泵发展所面临的主要瓶颈 太阳能作为地源热泵的补充正是最好的配合方式，太阳能还可以和其他的清洁能源结合使用作为一种可再生的清洁能源，太阳能不再只被希望用来满足生活热水需求，太阳能供暖逐渐形成一种趋势11,传统太阳能供暖系统,11,设计思路： 当太阳能可以将水箱的温度提升到设定温度时，例如35℃（地板供暖的要求），即可提供供暖，当温度达不到时，利用燃煤(气)炉或电加热。

12,太阳能保证率计算: 以建筑面积200㎡，配备集热面积30㎡的常规系统为例，以节能建筑热负荷标准35W/㎡，供暖季每天的平均辐照量为14.41MJ/㎡（北京地区），太阳能系统效率0.30计，太阳能的保证率f：,- 太阳能系统的产热量：14.41*30*0.30=130MJ,- 建筑供暖所需热量：200*35*24*3.6/1000=605MJ,经计算太阳能的保证率为f=0.2112,13,13,系统存在问题 A.冬季太阳能供热不足： 太阳能冬季效率偏低，理论上，本系统水箱内温度不会低于供暖回水温度30℃，在此基础上靠太阳能升温，效率较低（经计算进水在30℃，环境温度5℃，太阳能辐照强度600W的情况下，太阳能集热器基于总面积的集热效率为0.38） 一旦不允许使用燃煤供暖炉，改配空气源热泵作为辅助加热，冬季在太阳能效率低的情况下，空气源效率也会较低，因此系统的保障能力会很差14,B.非供暖季系统过热严重： 系统过热容易产生一系列问题： 一、造成一些橡胶件容易老化，增加售后的强度； 二、造成真空管容易炸管，真空度降低，集热效率降低，真空管寿命减少； 三、过高的温度也会影响管道的寿命15,理念 1. 为了更好地利用非供暖季的热量，因为非供暖季的太阳辐照量(以北京为例）占到全年的71%，供暖季才占到全年的29%，我们总不能舍弃71%而仅仅采用29%，舍本逐末。

15,15,太阳能跨季节蓄热供暖-热水综合能源系统概述,2.太阳能跨季节性蓄热供暖-热水综合能源系统可以很好的解决非采暖季系统过热问题16,国外应用 美国在20世纪60年代首次提出跨季节蓄热的思想，并于70年代进行了大量的理论和实验研究， 国际能源署IEA于1981年启动了跨季节蓄热太阳能集中供热系统研究， 欧洲最早在20世纪90年代开始此方面的研究，而且在技术应用水平上一直保持着领先地位 以德国、丹麦和瑞典等为代表的北欧和中欧国家，近年来在太阳能跨季节蓄热技术上发展较快，这些国家已经建立了一些示范工程，并取得了良好的使用效果国外太阳能跨季节蓄热供暖-热水系统案例,到2013年10月，丹麦已安装37.5万㎡太阳能，远高于计划的35万㎡，同时丹麦计划到2020年可再生能源占终端消费能源的35%，到2050年，实现100%依靠可再生能源的目标17,18,ARCON跨季节性蓄热工程介绍 ARCON跨季节性蓄热工程位于丹麦奥尔堡的Dronninglund（多宁隆德 ），是ARCON为当地一所热厂建设的太阳能供暖+热水工程，是目前全球最大的跨季节性蓄热项目，总集热面积37000㎡，蓄热水池为60000m³，供应1000户居民冬季供暖和全年的生活热水，集热采用换热方式，集热循环使用防冻液。

19,,太阳能集热系统,20,蓄热系统,21,德国内卡苏姆的太阳能跨季节性蓄热供热厂 目前德国最大的跨季节蓄热系统，集热器面积5470㎡,采用地埋管蓄热，蓄热体容积 63300m³22,23,德国克赖尔斯海姆太阳能项目 本项目共安装3500㎡的太阳能集热器，采用地埋管蓄热，蓄热体容积37500m³24,25,太阳能跨季节蓄热供暖-热水综合能源系统介绍,26,系统组成 ——集热系统:吸收太阳能量转化成热能的装置，主要为各种类型的太阳能集热器 ——蓄热系统:用于储存热量的装置或介质，有蓄热水箱、蓄热水池、地埋管土壤蓄热、砾石-水蓄热、含水层蓄热等 ——管路系统:主要为输送热能的管路及设备 ——辅助热源:太阳能不足的情况下需要由常规能源补充，通常采用燃气锅炉、热泵等 ——供暖末端:指传送热量的载体，通常为地暖盘管、空调末端等27,全玻璃真空管集热器,集热系统——太阳能集热器,平板集热器,28,蓄热系统,（4） 热水蓄热,（1） 砾石-水蓄热,（3） 地埋管蓄热,（2） 蓄水层蓄热,29,砾石-水蓄热 系统特点： 砾石-水蓄热也称为人工含水层蓄热，蓄热介质由砾石和水组成，因该蓄热装置不需要建设承重结构，因此造价相对热水蓄热装置低，但是热容偏小，蓄存相同热量体积是热水蓄热装置的3倍。

在前面提到的14个典型项目中仅仅有2个项目采用这种方式不推荐采用30,蓄水层蓄热 系统特点： 含水层蓄热对建设地点的地质构造条件的选择比较苛刻，含水层主要由沙石、砾石、沙子、石灰石等透水性能较好的物质组成，含水层的上下两层为不透水层，在蓄热装置中，需要安装冷水井和热水井各一口，这种方式往往是可遇不可求的 在前面提到的14个典型项目中仅仅有1个项目采用这种方式不推荐采用31,地埋管蓄热 系统特点： 地埋管蓄热装置是在打入地面以下30-100m的竖井内设置U型管，在蓄热过程中，将太阳能收集的热量储存在土壤和岩石中，到冬季供暖时，再将土壤和岩石中的热量交换出来，是目前主流的蓄热方式之一 在前面提到的14个典型项目中有4个项目采用这种方式推荐采用32,热水蓄热 系统特点： 热水蓄热是指以水作为介质的蓄热方式，此类系统单位体积热容量大、流动性好，存取热量快捷、方便，热水蓄热装置一般为圆柱型，这种结构有助于减少形体系数，以减少热损失，目前全球最大的两个系统均采用热水蓄热 在前面提到的14个典型项目中有7个项目采用这种方式推荐采用33,经过30多年的发展，在四种蓄热系统中，目前主要采用的方式是热水蓄热和地埋管蓄热。

34,本案例项目设计及分析,项目基本情况： 我们初步拟定北京某高校有学生2万人，太阳能系统满足日常4000人的热水需求和宿舍楼的冬季供暖要求 太阳能集热器安装在宿舍楼屋面上，平均每人的建筑面积按照3.5㎡计算，则总建筑面积为7万㎡，设计安装1万㎡集热器，进行下面的计算：,35,设计思路与建设条件： 本项目我们设计采用太阳能+地埋管蓄热+地源热泵辅助方式，满足热水和供暖 要求 太阳能集热器置于各栋宿舍楼上， 太阳能集热器对建筑的承重要求为不低于 60kg/㎡，一般建筑均可满足 地埋管系统可建于操场位置，地底下埋设地埋管，经计算本项目打井所需占地 面积约为4800平米,非采暖季使得土壤温升7℃左右，不影响上面使用36,,,,,,自来水,,,,,,缓冲水箱,,,,,,,,,,,,,,,,,,系统运行原理图,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,地源热泵,采暖水箱,热水箱,生活热水,采暖供水,采暖回水,,,37,系统经济性分析及环保标准,1.基础资料： 北京地区地理位置(北纬39°48ˊ，东经116°28´),由上表可知30°倾斜面上的太阳能年总辐照量6257.81MJ/㎡，供暖季的辐照量1801.46MJ/㎡。

太阳能总集热面积10000㎡，集热器安装倾角15°的情况下，集热面积补偿比为0.93，供暖季集热面上的太阳辐照量为1675MJ/㎡，全年集热面上的太阳辐照量为5820MJ/㎡37,38,将非供暖季的热量进行储存，供暖季集热面上的太阳辐照量为1675MJ/㎡，供暖期125天，非供暖季集热面上的太阳辐照量为5820-1675MJ/㎡，非供暖季太阳能系统平均综合效率取0.4，供热水时间为190天，供暖季平均综合效率取0.30，供热水时间为90天太阳能可储存的热量以50%计，供热人数4000人,每人40L,水温升30℃，建筑供暖负荷35w/㎡计，则太阳能的保证率f,其中Qsun是太阳能为供暖提供的能量，Qr是建筑供暖需要的热量 经计算Qsun=10440GJ， Qr=21591GJ 太阳能的保证率为f=0.48，再配备地源热泵，地源热泵COP=4的情况下，系统的保证率就可以达到0.64 即在太阳能热水100%保证的情况，太阳能采暖的保证率可达到0.64.,38,38,2.节能计算,39,计算过程： Qsun是太阳能为供暖提供的能量，Qr是建筑供暖需要的热量 我们已知太阳能的总产热量为非供暖产热量+供暖季产热量=（5820-1675）*10000*0.4+1675*10000*0.30=16580+5862=22442GJ 每年供热水的热量为非供暖季190天的热量和供暖季90天的热量=4.18*4000*40*30*190+4.18*4000*40*30*90。