四季沐歌演講稿太陽能采暖

1、1 1朱 寧2013.12.071太陽能采暖系統(tǒng)實踐中的問題和解決思路1 1 1 12 2目 錄背景傳統(tǒng)太陽能采暖方式新型太陽能采暖方式跨季節(jié)蓄熱太陽能采暖方式3 3p我國北方地區(qū)城鄉(xiāng)采暖能源消耗巨大，污染嚴重 北方城鄉(xiāng)建筑冬季采暖商品能消耗量為2.5億tce，占全 國建筑總能耗的43%以上，排放CO2將近7億噸3 3背 景數(shù)據(jù)來源：中國建筑節(jié)能年度發(fā)展研究報告數(shù)據(jù)來源：中國建筑節(jié)能年度發(fā)展研究報告200820084 4 4 4使用非清潔能源采暖使農(nóng)村室內(nèi)外空氣環(huán)境的惡化5 5 我國有豐富的太陽能資源，按國土分四類區(qū)，其中可利用面積達96%以上。圖圖1 1 中國太陽能四個資源帶中國太陽能四個資

2、源帶表表1 1 我國太陽能資源分區(qū)表我國太陽能資源分區(qū)表名稱名稱資源帶資源帶號號指標(biāo)指標(biāo)kWh/mkWh/m2 2a a占國土面占國土面積積最豐富最豐富帶帶I I1750175017.4%17.4%很豐富很豐富帶帶IIII140014001750175042.7%42.7%較豐富較豐富帶帶IIIIII105010501400140036.2%36.2%一般帶一般帶IVIV105010503.7%3.7%太陽能建筑供熱潛在需求量達到10億m2以上（集熱面積），是目前全國太陽能熱水器保有量的4倍。6 66 6但是，太陽能具有能量密度低、不連續(xù)、不穩(wěn)定以及輻照強度與采暖負荷相矛盾等特點，將其用于建筑

3、供暖需要解決一系列難題 背 景7 7我們已經(jīng)實施的傳統(tǒng)太陽能采暖方式以北京平谷將軍關(guān)太陽能采暖及熱水綜合應(yīng)用系統(tǒng)為例7 78 8北京平谷將軍關(guān)太陽能采暖及熱水綜合利用8 8 8 8項目概況：將軍關(guān)為北京新農(nóng)村改造項目，共三期，由我公司設(shè)計施工第二期和第三期，目前共285285套。9 9運行原理9 9生活熱水生活熱水采暖供水采暖供水采暖回水采暖回水自來水自來水P1P1P2P210101010u項目配置： 此項目每戶建筑面積約200，配備6塊58-1800-25集熱器，總面積30，外加一臺常壓熱水燃煤采暖爐。u設(shè)計思路： 當(dāng)太陽能可以將水箱的溫度提升到設(shè)定溫度時，例如35（地板采暖的要求），即可提

4、供采暖，當(dāng)溫度達不到時，利用燃煤爐加熱。u運行效果： 經(jīng)過幾個冬季使用，在一個采暖季用煤約2噸的情況下，室內(nèi)溫度可以保持在16以上，農(nóng)村住戶對采暖的要求不是很高，此溫度基本上可以說的過去。 每個采暖季2噸煤，煤所產(chǎn)生的熱量約為=29.3MJ/kg（煤的熱值）*2000kg*0.8（燃煤爐效率）=46880MJ，一個采暖季太陽能產(chǎn)生的熱量=30*1801*0.3（系統(tǒng)綜合效率以0.3計）=16209MJ，建筑整個采暖季實際消耗的能量=46880+16209=63089MJ,其中太陽能的產(chǎn)熱量約占26%。11111111u存在問題A.冬季太陽能供熱不足：太陽能冬季效率偏低，理論上，本系統(tǒng)水箱內(nèi)溫度

5、不會低于采暖回水溫度30，在此基礎(chǔ)上靠太陽能升溫，效率較低（經(jīng)計算進水在30，環(huán)境溫度5，太陽能輻照強度600W的情況下，太陽能58/1800-50型集熱器基于總面積的集熱效率僅為0.38，再加上系統(tǒng)管道隨時15%，系統(tǒng)效率就小于32%了。）。 一旦不允許使用燃煤爐，改配空氣源熱泵作為輔助加熱，冬季在太陽能效率低的情況下，空氣源效率也會較低，因此系統(tǒng)的保障能力會很差。1212B.非采暖季系統(tǒng)過熱嚴重系統(tǒng)過熱容易產(chǎn)生一系列問題： 一、造成一些橡膠件容易老化，增加售后的強度； 二、造成真空管容易炸管，真空度降低，集熱效率降低，真空管壽命減少； 三、過高的溫度也會影響管道的壽命。 1212 總而言之

6、一句話傳統(tǒng)太陽能采暖系統(tǒng)冬季供熱不足，非采暖季總是過熱，系統(tǒng)保證率低，問題不斷。橡膠件老化橡膠件老化真空管炸管真空管炸管管道銹蝕 1313新型太陽能采暖方式 分層儲熱水箱+水源、空氣源雙源熱泵的采暖及生活熱水系統(tǒng)13131414運行原理1414P1P1地板采暖供水地板采暖供水地板采暖回水地板采暖回水分層水箱分層水箱空氣源、水源空氣源、水源兩用熱泵兩用熱泵自來水自來水P2P2P3P3P4P4P5P5P6P6熱水熱水1515u設(shè)計理念 這個系統(tǒng)突破了太陽能熱水的概念，而是采用了熱能綜合利用的概念以及整個系統(tǒng)熱效率達到最高的概念，其基本原理是太陽能只要生產(chǎn)出溫度高于15的熱水就可以，此熱水驅(qū)動熱泵的

7、水源側(cè)；再由熱泵生產(chǎn)出35的熱水，滿足采暖的要求。當(dāng)該天的太陽輻照特別好，可以使得水箱溫度較高（大于35）的情況下，則熱泵自動停止工作。當(dāng)天氣確實不好，太陽能無法提供足夠的熱量驅(qū)動熱泵的水源側(cè)時，或氣候條件適合空氣源熱泵工作時（例如白天中午前后，溫度高于0攝氏度），則啟動熱泵的空氣側(cè)，將太陽能產(chǎn)生的熱水儲存起來供夜間使用。u系統(tǒng)特點 -采用太陽能，水源、空氣源雙熱源熱泵； -采用低中高三溫區(qū)合一的溫度分層水箱。15151616u系統(tǒng)優(yōu)勢-采用了水源、空氣源雙熱源熱泵，可以獲得更多地太陽輻照能量和空氣中的能量，也使得系統(tǒng)的保障能力大大提高。-采用低中高三溫區(qū)合一的溫度分層水箱，分層結(jié)果使得水箱上

8、部的溫度快速提分層結(jié)果使得水箱上部的溫度快速提高，系統(tǒng)能夠高，系統(tǒng)能夠快速啟動，滿足采暖要求快速啟動，滿足采暖要求，同時頂部溫度在特定時間內(nèi)還可以快速，同時頂部溫度在特定時間內(nèi)還可以快速提高到更高的溫度，就能滿足生活熱水的需求，而水箱底部的溫度變化不大，低提高到更高的溫度，就能滿足生活熱水的需求，而水箱底部的溫度變化不大，低溫有利于系統(tǒng)的集熱，提高集熱器的集熱效率。溫有利于系統(tǒng)的集熱，提高集熱器的集熱效率。161617171818系統(tǒng)實驗及檢測數(shù)據(jù)在三月初，系統(tǒng)在早上在三月初，系統(tǒng)在早上8:408:40以前，均可以提供以前，均可以提供2424的供暖熱水，保證辦公室區(qū)的供暖熱水，保證辦公室區(qū)域的

9、供暖要求。（早域的供暖要求。（早7 7點開始啟動熱泵。）點開始啟動熱泵。）水箱上層溫度記錄表水箱上層溫度記錄表日期日期3.53.53.63.63.73.73.83.83.93.93.103.103.113.118:408:40時水箱時水箱上上層層溫度溫度28.228.2CC26.426.4CC25.925.9CC26.526.5CC24.424.4CC24.724.7CC2525CC供暖保證性數(shù)據(jù)采樣：供暖保證性數(shù)據(jù)采樣：1919水箱溫度分層實測結(jié)果（2013年3月10日）： 實驗數(shù)據(jù)表明，當(dāng)系統(tǒng)開始工作時，水箱垂直方向溫度分層效果明顯，有利于保證實驗數(shù)據(jù)表明，當(dāng)系統(tǒng)開始工作時，水箱垂直方向溫

10、度分層效果明顯，有利于保證熱泵的工作性能，提高集熱器效率，保證供暖溫度。隨著水箱內(nèi)的熱量逐漸累積，水熱泵的工作性能，提高集熱器效率，保證供暖溫度。隨著水箱內(nèi)的熱量逐漸累積，水箱整體溫度逐漸上升。箱整體溫度逐漸上升。2020冷凝器冷凝器蒸發(fā)器蒸發(fā)器性能性能時間時間流速流速入口溫度入口溫度出口溫度出口溫度換熱量換熱量流速流速入口溫度入口溫度出口溫度出口溫度換熱量換熱量COPCOP3 3月月1 1日日8:208:201.361.3616.5516.5526.3726.3715.58115.5811.4861.4869.619.612.112.1113.00313.0036.046.043 3月月1

11、1日日10:4010:401.3651.36521.8821.8831.1531.1514.76214.7621.4861.48610.7310.733.823.8211.9811.985.35.33 3月月4 4日日8:408:401.3761.37619.5419.5428.9228.9215.05815.0581.5041.50410.9610.963.83.812.56312.5636.046.043 3月月5 5日日8:408:401.3871.38721.7621.7631.9831.9816.53816.5381.5041.50413.0113.014.944.9414.1614

12、.166.966.963 3月月8 8日日8:408:401.3761.376202029.4629.4615.18615.1861.4861.48611.3711.374.154.1512.51712.5175.695.693 3月月8 8日日10:4010:401.3761.37621.2721.2731.9431.9417.12917.1291.4861.48614.2614.266.156.1514.0614.065.585.583 3月月1111日日8:408:401.4611.46121.3221.3231.2331.2316.89216.8921.4771.47712.6512.

13、654.484.4814.07814.0786 63 3月月1414日日8:308:301.441.4421.721.731.4131.4116.31316.3131.441.4412.712.74.844.8413.20513.2055.255.25對熱泵性能的分析對熱泵性能的分析熱泵系統(tǒng)實驗數(shù)據(jù)熱泵系統(tǒng)實驗數(shù)據(jù)2121 圖中空氣源熱泵圖中空氣源熱泵COPCOP為相同工況下仿真結(jié)果，實驗數(shù)據(jù)表明，水源熱泵的為相同工況下仿真結(jié)果，實驗數(shù)據(jù)表明，水源熱泵的COPCOP很高，很高，平均水平可以達到平均水平可以達到6 6左右，遠高于空氣源熱泵，可以迅速提高水箱上層熱水的溫度。左右，遠高于空氣源熱泵，

14、可以迅速提高水箱上層熱水的溫度。01234567812345678實際系統(tǒng)與普通空氣源熱泵COP對照6.045.36.046.965.695.5865.253.573.133.353.473.112.773.322.98COP實際系統(tǒng)時測COP相同工況下空氣源熱泵COP 實際系統(tǒng)與普通空氣源熱泵實際系統(tǒng)與普通空氣源熱泵COPCOP對照圖對照圖222222228:56就開始集熱了控制界面232358/1800-50型集熱器效率曲線（基于采光面積）58/1800-50型集熱器效率曲線（基于總面積）分層對集熱效率的影響2424以環(huán)境溫度為5時計，太陽能輻照強度600W,工質(zhì)不同的進口溫度，此集熱器效

15、率對比如下：基于采光面積基于采光面積Ti TiTaTaGGTi Ti* *效率效率1010 5 5600W600W0.008 0.008 0.700 0.700 20205 5600W600W0.025 0.025 0.661 0.661 30305 5600W600W0.042 0.042 0.621 0.621 40405 5600W600W0.0580.0580.5820.582基于總面積基于總面積Ti TiTaTaGGTi Ti* *效率效率1010 5 5600W600W0.008 0.008 0.430 0.430 20205 5600W600W0.025 0.025 0.406

16、0.406 30305 5600W600W0.042 0.042 0.382 0.382 40405 5600W600W0.0580.0580.3570.357提高提高20%20%2525u該系統(tǒng)仍有以下不足：A.需要配一個相對較大的水箱，約3-8噸左右，在農(nóng)村應(yīng)該不是大問題。B.此系統(tǒng)仍然沒有解決非采暖季過熱的問題,為了避免過熱，同時也能提高太陽能的保證率，應(yīng)該嘗試跨季節(jié)蓄熱。2626跨跨季節(jié)季節(jié)蓄蓄熱太陽能采暖方式熱太陽能采暖方式26262727u理念1.為了更好地利用非采暖季的熱量。以北京為例，非采暖季的太陽輻照量占到全年的71%，采暖季才占到全年的29%。我們總不能舍棄71%而僅僅采用

17、29%。2.太陽能系統(tǒng)非常怕過熱，我們必須避免過熱，因此人們提出了季節(jié)性儲熱太陽能采暖方式，即將非采暖季的熱量儲存起來供采暖季使用，提高采暖季太陽能的保證率，避免非采暖季的過熱，再配備輔助熱源實現(xiàn)系統(tǒng)供熱。27272828 ARCON ARCON季節(jié)性儲熱工程位于丹麥奧爾堡的季節(jié)性儲熱工程位于丹麥奧爾堡的DronninglundDronninglund（多寧隆（多寧隆德德 ），是），是ARCONARCON為當(dāng)?shù)匾凰鶡釓S建設(shè)的太陽能采暖為當(dāng)?shù)匾凰鶡釓S建設(shè)的太陽能采暖+ +熱水工程，是目前熱水工程，是目前全球最大的季節(jié)性儲熱項目，總集熱面積全球最大的季節(jié)性儲熱項目，總集熱面積3700037000，

18、儲熱水池為，儲熱水池為60000m60000m3 3，供應(yīng)，供應(yīng)50005000戶區(qū)域居民冬季采暖和全年的生活熱水，集熱采用換熱方式戶區(qū)域居民冬季采暖和全年的生活熱水，集熱采用換熱方式，集熱器中走防凍液。，集熱器中走防凍液。 ARCON季節(jié)性儲熱工程介紹28282929太陽能集熱系統(tǒng)太陽能集熱系統(tǒng)2929303030303131 儲熱水池正好建設(shè)在一個小山上，很好的利用了地形，水箱為一個梯形結(jié)構(gòu)儲熱水池正好建設(shè)在一個小山上，很好的利用了地形，水箱為一個梯形結(jié)構(gòu)，底面為，底面為1000010000* *1000010000，基本結(jié)構(gòu)如下：，基本結(jié)構(gòu)如下：31313232儲熱水池儲熱水池32323

19、33333333434設(shè)備間設(shè)備間設(shè)備間里面主要包括泵和控制器設(shè)備間里面主要包括泵和控制器34343535單家單戶的季節(jié)性儲熱太陽能采暖單家單戶的季節(jié)性儲熱太陽能采暖3636項目基本情況： 本項目位于北京順義，建筑面積約為200，采暖面積約140，安裝太陽能集熱面積30，配置5匹地源熱泵，實現(xiàn)冬季采暖，夏季空調(diào)，和全年全天候的生活熱水，地源熱泵+太陽能雙U管井，一年四季太陽能的熱量不斷的存儲到土壤中，冬季采暖使用時，熱泵和太陽能工作使用的管井為同一管井，增加冬季采暖的效率；夏季空調(diào)制冷式，太陽能和熱泵工作使用不同的管井，避免太陽能太陽能儲熱對制冷的影響。 采用承壓供熱水箱，通過換熱，保證水質(zhì)清

20、潔。3737系統(tǒng)運行原理 P1P1采暖供水采暖供水自來水自來水緩沖水箱緩沖水箱地源熱泵地源熱泵采暖回水采暖回水生活熱水生活熱水P2P2P3P3P4P4地?zé)岬責(zé)酇 A井井地?zé)岬責(zé)酈 B井井系統(tǒng)特點：系統(tǒng)特點：1.1.可以實現(xiàn)冷、暖、可以實現(xiàn)冷、暖、水三聯(lián)供；水三聯(lián)供；2.2.系統(tǒng)簡潔，控制簡系統(tǒng)簡潔，控制簡單；單；3.A/B3.A/B熱井切換，熱熱井切換，熱泵效率更高。泵效率更高。3838u節(jié)能計算 建筑面積約200，配備6塊58-1800-25集熱器，總集熱面積30，以節(jié)能建筑熱負荷標(biāo)準35W/計，采暖季太陽能輻照量累計為1801MJ/,采暖時間為125天，則采暖季每天的平均輻照量為14.41

21、MJ/，太陽能系統(tǒng)效率以0.3計，若采用傳統(tǒng)太陽能采暖，太陽能的保證率f1： rsun1fQQrQ- -太陽能系統(tǒng)的產(chǎn)熱量：太陽能系統(tǒng)的產(chǎn)熱量：14.4114.41* *3030* *0.3=0.3=130130MJMJsunQ- -建筑采暖所需熱量：建筑采暖所需熱量：200200* *3535* *2424* *3.6/1000=604.83.6/1000=604.8MJMJ經(jīng)計算太陽能的保證率為經(jīng)計算太陽能的保證率為f f1 1=0.=0.2121。38383939u此項目采用季節(jié)性儲熱方式 采用季節(jié)性采暖方式，將非采暖季的熱量進行儲存，全年累計輻照量為6257MJ/，采暖季的輻照量為1801MJ,非采暖季太陽能系統(tǒng)平均效率為0.4，太陽能可儲存的熱量以50%計，則太陽能的保證率f2 rsun2fQQsunQ= =( (62576257-1801)-1801)* *3030* *0.40.4* *5 50 0% %/125+/125+130=130=343343MJMJrQ=605MJ =605MJ 3939 計算太陽能的保證率為計算太陽能的保證率為f f2 2=0=0. .5757。再配備地源熱泵，以。再配備地源熱泵，以COP=4COP=4計算，系統(tǒng)的保證率計算，系統(tǒng)的保證率就可就可以達到以達到7575% %。u系統(tǒng)投資項目正在施工過程中，系