西门子厂房采暖预热水改造及经济效益分析

1、西门子厂房采暖+预热水蒸汽锅炉节能改造方案山东桑乐太阳能有限公司2015年10月目 录一、节能技改背景：31、工程概况31.1、工程名称：31.2、原有系统概况：31.3、国家支持现状：3二、方案思路：41、集热器选用：42、方案原理：4三、太阳能系统设计依据：53.1、本方案设计参考标准：53.2、太阳辐照量：53.3、热量使用情况：53.4、太阳能系统可提供热量计算：63.5、太阳能系统节省能源计算：73.6、太阳能系统非采暖季节省能源计算：73.7、太阳能系统全年共可节省费用：采暖季33.21万元+非采暖季111.76万元=144.97万元。9四、设计图纸：9五、太阳能主要设备技术参数：

2、105.1、U型管使用“多靶”高效真空管：105.2、U型真空管集热器:115.3、集热器支架：115.4、水泵：115.5、不锈钢水箱125.6、浮动上取水装置：125.7、智能控制系统：13一、节能技改背景：1、工程概况 1.1、工程名称：西门子变压器厂房采暖及预热水太阳能系统工程。1.2、原有系统概况：西门子公司厂房占地约4000，内部采用风机盘管进行采暖，所需换热媒介热源为高温蒸汽，高温蒸汽由燃气锅炉产生，燃气锅炉燃烧效率很低，且燃气锅炉排放的二氧化碳量占总量的10%左右，排放的二氧化硫 占总量的21%左右。节能需求强烈，环保形势严重。1.3、国家支持现状：国家为了实现“十一

3、五”期间国内生产总值能耗降低20%的指标，根据国务院关于加强节能工作的决定（国发200628号）和国务院关于印发节能减排综合性工作反感的通知（国发200715号），中央财政将安排必要的引导资金，采取“以奖代补”方式对重点节能工程给予适当支持和奖励。山东省经贸委印发的2012年节能工作要点中要求加快推广应用新能源，继续开展学校应用太阳能集热补贴；实施节能科技提效工程，在电力、煤炭等传统行业组织开展燃煤锅炉改造、蓄冷蓄热等10类节能技术产业化和技术改造，推动信息数据中心、通讯机房和基站节能改造。利用省节能专项资金，继续支持实施200个节能项目。二、方案思路：1、集热器选用：我公司采用U型真空管集热

4、器，内部结构由：U型管流道、翅片和真空管组成。具有优点：1、它实现了玻璃管不直接接触被加热流体，即使玻璃管破碎，也不会造成系统渗漏。2、工质在U型管内流动，无需考虑真空管与联集管的密封问题。3、可以承压运行。2、方案原理：在厂房屋顶布满U型真空管集热器，经初步设计可布置864组，采光面积2592平米，原换热机房屋顶设置两个60吨太阳能蓄热水箱，太阳能集热水泵将蓄热水箱中的冷水打入集热器中，将集热器所收集的热量带出返回至蓄热水箱，这样不停循环直至水箱中的水温与集热器中的温度相同。由于冬季采暖季，风机盘管所需媒介温度为40，蓄热水箱水温可达75以上，因此可通过供热循环泵将蓄热水箱的热水经过板式换热

5、器直接供至风机盘过末端进行采暖，当太阳能温升达不到媒介所需温度时，将自动切换至原有蒸汽换热系统以保证采暖系统正常运行。当春夏秋非采暖季，太阳能系统收集的热量可达到95以上，设计在锅炉房旁边设置容积式换热器一台，将太阳能这部分热量通过加压水泵输送至容积式换热器，对进入锅炉的软化水进行预热，提高软化水的初始温度至80以上，以提供生产所需蒸汽，减少锅炉能源消耗。三、太阳能系统设计依据：3.1、本方案设计参考标准：国家气象局发布的气象数据 全玻璃真空太阳集热管GB/T170492005真空管太阳集热器GB/T17581-2007太阳热水系统设计、安装及工程验收技术规范GB/T187132002民用建筑

6、太阳能热水系统应用技术规范GB50364-2005工业自动化仪表工程施工及验收规范GBJ9386建筑给排水设计规范GB50015-2003建筑给水排水及采暖工程施工质量验收规范GB502422002建筑电气工程施工质量验收规范GB50303-2002采暖通风与空气调节设计规范 GB50019-2003太阳能供热采暖工程技术规范 GB50495-2009设备及管道保温技术通则3.2、太阳辐照量：山东省属于三类太阳能辐照区，为太阳能资源一般区。其太阳能热水系统的设计气象参数可参照济南市的气象资料。水平面年总辐照量为 4809.780MJ/(·a),水平面年平均日辐照量为13.167MJ/

7、(·a)；当地纬度倾角平面年总辐照量为5277.709MJ/(·a),当地纬度倾角平面年平均日辐照量为14.455MJ/(·a)。年总日照小时数2597.3小时，当地年平均气温为14.9，年平均日照小时数为7.1h。济南倾角表面年日均辐照量(KJ/) 15770 KJ/m2。3.3、热量使用情况：风机盘管供暖一般按照300450W/平米估算所需要的供热能力，按照厂房4000平米计算，共需能量300×4000=1200KW。按一天24小时采暖，则可换算成热量为：1200×24×3600=103680000KJ。3.4、太阳能系

8、统可提供热量计算：太阳能系统的集热面积由热水负荷（产水量）和管道热损失率确定，采光面积的计算可按太阳热水系统设计、安装及工程验收技术规范GB/T 187132002附录A公式计算：Ac = Qw Cw(tend ti) f÷ (Jrcd(1L)Ac直接系统集热器采光面积，m2Qw均用水量，kgCw水的定压比热容4.18 (KJ/kg·)tend储水箱内水的终止温度，75ti 水的初始温度，15f 太阳能保证率无量纲：根据经验值取0.40.8Jr 所在地集热器倾斜面上月均辐照量，15771KJ/m2(见下表)cd 集热器全日集热效率5090%L 管道及储水箱热损失率0.200

9、.30,取0.3可推得太阳能可节约能量计算公式：Q1HLt×A ××(1-L) 本工程屋面最大化设计可安装U型真空管太阳能集热器2592： 采暖季为：11月15日-3月15日，采暖季水平面月平均日太阳总辐照量为：（9.089+7.657+8.376+10.930+14.423）/5=10.095MJ/·日本系统安装的2592太阳能每年可节约的能量为： Q1HLt×A ××(1-L) 式中：HLt当地纬度水平面月平均日太阳总辐照量，HLt10.095MJ/·

10、日； A安装的集热器面积，A2592； 集热器全日集热效率，集热器效率取90%； L管路及储水箱热损失率，无量纲，此处取0.2。 代入式中： Q110.095MJ/·日×2592×0.9×(1-0.2) 18840MJ/日18840000KJ/日 则太阳能系统采暖季采集热能占总需热能的：18840000/103680000=18.2%3.5、太阳能系统节省能源计算：天然气的当量热值为：天然气：35530 kJ/m3燃气锅炉换热效率及能源费用如下表：类别燃气锅炉效率85能源费用非居民用气

11、：4.40元/m3则太阳能每日收集能量可节省天然气量为：18840000KJ /（35530 Kj/m3×85）623.8m3每日收集能量可节省天然气费用为：623.8m3×4.40元/kg2744.72元/日整个采暖季可节省：2744.72元/日×121日=332111.12元=33.21万元3.6、太阳能系统非采暖季节省能源计算：天然气的当量热值为：天然气：35530 kJ/m3燃气锅炉换热效率及能源费用如下表：类别燃气锅炉效率85能源费用非居民用气：4.40元/m3非采暖季为：3月16日-11月14日，采暖季水平面月平均日太阳总辐照量为：（16.679+20

12、.770+21.055+16.776+15.663+14.884+12.093）/7=16.846MJ/·日本系统安装的2592太阳能每年可节约的能量为： Q1HLt×A ××(1-L) 式中：HLt当地纬度水平面月平均日太阳总辐照量，HLt16.846MJ/·日； A安装的集热器面积，A2592； 集热器全日集热效率，集热器效率取90%； L管路及储水箱热损失率，无量纲，此处取0.2。 代入式中： Q116.846MJ/·日×2592×

13、;0.9×(1-0.2) 31439MJ/日31439000KJ/日 则太阳能每日收集能量可节省天然气量为：31439000KJ /（35530 Kj/m3×85）1041m3每日收集能量可节省天然气费用为：1041m3×4.40元/kg4580.4元/日整个采暖季可节省：4580.4元/日×244日=1117617元=111.7617万元3.7、太阳能系统全年共可节省费用：采暖季33.21万元+非采暖季111.76万元=144.97万元。四、设计图纸：见附图五、太阳能主要设备技术参数：5.1、U型管使用“多靶”高效真空管：桑乐多靶高

14、效真空管是由高硼硅玻璃内外层抽真空制作而成，长度为1.8m，直径58mm。制作标准依据国家标准：GB/T17049-2005，多项技术指标已超出国家标准。主要技术参数：真空度小于等于2.7×10-3Pa； 太阳光谱吸收率0.93；红外发射率0.06；透光透射率0.890.90；空晒温度在标准辐射量下，可达270以上；能够承受25以下冷水与90以上热水交替反复冲击三次；真空管内可承受0.6Mpa压力；直径525 mm的冰雹从高处自由下落至真空管表面，完好无损单靶管和多靶管对比：单靶管多靶管金属反射层纯铝铜吸收层铝和铝氮混合物不锈钢、钛和铝氮混合物减反层纯净铝氮混合物纯净铝氮混合物靶数单

15、靶三靶时间40多分钟1小时成本较低高稳定性稳定高温区稳定性价比较高高5.2、U型真空管集热器:型号：SL-FTRG-58-1.8-20热管：20支真空管：58mm×1800mm数量：20支进出水口：25mm 集热器面积：3平方米集热器重量：56KG平均荷载： 20Kg/集热器轮廓尺寸：1488×1950×155mm5.3、集热器支架：支架由优质铝合金和专用连接件制作。5.4、水泵：采用德国威乐（WILO）水泵，性能好，功率低节能。1）太阳能循环泵1套2台（一备一用）。2）送热水增压泵1套2台（一备一用）。3）冷水补水泵1套5.5、不锈钢水箱蓄热水箱采用SUS304

16、-2B不锈钢，厚度：底板2.0mm，下侧板2.0mm，上侧板1.5mm，顶板1.2 mm， 60mm聚氨酯发泡保温，平均温降<4，外壳采用0.6毫米镀铝锌板。水箱基础采用20#槽钢现场焊接成型。聚氨酯保温材料技术性能见下表：项目单位性能指标表观密度Kg/m240-60抗压强度MPa0.2吸水率g/100cm23导热系数W/(m.)0.035耐热性尺寸变化%1.5重量变化%1导热系数变化%105.6、浮动上取水装置：热水箱出水口都在底部这是保证使用完水箱全部的热水，但回水或补水回到水箱后极容易短路马上流出，桑乐专用的浮动上取水装置解决这一问题，先用上部的热水，也防止冷水短路流出。该设备零件

17、全部采用304不锈钢加工，安装在水池内底部热水口上，依靠浮球将取水管抬高，达到先用热水的目的。转动部件寿命长，耐腐蚀，密封好，该系统采用口径为DN50。5.7、智能控制系统：控制系统采用编程控制，系统为全自动运行，无须专人管理。5.7.1主要功能：自动上水、自动停水、防空晒、温差循环、自动防冻、出水温度任意设定、故障报警、时间控制、多重保护等功能，也可根据用户要求，加工定制。5.7.2主要技术指标：额定电压：380V、50HZ，三相五线制。防触电保护类型：型自动控温选择：099之间任意设定10段水位显示5.7.3 PLC智能控制系统：控制系统采用编程控制，系统为全自动运行，无须专人管理。控制系

18、统主要由以下器件构成：5.7.4 温度传感器：型号为日本石冢公司的203AT，可靠性高，温度反应灵敏，测量范围-50 110，测量精度为±1。5.7.5 水位传感器 自主研发生产的磁浮子式水位传感器，可测试10段水位，可靠性高，耐高温，抗水垢，尤其适合太阳能热水器使用。5.7.6 PLC可编程序控制器在本方案中我们，设计采用工控领域先进的PLC可编程控制器和触摸屏显示控制方案（以下简称PLC触摸屏控制系统），主要优点有以下几方面：A：功能强大，采用模块化的控制结构，此系统不但具备投标方案中所要求的所有功能，还具备扩展接口，可根据招标方的要求以及现场要求随时进行扩展升级。B：采用中文液晶触摸屏进行显示和控制，人机对话操作界面，其工作状态一目了然，操作简单方便。以下为我公司开发的PLC控制系统几个操作界面实例： 采用触摸屏控制 全部中文显示，工作状态一