四季沐歌演讲稿太阳能采暖

1、1 1朱 宁2013.12.071太阳能采暖系统实践中的问题和解决思路1 1 1 12 2目 录背景传统太阳能采暖方式新型太阳能采暖方式跨季节蓄热太阳能采暖方式3 3p我国北方地区城乡采暖能源消耗巨大，污染严重 北方城乡建筑冬季采暖商品能消耗量为2.5亿tce，占全 国建筑总能耗的43%以上，排放CO2将近7亿吨3 3背 景数据来源：中国建筑节能年度发展研究报告数据来源：中国建筑节能年度发展研究报告200820084 4 4 4使用非清洁能源采暖使农村室内外空气环境的恶化5 5 我国有丰富的太阳能资源，按国土分四类区，其中可利用面积达96%以上。图图1 1 中国太阳能四个资源带中国太阳能四个资

2、源带表表1 1 我国太阳能资源分区表我国太阳能资源分区表名称名称资源带资源带号号指标指标kWh/mkWh/m2 2a a占国土面占国土面积积最丰富最丰富带带I I1750175017.4%17.4%很丰富很丰富带带IIII140014001750175042.7%42.7%较丰富较丰富带带IIIIII105010501400140036.2%36.2%一般带一般带IVIV105010503.7%3.7%太阳能建筑供热潜在需求量达到10亿m2以上（集热面积），是目前全国太阳能热水器保有量的4倍。6 66 6但是，太阳能具有能量密度低、不连续、不稳定以及辐照强度与采暖负荷相矛盾等特点，将其用于建筑

3、供暖需要解决一系列难题 背 景7 7我们已经实施的传统太阳能采暖方式以北京平谷将军关太阳能采暖及热水综合应用系统为例7 78 8北京平谷将军关太阳能采暖及热水综合利用8 8 8 8项目概况：将军关为北京新农村改造项目，共三期，由我公司设计施工第二期和第三期，目前共285285套。9 9运行原理9 9生活热水生活热水采暖供水采暖供水采暖回水采暖回水自来水自来水P1P1P2P210101010u项目配置： 此项目每户建筑面积约200，配备6块58-1800-25集热器，总面积30，外加一台常压热水燃煤采暖炉。u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（地板采暖的要求），即可提

4、供采暖，当温度达不到时，利用燃煤炉加热。u运行效果： 经过几个冬季使用，在一个采暖季用煤约2吨的情况下，室内温度可以保持在16以上，农村住户对采暖的要求不是很高，此温度基本上可以说的过去。 每个采暖季2吨煤，煤所产生的热量约为=29.3MJ/kg（煤的热值）*2000kg*0.8（燃煤炉效率）=46880MJ，一个采暖季太阳能产生的热量=30*1801*0.3（系统综合效率以0.3计）=16209MJ，建筑整个采暖季实际消耗的能量=46880+16209=63089MJ,其中太阳能的产热量约占26%。11111111u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

5、不会低于采暖回水温度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58/1800-50型集热器基于总面积的集热效率仅为0.38，再加上系统管道随时15%，系统效率就小于32%了。）。 一旦不允许使用燃煤炉，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。1212B.非采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。 1212 总而言之

6、一句话传统太阳能采暖系统冬季供热不足，非采暖季总是过热，系统保证率低，问题不断。橡胶件老化橡胶件老化真空管炸管真空管炸管管道锈蚀 1313新型太阳能采暖方式 分层储热水箱+水源、空气源双源热泵的采暖及生活热水系统13131414运行原理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层水箱分层水箱空气源、水源空气源、水源两用热泵两用热泵自来水自来水P2P2P3P3P4P4P5P5P6P6热水热水1515u设计理念 这个系统突破了太阳能热水的概念，而是采用了热能综合利用的概念以及整个系统热效率达到最高的概念，其基本原理是太阳能只要生产出温度高于15的热水就可以，此热水驱动热泵的

7、水源侧；再由热泵生产出35的热水，满足采暖的要求。当该天的太阳辐照特别好，可以使得水箱温度较高（大于35）的情况下，则热泵自动停止工作。当天气确实不好，太阳能无法提供足够的热量驱动热泵的水源侧时，或气候条件适合空气源热泵工作时（例如白天中午前后，温度高于0摄氏度），则启动热泵的空气侧，将太阳能产生的热水储存起来供夜间使用。u系统特点 -采用太阳能，水源、空气源双热源热泵； -采用低中高三温区合一的温度分层水箱。15151616u系统优势-采用了水源、空气源双热源热泵，可以获得更多地太阳辐照能量和空气中的能量，也使得系统的保障能力大大提高。-采用低中高三温区合一的温度分层水箱，分层结果使得水箱上

8、部的温度快速提分层结果使得水箱上部的温度快速提高，系统能够高，系统能够快速启动，满足采暖要求快速启动，满足采暖要求，同时顶部温度在特定时间内还可以快速，同时顶部温度在特定时间内还可以快速提高到更高的温度，就能满足生活热水的需求，而水箱底部的温度变化不大，低提高到更高的温度，就能满足生活热水的需求，而水箱底部的温度变化不大，低温有利于系统的集热，提高集热器的集热效率。温有利于系统的集热，提高集热器的集热效率。161617171818系统实验及检测数据在三月初，系统在早上在三月初，系统在早上8:408:40以前，均可以提供以前，均可以提供2424的供暖热水，保证办公室区的供暖热水，保证办公室区域的

9、供暖要求。（早域的供暖要求。（早7 7点开始启动热泵。）点开始启动热泵。）水箱上层温度记录表水箱上层温度记录表日期日期3.53.53.63.63.73.73.83.83.93.93.103.103.113.118:408:40时水箱时水箱上上层层温度温度28.228.2CC26.426.4CC25.925.9CC26.526.5CC24.424.4CC24.724.7CC2525CC供暖保证性数据采样：供暖保证性数据采样：1919水箱温度分层实测结果（2013年3月10日）： 实验数据表明，当系统开始工作时，水箱垂直方向温度分层效果明显，有利于保证实验数据表明，当系统开始工作时，水箱垂直方向温

10、度分层效果明显，有利于保证热泵的工作性能，提高集热器效率，保证供暖温度。随着水箱内的热量逐渐累积，水热泵的工作性能，提高集热器效率，保证供暖温度。随着水箱内的热量逐渐累积，水箱整体温度逐渐上升。箱整体温度逐渐上升。2020冷凝器冷凝器蒸发器蒸发器性能性能时间时间流速流速入口温度入口温度出口温度出口温度换热量换热量流速流速入口温度入口温度出口温度出口温度换热量换热量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对热泵性能的分析对热泵性能的分析热泵系统实验数据热泵系统实验数据2121 图中空气源热泵图中空气源热泵COPCOP为相同工况下仿真结果，实验数据表明，水源热泵的为相同工况下仿真结果，实验数据表明，水源热泵的COPCOP很高，很高，平均水平可以达到平均水平可以达到6 6左右，远高于空气源热泵，可以迅速提高水箱上层热水的温度。左右，远高于空气源热泵，

14、可以迅速提高水箱上层热水的温度。01234567812345678实际系统与普通空气源热泵COP对照6.045.36.046.965.695.5865.253.573.133.353.473.112.773.322.98COP实际系统时测COP相同工况下空气源热泵COP 实际系统与普通空气源热泵实际系统与普通空气源热泵COPCOP对照图对照图222222228:56就开始集热了控制界面232358/1800-50型集热器效率曲线（基于采光面积）58/1800-50型集热器效率曲线（基于总面积）分层对集热效率的影响2424以环境温度为5时计，太阳能辐照强度600W,工质不同的进口温度，此集热器效

15、率对比如下：基于采光面积基于采光面积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基于总面积基于总面积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该系统仍有以下不足：A.需要配一个相对较大的水箱，约3-8吨左右，在农村应该不是大问题。B.此系统仍然没有解决非采暖季过热的问题,为了避免过热，同时也能提高太阳能的保证率，应该尝试跨季节蓄热。2626跨跨季节季节蓄蓄热太阳能采暖方式热太阳能采暖方式26262727u理念1.为了更好地利用非采暖季的热量。以北京为例，非采暖季的太阳辐照量占到全年的71%，采暖季才占到全年的29%。我们总不能舍弃71%而仅仅采用

17、29%。2.太阳能系统非常怕过热，我们必须避免过热，因此人们提出了季节性储热太阳能采暖方式，即将非采暖季的热量储存起来供采暖季使用，提高采暖季太阳能的保证率，避免非采暖季的过热，再配备辅助热源实现系统供热。27272828 ARCON ARCON季节性储热工程位于丹麦奥尔堡的季节性储热工程位于丹麦奥尔堡的DronninglundDronninglund（多宁隆（多宁隆德德 ），是），是ARCONARCON为当地一所热厂建设的太阳能采暖为当地一所热厂建设的太阳能采暖+ +热水工程，是目前热水工程，是目前全球最大的季节性储热项目，总集热面积全球最大的季节性储热项目，总集热面积3700037000，

18、储热水池为，储热水池为60000m60000m3 3，供应，供应50005000户区域居民冬季采暖和全年的生活热水，集热采用换热方式户区域居民冬季采暖和全年的生活热水，集热采用换热方式，集热器中走防冻液。，集热器中走防冻液。 ARCON季节性储热工程介绍28282929太阳能集热系统太阳能集热系统2929303030303131 储热水池正好建设在一个小山上，很好的利用了地形，水箱为一个梯形结构储热水池正好建设在一个小山上，很好的利用了地形，水箱为一个梯形结构，底面为，底面为1000010000* *1000010000，基本结构如下：，基本结构如下：31313232储热水池储热水池32323

19、33333333434设备间设备间设备间里面主要包括泵和控制器设备间里面主要包括泵和控制器34343535单家单户的季节性储热太阳能采暖单家单户的季节性储热太阳能采暖3636项目基本情况： 本项目位于北京顺义，建筑面积约为200，采暖面积约140，安装太阳能集热面积30，配置5匹地源热泵，实现冬季采暖，夏季空调，和全年全天候的生活热水，地源热泵+太阳能双U管井，一年四季太阳能的热量不断的存储到土壤中，冬季采暖使用时，热泵和太阳能工作使用的管井为同一管井，增加冬季采暖的效率；夏季空调制冷式，太阳能和热泵工作使用不同的管井，避免太阳能太阳能储热对制冷的影响。 采用承压供热水箱，通过换热，保证水质清

20、洁。3737系统运行原理 P1P1采暖供水采暖供水自来水自来水缓冲水箱缓冲水箱地源热泵地源热泵采暖回水采暖回水生活热水生活热水P2P2P3P3P4P4地热地热A A井井地热地热B B井井系统特点：系统特点：1.1.可以实现冷、暖、可以实现冷、暖、水三联供；水三联供；2.2.系统简洁，控制简系统简洁，控制简单；单；3.A/B3.A/B热井切换，热热井切换，热泵效率更高。泵效率更高。3838u节能计算 建筑面积约200，配备6块58-1800-25集热器，总集热面积30，以节能建筑热负荷标准35W/计，采暖季太阳能辐照量累计为1801MJ/,采暖时间为125天，则采暖季每天的平均辐照量为14.41

21、MJ/，太阳能系统效率以0.3计，若采用传统太阳能采暖，太阳能的保证率f1： rsun1fQQrQ- -太阳能系统的产热量：太阳能系统的产热量：14.4114.41* *3030* *0.3=0.3=130130MJMJsunQ- -建筑采暖所需热量：建筑采暖所需热量：200200* *3535* *2424* *3.6/1000=604.83.6/1000=604.8MJMJ经计算太阳能的保证率为经计算太阳能的保证率为f f1 1=0.=0.2121。38383939u此项目采用季节性储热方式 采用季节性采暖方式，将非采暖季的热量进行储存，全年累计辐照量为6257MJ/，采暖季的辐照量为1801MJ,非采暖季太阳能系统平均效率为0.4，太阳能可储存的热量以50%计，则太阳能的保证率f2 rsun2fQQsunQ= =( (62576257-1801)-1801)* *3030* *0.40.4* *5 50 0% %/125+/125+130=130=343343MJMJrQ=605MJ =605MJ 3939 计算太阳能的保证率为计算太阳能的保证率为f f2 2=0=0. .5757。再配备地源热泵，以。再配备地源热泵，以COP=4COP=4计算，系统的保证率计算，系统的保证率就可就可以达到以达到7575% %。u系统投资项目正在施工过程中，系