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1、不同辅助热源的太阳能供热采暖 系统效益比较,2004年,2009年,全国建筑面积约400亿平方米 按全国能耗的20.7%算，一年的 能耗超过6亿吨标准煤,我国既有建筑中，约30%是住宅，住宅能耗占当前建筑 能耗的比例超过40%，其中单纯用于北方采暖的能耗占到约23%,建筑能耗占全国能耗的20.7%,太阳能是一种取之不尽、用之不竭的可再生性自然能源，具有分布广泛、环保、安全等特点。 我国年日照时间大于2200小时的地区约占全国总面积的2/3，具有利用太阳能的良好条件。 由于村镇特殊地理条件的限制，集中供热仍不能普及，因此，太阳能供热系统采暖在村镇地区有着很大的发展前景。,在村镇中利用太阳能与城市
2、相比具有一定的优势,村镇住宅的特点更利于太阳能供热采暖系统的推广及应用。,太阳能有两个主要缺点,（1）能源密度低； （2）强度易受季节、气候、地点等因素的影 响，具有不稳定性。 因此，要保证太阳能系统稳定的热量供应，必须和其它能源的加热设备联合使用，这种加热设备称为“辅助热源”，其作用是当太阳能供应量不足时，作为太阳能系统的能量补充，满足系统的能量需求。,生物质辅助太阳能,我国村镇地区有着丰富的生物质资源，可基于当地产生的生物质辅助太阳能联合供热，在整个采暖期内形成能源互补,实现冬季供热的相对稳定。同时,夏季靠该系统提供生活热水,满足用户的需要。这种供暖方式解决了太阳能供暖中存在的由于季节、气
3、候、地点导致的供暖和太阳能供应能量不相匹配的问题。,太阳能和生物质能都属于清洁能源和可再生能源，这两种能源的联合使用，一方面可以缓解能源危机，另一方面，可以在很大程度上减少环境污染。因此，在村镇地区利用生物质锅炉辅助太阳能供热采暖模式具有得天独厚的优势，同时对我国能源和环境的可持续发展都有着十分重要的现实意义。,主要的研究内容,本文结合西安地区某村镇一栋单体住宅楼，设计了一套太阳能供热采暖系统。为了确定经济合理的辅助热源方案，对燃气锅炉、电锅炉、燃煤锅炉及生物质锅炉四种不同辅助热源的太阳能供热采暖系统进行比较研究,太阳能供热采暖系统的基本组成,太阳能供热采暖系统的主要部件有：太阳能集热器、蓄热
4、装置、辅助加热设备、控制系统、泵或风机、末端供热采暖系统和连接管道、阀件等。,辅助热源的位置,在太阳能采暖系统中，辅助热源的位置通常有三种：,位置（1）是辅助热源置于蓄热水箱内，这种位置放的辅助热源一般都使用电加热器。 位置（1）的缺点是，由于要加热蓄热水箱中大量不需要加热的水，这样会造成热量和能源浪费，同时加热器对系统加热的过程比较缓慢，还有可能影响第二天集热器的效率,位置（2）辅助热源将蓄热装置与供暖回路隔开，相当于辅助热源和太阳能集热器并联，当蓄热水箱的出水温度低于设定的供暖水温时，只有辅助热源单独向系统提供热量。 位置（3）是一种最有优势的方式，它不但具有位置（2）的效果，还可将太阳能
5、集热器作为预热器，从而减少了辅助加热量。本文拟选取位置（3）作为系统辅助热源的位置。,本文设计的太阳能供热采暖系统,系统工作原理:晴朗的白天，集热器吸收太阳能，将蓄热水箱下部进入的水加热后送入蓄热水箱上部，并将热量储存在蓄热介质中。采暖热水在循环水泵的作用下进入采暖盘管，采暖系统回水进入蓄热水箱底部，如此反复循环将热量传向室内。夜间或阴雨天时，集热循环泵停止工作，蓄热水箱直接向室内供热，如果蓄热水箱的出水温度达不到预定的45时，系统开启辅助热源。,系统技术要点,（1）采用直接式强制循环系统； （2）选用全玻璃真空管集热器和热分层蓄热水箱； （3）系统末端采用地板辐射采暖盘管； （4）该系统采用
6、温差循环控制，即将系统的启动温差设为8，停止温差设为2，当蓄热水箱的出口水温与底部水温差达到启动温差值时，集热系统开始运行；当温差达到停止温差值时，集热泵停止工作； （5）系统采用排回防冻法和水箱过热防护措施。,不同辅助热源的太阳能供热采暖系统效益比较,为了确定经济合理的辅助热源方案，针对本文设计的太阳能供热采暖系统模型，选取具有代表性的天然气锅炉、电锅炉、煤锅炉及生物质锅炉作为系统辅助热源，并从节能效益、经济效益及环境效益几个方面对四种不同太阳能供热采暖系统方案进行比较研究。 设计计算：本文选取西安地区某村镇6层单体住宅楼，有3个单元，每单元12户，共36户，每户3人，共108人，层高为3m
7、，每户建筑面积100 m2，总建筑面积为100m236=3600m2。辅助热源供热量计算结果为857556720 kJ。,表1 四种方案,1.节能效益比较,辅助热源年消耗量为,表2 各种能源的低位发热值,表3 不同热源的采暖系统热效率（%）,表4 四种方案的年能源消耗量计算结果,通过节能效益的比较，方案四每年可节省天燃气29841.40 m3、电能263944.82 kWh、煤56001.07kg。方案四以生物质能作为辅助能源，可以减少常规能源的压力，缓解能源危机，具有良好的节能效益。,2.经济效益比较,综合能源价格 式中，W综合能源价格，元/MJ； L0系统初投资，元； n系统有效使用年限，
8、本设计取系统寿命期为20年； Zt第 t 年运行费用，元； i银行存款年利率，本设计为5.5； Et系统第 t 年提供能量总计，MJ。,2.经济效益比较,表5 经济效益对比,从表5可以看出，经济效益相比较，方案二的综合能源价格最高，经济效益最差，方案四的综合能源价格最低，经济效益最好；虽然方案三比方案四略高，但是由于能源危机和环境污染问题日益突出，方案四的优势较其它系统更为突出。综合能源价格存在差别的主要原因是各个系统年运行费用的差别。从表中可以看出，方案四年运行费用最低，方案二最高，是方案四的2倍多。初投资方面，方案一和方案四初投资相当且较其他系统略高一些，方案三最低。,各个方案初投资差别主
9、要表现在锅炉的价格差别上，其中煤锅炉由于技术成熟价格较低，锅炉的投资费用仅占总初投资的0.7%1.7%。但是，集热器费用占初投资费用的比例约在51.7%53.2%，减少系统的初投资，应重点从减少集热器的投资来考虑。,3.环境效益比较,本文主要考察不同辅助热源的CO2排放量来进行环境效益的比较。 常规能源CO2排放量按下式计算: 式中， Qco2系统寿命期内二氧化碳排放量，kg； QA辅助热源提供的热量，MJ； n系统寿命，20年； W0标准煤热值，29.308MJ/kg； Eff常规能源利用效率，燃气锅炉、电锅炉、燃煤锅炉分别为0.85、0.95、0.77； Fco2CO2排放因子，kg碳/k
10、g标准煤，天然气、电、煤分别取1.481、3.175、2.662,3.环境效益比较,环境效益相比较，方案四可以实现CO2的近零排放，方案三最差，在寿命期内，方案四与方案三相比，CO2的减排量约有2023吨；方案一的CO2排放量约为方案三的1/2,在温室效应、环境问题日益加剧的今天，也是不容小觑的。,表6 环境效益对比,结论,本章通过对四种不同辅助热源的太阳能供热采暖系统从节能效益、经济效益及环境效益几个方面进行比较研究，得到如下结论： （1）在西安地区村镇利用生物质锅炉作为太阳能供热采暖系统的辅助热源是完全可行的，有着良好的节能效益、经济效益和环境效益，是一种值得推广的可再生能源利用方式； （2）燃气锅炉的运行费用较高，并且目前我国大部分村镇地区还缺乏使用燃气的条件，因此燃气锅炉作为村镇太阳能供热采暖系统的辅助热源不具优势；太阳能供热采暖系统的辅助热源为电锅炉时，后期运行费用高，不建议使用；虽然燃煤锅炉辅助太阳能供热采暖系统，目前在经济上具有一定优势，但随着能源危机和环境污染问题的日益突出，煤锅炉将会逐渐被新的热源形式所取代； （3）目前，太阳能供热采暖系统初投资较大，主要是集热器的价格较高，应力争提高集热器的效率或降低其价格，从而使太阳能供热采暖系统在我国北方村镇得以顺利推广。,谢谢,
