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    太阳能+低谷电双水箱热水系统应用介绍

上海太阳能工程-上海湘宸太阳能节能公司19821280256是一家以太阳能热水器生产为主的太阳能工程厂家,公司在太阳能行业有做过的工程案例有:平板太阳能热水器,阳台壁挂式太阳能热水器,分体太阳能,平板分体太阳能热水器工程,等,公司承接太阳能热水器工程,太阳能采暖,太阳能发电,太阳能空调等。
如果您有这方面的需要,我们可以免费给您勘察现场,给您免费做方案与预算报价等,一套太阳能热水工程设备系统,所投资成本是现在所用能源三年费用的上一套太阳能热水工程设备,前三年收回投资成本后可以免费使用七到十年以上,节能环保省钱看得到。

1工程概况
河北省秦皇岛市经济技术开发区动力公司(以下简称“动力”)位于秦皇岛市经济技术开发区崇山路西、闽江道东,拥有锅炉房6座,自有供热能力547MW,供汽能力115t/h,供热管网(一次网)138km,蒸汽管网26.5km,主要负责秦皇岛市开发区的供热及蒸汽供应管理。

图1动力
动力此前采用独立小型锅炉提供四季洗浴用热水,由于近些年秦皇岛市的太阳能热利用程度非常高,同时按照秦皇岛市城市空气污染物排放管理要求,动力公司决定采用太阳能热水系统替代传统锅炉热水系统,在降低污染物排放的同时,达到减少相关费用支出的目的。
浴室位于动力东南角独立的一层建筑,西面是浴室间,东面是锅炉房,锅炉停用,但是暂时保留,不进行拆除,太阳能系统只能放置在楼顶,经过实际测量,楼顶提供的有效面积为70㎡。
2太阳能热力系统方案设计
2.1设计要求
太阳能热力系统四季运行,每天需要洗浴的职工人数按照100人考虑,提供充足的热水供应,该系统采用空气源热泵作为辅助热源,即保证光照不足时职工的正常洗浴,又可以减少电能消耗,降低使用费用;该系统需采用落水法取水,提高热水利用率;该系统控制成本造价,投资回收期在3a~4a。
2.2确定方案
2.2.1现场条件
按照楼顶有效使用面积,至少要匹配太阳能集热器97.5㎡,水箱需要占用6㎡左右的面积,根据现场勘察,楼顶面积有限,多只能摆放太阳能集热器65㎡,即每日太阳能集热器所集热量不能满足当日用热需要,任何天气都需要辅助热源进行热量补充。
2.2.2空气源热泵分析
由于北方冬季天气寒冷,秦皇岛市低温度可达-25℃,虽然一些空气源热泵参数指出可以-20℃正常工作,但是此时的COP值毫无保证,平均效率太低,投资也就失去意义,而且空气源热泵为了保证其换热效果,需要定期清理灰尘,维护较为不便。
2.2.3方案建议
秦皇岛市企业用电峰段电价1.2元/(kW•h),平段电价0.76元/(kW•h),谷段电价0.34元/(kW•h),谷段电价与峰段电价的比值为1:3.53,采用低谷段电能进行不足热量的补充,不但可以降低电费支出,相对比较采用空气源热泵又可以降低初投资,减少后期维护管理费用,所以综合各方面因素,我们建议动力采用太阳能+低谷电双水箱热水系统。
动力采用太阳能+低谷电双水箱系统,但是提出,可不可以将电辅助加热器改为空气源热泵,这样在谷电时段使用空气源热泵,更好地节能、低耗。
经过相关分析,考虑楼顶面积等因素,终放弃了空气源热泵的构想,确定了采用太阳能+低谷电双水箱热水系统搭配电辅助加热器的方案。
2.3方案概况
整套太阳能热力系统共计真空管500支,集热面积65㎡;
系统包括容积为4.5m³不锈钢内胆储热水箱2台;
每个水箱匹配电加热器36kW;
安装水泵3台;
电动阀门4台。
3系统运行原理

图2 太阳能热力系统原理
3.1系统创新点
动力采用落水法取水,在运行过程中,两个水箱的水量、水温会发生各种变化,太阳能热力系统必须掌握两个水箱的水温、水量及所含热量,才能保证功能控制的准确性,水温很容易测量,在水量的确定上,液位变送器是佳选择,但考虑到要控制系统成本,本项目没有采用液位变送器,而是采用了多点液位探头测量。如图3所示:

图3 水箱探头分布
将水箱等分成5个液面高度,探头按照水箱结构进行精确放置,1号~5号液位线中,每两个液位线之间的水量约为0.9m³。同时存在一个公共点和一个“停止液位线”,两个水箱共占用PLC12个输入点。
系统运行时,PLC系统只需要根据液位探头探得该水箱液位高度及该水箱水温,就可以确定该水箱储存的热量值。
3.2蓄热工况
夜间到达谷电时段(23:00~07:00),系统会根据两个水箱液位高度及水温情况,自动计算出两个水箱的热量值,选择其中较高的一个开启电加热器,对其进行低谷电蓄能(热量相同时,选择液位量较少的水箱;液位也相同时,选择一号水箱),如果水箱液位未满,则开启上水电磁阀及对应该水箱的集热电动阀(D1或D2),开始上水,水满则停;当该水箱温度达到设定温度时(60℃),停止加热,同时该水箱被选择为“供热水箱”,开启对应水箱的供水电动阀(D3或D4),客户用水时,水泵(P3)运转,使用该水箱中的热水。图4为控制系统,图5为触摸屏界面。

图4 控制系统

图5 触摸屏界面
3.3 集热工况
另外一个水箱被选择为“集热水箱”,打开该水箱对应的集热电动阀(D1或D2)。
1.该水箱液位未满且水温不足55℃时,或者,该水箱液位达到满水状态时:系统对比集热温度T1和该水箱温度(T2或T3),出现温差后,系统启动该水箱对应的循环泵(P1或P2),水箱开始集热升温;
2.该水箱液位未满且水温达到55℃时:系统检测集热温度T1,当集热温度达到58℃时,开启上水电磁阀,当集热温度低于53℃时,停止上水。
3.4液位预警
补水取水法,由于液位量保持恒定,所以设计了一个温度预警模式,水箱具备4个设定温度,用于在“供热水箱”温度过低时,“集热水箱”提前做好准备及切换两个水箱功能。
本项目采用落水法取水,温度不再是考虑因素,而要考虑液位的变化。
由于每天开始送热时,“供热水箱”为满水位状态,所以除了极特殊情况,“供热水箱”均可以满足用水要求,所以此处的预警措施是:
1.当“供热水箱”液位低于“2号液位线”时:停止太阳能集热器与“集热水箱”的集热换热动作,当集热温度T1达到58℃时,开启上水电磁阀及“供热水箱”对应的集热电动阀(D1或D2),优先将集热器热水送至“供热水箱”,当集热温度低于53℃时,停止上水;
2.当“供热水箱”液位低于1号液位线时:马上检测“集热水箱”温度,当该水箱液位不足“1号液位线”时则开启补水(补水过程将临时征用上水电磁阀及对应的集热电动阀),当水温不足55℃时,开启电加热器,水温达到58℃停止;
3.当“供热水箱”液位低于“停止液位线时”:切换两个水箱功能。
3.5部分规则:
1.当水箱液位低于“1号液位线”时,禁用该水箱电辅助加热器;
2.处于“集热水箱”功能的水箱,水温不得低于50℃,液位不得低于“1号液位线”。

图6 施工现场
4经济效益对比分析
表1太阳能+低谷电双水箱热水系统与原有燃煤锅炉经济效益分析

5结论
5.1根据表1对比可知,太阳能+低谷电双水箱热水系统虽然新增投资15万元,但每年节省费用5.1万元。即该系统改造后预计3a即可收回初投资,符合动力要求。
同时太阳能热力系统每年可节约标准煤约50t,减排二氧化碳123t。
5.2本文介绍的太阳能+低谷电双水箱热水系统,是该产品第一次应用到实际工程中,工程规模虽然较小,但是作为一种全新的产品,在投放市场的初期,还是应该采取较为谨慎的态度。目前该工程投入使用有4个月的时间,系统运行状态良好,在非谷电时段启动电加热的次数只有3次,系统累计消耗电费约3000元,符合设计预期。
5.3通过本工程,证明了太阳能+低谷电双水箱热水系统具备优秀的实际应用价值,凭借良好的节能效果,本产品非常适合安装不便的小范围场所,且具备使用谷电时段优惠政策的企事业单位,相信随着本产品功能的不断扩充完善,可以更好的为客户相关需求提供多样化的产品选择。
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如果您有太阳能方面的需求,也可以直接与我们宋工联系:19821280256

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