太阳能空气源系统节煤量碳排放量等节能量计算和效益分析

****环保能源有限公司
太阳能热水洗浴工程
设计方案
设计单位：******科技有限公司
联系人：***
联系电话：
设计日期：2018年06月20日
目录
一、国家节能形势及项目概况 (2)
1、国家节能形势 (2)
2、项目概况 (3)
二、技术方案 (4)
1、地理位置及气象参数 (4)
2、运行原理说明 (8)
3、设计计算及说明 (10)
4、主要设备介绍 (15)
4.1、 ZK5818-50联集管式太阳集热器 (15)
4.2、太阳能集热控制系统 (18)
4.3、循环水泵 (19)
三、项目投资估算 (19)
四、经济效益分析 (21)
1、年节能量计算 (21)
2、寿命期内太阳能热水系统的总节省费用 (22)
3、回收年限 (23)
五、系统环保效益分析 (24)
1、节煤量 (24)
2、二氧化碳减排量 (24)
3、二氧化硫及粉尘减排量 (25)
一、国家节能形势及项目概况
1、国家节能形势
随着全球范围内的能源供应紧缺与环境的日益恶化，以太阳能、地热等为代表的可再生能源，越来越受到人们的关注。

可再生能源主要包括水力发电、太阳能、生物能源、风能、地热能、海洋能等。

提高能源效率和发展可再生能源已成为全球能源可持续发展的两个重要组成部分。

从战略上说，世界最终将转入可再生能源的持续利用。

因此，世界各国都十分重视，积极推动可再生能源技术的发展。

《中华人民共和国可再生能源法》明确规定：国家鼓励单位和个人安装和使用太阳能热水系统、太阳能供热采暖和制冷系统、太阳能光伏发电系统等太阳能利用系统。

国务院建设行政主管部门会同国务院有关部门制定太阳能利用系统与建筑结合的技术经济政策和技术规范。

房地产开发企业应当根据前款规定的技术规范，在建筑物的设计和施工中，为太阳能利用提供必备条件。

目前我市的能源结构状况与其发展目标及可持续发展战略还很不适应。

例如，新能源及可再生能源利用少，能源消费环节浪费比较严重，煤的比例较大且利用技术水平较低；与发达国家相比也存在较大差距，仅相当于发达国家八十年代的水平；从产值能耗来看，目前万元国内生产总值和万元工业增加值的能耗都高于上海等城市及全国平均值，与国际先进水平相比差距更大，因此能源利用水平尚有待提高，节能还有很大潜力，新能源及可再生能源发展的空间很大。

《中华人民共和国可再生能源法》等相关政策法规为太阳能等可再生能源的发展指明
了发展方向，本项目的申报与实施，就是对上述政策和规划的贯彻落实。

本建设项目采取太阳热水系统，其运行没有任何污染，没有燃烧，没有排烟，对防止空气污染、保护环境，实现自然生态平衡方面具有积极的促进作用，是理想的清洁能源。

本项目的实施，符合有关政策的导向，为清洁能源在该地区的推广使用提供了一种全新的应用领域，在倡导节能环保的社会主义建设中将起到积极的示范作用。

2、项目概况
工程名称：**国际*县环保能源发电项目--宿舍楼及食堂
工程地点：山东省临沂市*县
建设单位：****环保能源有限公司
本建筑单体占地面积1173.82 平方米，总建筑面积3709.94平方米，计算容积率面积3709.94平方米。

建筑层数为地上5层，地下/ 层，建筑高度为18.77米，室内外高差300mm。

本项目拟安装20组58/1800-50支横插管型集热器，太阳能集热面积151.78㎡，可日产热水10吨，大大的节省了常规能源的使用，节能效果明显。

本项目为1个系统，太阳能分别安装在综合楼斜屋面上。

在阴雨天气，太阳能热水供应不足时，采用电加热进行辅助。

考虑到后期能源费用，建议采用空气源热泵作为辅助能源，空气源热泵的耗电费用约为电加热费用的三分之一。

二、技术方案
1、地理位置及气象参数
1.1、*县地理位置：北纬117°97′，东经35°26′。

1.2、基础水温：15℃；冷水计算温度:计算热水系统的耗热量时，必须决定冷水的计算温度，冷水的计算温度以当地最冷月平均水温资料确定，水温资料时参照下表：
湖北东部，河南南部
第四分区广东、台湾全部，广西大部分，福建、云南的南部10～15 20
第五分区贵州全部，四川、云南的大部分，湖南、湖北的西部，陕西和甘肃
秦岭以南的地区，广西偏北的一小部分
7 15～20
1.3、太阳能辐照量
依据国家建筑标准设计图集06SS128 《太阳能集中热水系统选用与安装》中附录一:《主要城市各月设计用气象参数》中选用。

*县当地无气象观测站，以济南的气象资料为参考，作为设计依据。

1.4、集热面及补偿比
本项目为斜屋面，屋面倾角为26°角，根据上表查询补偿比为100%。

根据1.3和1.4表中数据，应选取的年日均辐照量为15.771MJ/㎡×100%=15.771MJ/㎡=15771Kj/㎡。

1.5、设计依据
1、GB/T18713-2002 《太阳能热水系统设计、安装及工程验收技术规范》
2、GB50015-2003 《建筑给水排水设计规范》
3、GB50207-2002 《屋面工程质量验收规范》
4、GB50242-2002 《建筑给水排水及采暖工程施工质量验收规范》
5、GB50303-2002 《建筑电气安装工程施工质量验收规范》
6、GB50364-2005 《民用建筑太阳能热水系统应用技术规范》
7、DGT 32/T08-2005 《住宅建筑太阳热水系统一体划设计、安装与验收规程》
8、GB/T20095-2006 《太阳能热水系统性能评定规范》
9、GB/T 12936-1991 《太阳能热利用术语》
10、GB/T17581-2007 《真空管太阳集热器》
11、GB/T 17049 -2005 《全玻璃真空太阳集热管》
12、03S401 《管道和设备保温、防结露及伴热带》
12、06SS128 《太阳能集中热水器系统选用与安装》
13、GBJ10-89 《钢筋砼设计规范》
14、GB50009-2001 《建筑结构荷载规范》
15、GB50015-2003 《建筑给排水设计规范》
16、GB50303-2002 《建筑电气工程施工质量验收规范》
17、L05SJ004 《太阳能热水器安装与建筑构造》
18、GB50345-2004 《屋面工程技术规范》
1.6、太阳热水系统水质要求
由于各地的水质情况不同，对于水质较差的地区，使用太阳热水系统时，将严重影响使用效果，因此，客户在使用太阳热水系统时，其给水水质必须达到下列指标（参考《生活饮用水卫生水标准》），方可保证使用效果。

若用户的水质达不到上述的要求时，应采取适当的措施，使水质满足要求。

注：1、总硬度：表示水中钙盐、镁盐的总含量。

硬度分碳酸盐硬度和非碳酸盐硬度两种，前者表示水中溶解的重碳酸钙Ca（HCO3）2和重碳酸镁Mg（HCO3）2的含量，当加热到沸腾时，这些盐分以泥渣状态沉淀出来，所以又称为暂时硬度；后者表示水中溶解的氯化钙CaCl2、氯化镁MgCl2、硫酸镁MgSO4及其它钙镁盐的含量，这类盐分沸煮时不易沉淀，又称为永久硬度。

这两种硬度总和称为总硬度，硬度单位用mg/L。

2、悬浮物：悬浮物包括砂子、石子、铁屑等无机化合物和动植物有机体的微小碎片纤维或腐烂产物。

3、PH值：用来表示水的酸碱性，PH＝7时，水为中性；PH<7时，水为酸性；PH>7时，水为碱性。

4、含氧量：表示水中氧的含量，用mg/L表示。

5、氧气腐蚀：氧是强烈的阴极去极化剂，能吸收阴极电子形成氢氧离子OH－，因而使腐蚀过程加剧。

6、含油量：表示水中油的含量，用mg/L表示。

7、含铁量：表水水总铁离子的含量，用mg/L表示。

8、氧化铁垢：当水中含铁量过高时，会产生氧化铁垢，主要成分为铁的氧化物，这水垢通常外表面为咖啡色，内层为灰色而垢下则有少量的白色盐类。

2、运行原理说明
系统原理图：
图为系统原理示意图，不表示实际连接方式。

运行原理说明
系统运行原理说明：
（1）集热温差循环：当集热器温度T1与集热水箱中的水温T2温差≥8℃（默认值，可调）时，集热循环泵P1启动，将集热器中热水打进集热水箱中，当两者温差≤2℃（默认值，可调）时，循环泵P1停止；通过不断循环将集热水箱内水温提高。

（2）集热管路防冻循环：冬季当集热管路T3中温度低于5℃（默认值，可调），集热循环泵P1开启进行循环，当集热器管路内水温升高至10℃（默认值，可调）时，循环泵P1停止。

（3）低水位补水：为保证水箱内有足够热水供应，当水箱的水位≤2水位（默认值，可调），补水电磁阀DCF1启动对水箱补水，当水箱水满停止补水；
（4）热水供水：采用热水变频增压泵，当用水时，热水增压泵P2启动进行增压，并根据淋浴喷头打开的多少自动调节转速，保持热水管道压力恒定。

（5）管道循环、即开即热：当管道回水温度低于设定温度（如40度），回水电磁阀DCF2打开，热水增压泵P2启动，达到使用温度，电磁阀DCF2关闭，增压泵P2停止，实
现打开即出热水。

（6）防结垢措施：热水在高温时容易形成水垢，在冷水补水端加装硅磷晶水处理器，阻止系统结垢。

（7）辅助加热：当水箱温度低于设定温度5℃（默认值45℃，可调）时，水箱内的电加热启动进行加热，当温度达到设定使用温度，电加热停止。

考虑到后期辅助电加热运行电费情况，建议采用空气源热泵作为辅助，控制如下：当水箱温度低于设定温度5℃（默认值45℃，可调）时，空气源循环泵P3启动进行循环，同时热泵机组进行辅助加热；当达到设定恒定温度停止加热。

P3停止循环。

3、设计计算及说明
3.1、集热系统集热面积计算公式：
)
1()(L cd T i end w w c J f
t t C Q A ηη--=
式中：
c A ——直接系统集热器采光面积，㎡；
w Q ——日均用水量，10000kg ；
end t ——储水箱内水的平均终止温度（用水温度），50℃；
w C ——水的定压比热容，4.18KJ/（㎏·℃）；
i t —— 水的初始温度，15℃；
t J ——当地集热器采光面上的年平均日太阳辐照量，15771KJ/㎡；
f ——太阳能保证率，根据系统使用期内的太阳辐照、楼顶可供安装面积等因素综合考虑
后确定，70％；
cd η——集热器全日集热效率，在此工况下为0.52；
L η——管路及储水箱热损失率，无量纲，此处取0.15。

经计算，日产10吨热水所需太阳能集热面积为146.91㎡。

系统安装ZK58/1800-50联集管式太阳集热器20组（每组集热器含50支∮58×1800mm
真空管、面积为7.589㎡），集热面积151.78㎡，可满足146.91㎡的集热面积要求。

系统在晴好天气可产生50℃的热水10吨，阴雨天气热水不足部分由电加热提供。

3.2、温差循环泵的型号的选定 1）、集热循环设计流量
根据我公司集热器性能及系统设计工况计算，在循环温差为10℃时，每平米集热器的循环流量为0.017 L/(s ·㎡)。

对于太阳热水系统，集热循环管路为闭合回路，则管道计算流量为循环流量，按下列公式计算：
s Q A q ⋅=
式中：q —循环流量，L/h;
Q S —集热循环流量L/(h ·㎡) 。

A —太阳能集热器的总集热面积。

集热系统设计一个系统，集热循环泵所需的循环流量为7.59m 3/h ，设计循环流速1.0-1.2m/s 。

2）、管径计算
循环管及给水管网管径确定依据
j d =
式中：q ——设计流量，3
/m s j d ——管道计算内径，m v ——流速，/m s
上式中流速的确定，根据我国《建筑给水排水设计规范》GB50015-2003，P117中表5.5.8中规定，通过技术经济分析，并考虑室内环境产生噪声允许范围来选用，见下表。

热水管道的速度
（
经计算，系统的循环主管道管径为DN50。

3）、集热循环泵扬程
集热循环泵的扬程计算公式为：
f
z j jx x h h h h H +++=
式中
H X ——太阳能集热系统循环水泵扬程，m ；
h jX ——集热系统循环管路的沿程与局部阻力损失，m ； h j ——集热循环流经集热器的阻力损失，m ； h z ——集热器顶与水箱最低水位的几何高差，m ； h f ——附加压力，2～5m ；
由于管网中局部配件较多，如三通、弯头、阀门等，局部阻力系数各不相同，水头损失计算过程繁琐，可按每百米管道损失2-3米扬程进行估算，管件部分损失按照管道损失的的10%近似取值。

结合流量和扬程数值，系统选用威乐牌PH-751EH 型号循环泵（曲线同PH-403E ）。

曲线表如下：
根据曲线表可见：
系统在流量7.59m 3/h 时的扬程为11米，可以满足系统要求。

3）、补水电磁阀的确定： 电动阀口径： d ＝V
Q
4 式中：d ――管径，m Q ――流量， 3m /s V ――流速，1m/s
上式中流速的确定，根据我国《建筑给水排水设计规范》GB50015-2003，表3.6.9中规定，考虑经济技术条件及噪音影响，取v=1.0m/s 。

生活给水管道的水流速度 表3.6.9
热水箱安装DN32的冷水补水电磁阀。

4）、集热器及水箱安装说明
a 、集热器支架采用国标热镀锌角钢，现场组装，角钢焊接处去除焊渣后涂防锈漆和银粉漆各两遍；
b 、集热器安装应预留固定节点，以便于系统防风。

c 、水箱放置在水箱间承重位置。

d 、集热循环管路应同程布置。

上、下循环管（横管段）敷设时，应有不小于0.3%～0.5%的坡度。

坡向应便于排除管内气体，在管路最高点应设自动排气阀。

e 、 集热循环管内热水流速，宜按下表选用
f、集热循环管跨越建筑伸缩缝、沉降缝、抗震缝等变形时，应设置变形补偿装置。

g、系统管件的选择：管件采用热镀锌管件等。

4、主要设备介绍
4.1、ZK5818-50联集管式太阳集热器
由联集管集热器组成的集热单元可根据需要组合成不同集热面积的热水系统，加装电控器件后，可使热水系统实现多功能全自动运行。

联集器组的性能及特点
以太阳辐射能为主要能源，通过一定强度和一定时间的光照和正常水压冷水的供应，系统可以产生一定温度的热水。

对于直接加热系统单位采光面积平均每日的产热水量
B1=40~100（L/㎡.d）,咸宁（太阳能资源一般区）单位采光面积产热水量50~60（L/㎡.d）。

出水温度可以在一定范围内调整，一般设定出水温度在75℃～60℃内，更有利于太阳能系统高效运行。

当太阳辅照量较小时（如阴雨天），若不启动辅助能源加热系统，只能保证出水温度，不能保证出水量，可能出水很少。

若与常规能源相结合，则可实现全天候提供生活热水。

国际首创——将全玻璃真空集热管东西方向水平放置组合而成联集管式集热器。

自然跟踪——圆柱形真空集热管水平放置，对不同季节太阳高度角的变化具有自然跟踪特性，其采光投影面积在一年四季中几乎不变。

密封结构——真空集热管与联集管结合处，采用本公司翻边结构和多道半“O”形密封圈使用寿命长、密封严密、安全可靠；
承压能力——由于特殊设计的承压结构，集热器在工作时可以承受0.1Mpa的压力，可采用自然循环或半强制循环方式运行。

组合任意——可根据需要，将联集管式集热器任意组合成不同采光面积的热水系统。

高效全玻璃真空管
本项目采用优质多金属镀膜系高效全玻璃真空集热管—耐高温、抗高寒、高效吸收，
采用国际先进的真空管镀膜技术—干涉膜工艺（多金属膜系—铜、钢、铝），吸收率达到96%，散射率小于4%。

采用多金属磁溅射三靶镀膜技术，吸收层、减反层和金属层通过对光波的干涉吸收，提高集热性能。

金属层为镀铜，耐高温，抗老化，反射性能好，得热量比同型号热水器提高8%，集热能力非凡，在阴雨天气仍有一定的集热功效。

高出国际其他产品中最佳者十个百分点，在国际太阳能热利用领域处于领先地位。

品质优在同行业中首家通过ISO9002及英国皇家质量认证委员会质量体系认证,通过ISO9001:2008版质量体系认证。

其特点为：
1）集热快（镀膜决定效率）
采用多金属磁溅射镀膜技术，吸收层、减
反层和金属层通过对光波的干涉吸收，提高集
热性能。

并采用先进封熔技术，在确保两套管
的一体性与稳定性的同时，使热水温升更强，
集热效率高。

2）散热慢（真空决定寿命）
由于在真空集热管夹层之间保持着较高
的真空度，真空度高达5×10-4Pa，可最大限度
地减少由于热传导、热对流造成的热量损失。

真空专家设计的高效节能真空排气机与计算机在线监控系统，使得空晒温度不低于350℃，且抗冻在零下50℃以下，保证了“****”牌真空集热管不低于20年的使用寿命。

3）强度高
采用被称为“玻璃王”的“硼硅玻璃3.3”为原料，通过纳米技术生产的****集热管，
玻璃管厚度厚达3.2㎜，强度大、抗化学侵蚀性、光学性能、热稳定性、机械性能极佳；25mm冰雹冲击不破损。

耐压能力高达0.6Mpa，且能承受0℃以下冷水与90℃以上热水反复交替冲击三遍后不破裂。

1）、全玻璃真空集热管技术参数表：
联集箱
外壳采用0.4㎜厚的镀铝锌板，机械强度、耐腐蚀性、抗氧化性和热反射性能极高。

该材料是在冷轧钢板的表面热浸镀一种由55%的铝、43.4%的锌和1.6%的硅组成的镀层，具有超强的耐热腐蚀性，抗氧化性和高的热反射性；耐大气腐蚀能力显著，在各种气氛中可保证长时间不生锈；镀层含铝量高，可承受持续高达315℃高温而不发生氧化或变形。

内胆由SUS304-2B食品级不锈钢由等离子双氩气保护自动焊焊接而成，保温采用进口聚氨酯整体发泡，厚度为50㎜，为黄金密度38KG/m3，泡孔细小均匀，封闭性好。

发泡成型后，水箱内胆、外壳一次性形成一个整体，保温效果极佳。

4.2、太阳能集热控制系统
ZKKZG系列太阳能热水工程控制柜，是专门针对太阳能热水工程特殊要求而研发的高科技产品，经过多年改进提高，更趋于完善。

本产品主要有上水、供水、防冻、循环、加热等控制功能。

其特点：控制系统简单，逻辑关系清晰，工作稳定性强，特别是电极式水位测量方式，是目前多种液位测量方式中使用效果最好的一种。

其中上水、供水、防冻、循环、加热五大控制功能，根据使用要求经过功率放大后，更具有广泛的实用性，满足了
大、中、小型太阳能热水工程的需要。

对于大型和特殊需求的热水系统，可以配置PLC远程监控控制柜，通过网络传输实时监控太阳能运行状态。

4.3、循环水泵
所需的水泵均采用德国威乐热水循环泵。

循环泵的主要特点：模型先进效率高，结构简单便维修，安全可靠寿命长，节约能源利环保。

热水型循环泵的性能参数、安装尺寸、质量控制、主要零部件材料和技术要求，泵的冷却方式，机封结构等均符合API610标准，并满足ISO和GB的相关标准要求。

泵采用CAD 模块化结构设计，零部件通用性强。

三、项目投资估算。