太陽(yáng)能光熱應(yīng)用系統(tǒng)中太陽(yáng)能年節(jié)能率的計(jì)算分析方法

鄭軍龍

摘 要：介紹了太陽(yáng)能光熱應(yīng)用熱水系統(tǒng)中年節(jié)能率的一種比較科學(xué)準(zhǔn)確的計(jì)算分析方法；以廣西環(huán)境保護(hù)廳危舊房改住房改造建設(shè)項(xiàng)目的子項(xiàng)目“太陽(yáng)能空氣源耦合熱水系統(tǒng)”為例，對(duì)太陽(yáng)能的年節(jié)能率進(jìn)行了詳細(xì)的分析計(jì)算。從計(jì)算過(guò)程和計(jì)算依據(jù)來(lái)看，這種計(jì)算方法都較為科學(xué)可靠，對(duì)采用太陽(yáng)能光熱應(yīng)用系統(tǒng)的節(jié)能減排分析計(jì)算，有著重要的參考意義。

關(guān)鍵詞：太陽(yáng)能 空氣源熱泵 節(jié)能率 計(jì)算分析方法

中圖分類(lèi)號(hào)：TU822.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2014）05（b）-0202-02

廣西屬于屬南亞熱帶季風(fēng)氣候，氣候溫和，平均年日照時(shí)數(shù)1600 h，平均每年太陽(yáng)能輻照量約為4578 MJ/m2，太陽(yáng)能資源十分豐富，利用太陽(yáng)能潛力巨大。目前，社會(huì)上正推廣和普及集中供應(yīng)式的太陽(yáng)能空氣源耦合熱水系統(tǒng)，然而，太陽(yáng)能空氣源耦合熱水系統(tǒng)在設(shè)計(jì)及項(xiàng)目申報(bào)時(shí)首先要進(jìn)行節(jié)能量的計(jì)算分析，太陽(yáng)能光熱應(yīng)用系統(tǒng)中節(jié)能量的計(jì)算分析目前沒(méi)有一種較為科學(xué)可靠、具有很強(qiáng)說(shuō)服力的計(jì)算分析方法，因此，本文以廣西環(huán)境保護(hù)廳危舊房改住房改造建設(shè)項(xiàng)目的子項(xiàng)目“太陽(yáng)能空氣源耦合熱水系統(tǒng)”為例，實(shí)踐一種新的計(jì)算分析方法。

1 項(xiàng)目的概況

廣西環(huán)境保護(hù)廳危舊房改住房改造建設(shè)項(xiàng)目是將原來(lái)的低、矮、舊的職工住宅樓拆除，在原來(lái)土地上新建一棟33層的高樓，項(xiàng)目地址為廣西南寧市民族大道78號(hào)。為了響應(yīng)國(guó)家節(jié)能減排的號(hào)召，該項(xiàng)目采用了一種可再生能源建筑應(yīng)用形式—— 太陽(yáng)能空氣源耦合熱水系統(tǒng)，本集中式熱水系統(tǒng)總計(jì)供應(yīng)186戶(hù)約651人日常生活熱水需求。設(shè)計(jì)每天人均熱水定額為80 L，使用時(shí)間為24 h，最大用熱水季節(jié)每天用熱水總量為52 m3。本熱水工程項(xiàng)目總計(jì)安裝了2600支太陽(yáng)能真空集熱管，總計(jì)配備空氣源熱泵60匹，節(jié)能效果極為顯著。

2 熱水系統(tǒng)中太陽(yáng)能集熱系統(tǒng)的年節(jié)能率的計(jì)算分析

2.1 熱水系統(tǒng)的工作過(guò)程

太陽(yáng)能空氣源耦合熱水系統(tǒng)通過(guò)自動(dòng)控制模塊的控制，實(shí)現(xiàn)完全自動(dòng)化控制。有充足的太陽(yáng)能輻射時(shí)，熱水系統(tǒng)優(yōu)先采用太陽(yáng)能來(lái)制取生活熱水，陰雨天氣或太陽(yáng)能輻射不足時(shí)，啟動(dòng)空氣源熱泵來(lái)作為輔助熱源制取生活熱水。

2.2 年節(jié)能率的定義

太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)的年節(jié)能率，是指太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)在每年運(yùn)行中，相對(duì)于常規(guī)的熱水加熱方式，太陽(yáng)能集熱系統(tǒng)節(jié)省的電量（不包括其它輔助熱源節(jié)省的電量）占常規(guī)熱水加熱方式所消耗電量的比例。

2.3 熱效率的計(jì)算

2.3.1 太陽(yáng)能集熱系統(tǒng)熱效率

太陽(yáng)能集熱系統(tǒng)的熱效率計(jì)算方法，以配備有循環(huán)水泵的集中式太陽(yáng)能集熱系統(tǒng)為例，通常太陽(yáng)能集熱系統(tǒng)在太陽(yáng)輻照下熱水從初始溫度加熱到設(shè)定溫度，太陽(yáng)能集熱系統(tǒng)只有循環(huán)水泵消耗少量電能，其它任何設(shè)備都不消耗電能，以本系統(tǒng)為例配備的循環(huán)水泵額定輸入功率為0.265 kW，循環(huán)1000 kg已經(jīng)溫升35 ℃的水所需要時(shí)間為0.128 h，耗電為0.034度。因此得出配備有循環(huán)水泵的集中式太陽(yáng)能集熱系統(tǒng)實(shí)際熱值為：

35000/0.034=1029411.76 kCal/度；

綜合熱效率為：1029411.76/860=119699%

2.3.2 電熱水器熱效率

本地區(qū)居民生活熱水的常規(guī)加熱設(shè)備為各家各戶(hù)獨(dú)立安裝的電熱水器，電熱水器的工作原理實(shí)際是電阻加熱，電熱水器熱效率為95%，即能效比為0.95。

2.4 節(jié)能率計(jì)算

2.4.1 熱水熱量計(jì)算的統(tǒng)一條件設(shè)定

南寧位于北回歸線以南，地理坐標(biāo)東經(jīng)108°22′，北緯22°48′，陽(yáng)光充足，雨量充沛，霜少無(wú)雪，氣候溫和，夏長(zhǎng)冬短，年平均氣溫在21.6 ℃。冬季最冷的1月平均12.8 ℃，夏季最熱的7、8月平均28.2 ℃。年均降雨量達(dá)1304.2 mm，平均相對(duì)濕度為79%。這里一年四季都非常適合旅游觀光。亞熱帶季風(fēng)氣候。

根據(jù)南寧市氣候特點(diǎn)，生活熱水需求量按照夏季、冬季和過(guò)渡季節(jié)劃分。夏季為5～9月，共計(jì)153天，熱水需求系數(shù)取0.6；冬季為1、2、12月，共計(jì)90天，熱水需求系數(shù)取1；過(guò)渡季為3、4、10、11月，共計(jì)122天，熱水需求系數(shù)取0.8。

2.4.2 全年制熱需求及普通電熱水器能耗的計(jì)算

按這樣的方法計(jì)算得到每支￠58×1800太陽(yáng)能真空集熱管在每個(gè)月份的集熱量編成表格得到表3。

經(jīng)計(jì)算得到每支￠58×1800太陽(yáng)能真空集熱管全年的集熱量總計(jì)為91.313 kW·h。本節(jié)能項(xiàng)目整個(gè)小區(qū)總計(jì)安裝這種規(guī)格的太陽(yáng)能真空集熱管為2600支，全年的集熱量總計(jì)為23.74138萬(wàn)kW·h。

要采集這些熱量，太陽(yáng)能集熱系統(tǒng)所消耗的電能為：

2374138÷119699%=198.34（kW·h）

即本項(xiàng)目太陽(yáng)能集熱系統(tǒng)年節(jié)能量為：

2374138-198.34=237215.46（kW·h）

本項(xiàng)目太陽(yáng)能集熱系統(tǒng)年節(jié)能率為：

太陽(yáng)能集熱系統(tǒng)年節(jié)能量÷常規(guī)熱水加熱方式的年用電量×100%

=237215.46÷563980.5×100%

=42.1%

本項(xiàng)目太陽(yáng)能集熱系統(tǒng)年節(jié)能率為42.1%。

2.5 誤差分析

從計(jì)算過(guò)程和計(jì)算依據(jù)來(lái)分析，本項(xiàng)目太陽(yáng)能集熱系統(tǒng)年節(jié)能率的計(jì)算方法可稱(chēng)之為“逐日計(jì)算法”。逐日計(jì)算法的計(jì)算分析結(jié)果的誤差是存在的，誤差的大小主要與幾個(gè)參數(shù)有關(guān)。

（1）太陽(yáng)能輻照量數(shù)據(jù)是參考《中國(guó)氣象輻射資料年冊(cè)（2001年）》得到，每年的氣候都會(huì)或多或少與2001年的有變化，但通常變化量不大。

（2）太陽(yáng)能真空集熱管集熱效率取92%，這是太陽(yáng)能真空集熱管的生產(chǎn)廠家提供的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，該參數(shù)我們也可通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)出；

（3）管路和水箱的熱損失率，在實(shí)際工程中，如果保溫措施做得很好，可直接降低熱損失率。

（4）用戶(hù)每年的實(shí)際用熱量總和，每年實(shí)際用熱量與季節(jié)和氣候有關(guān)，因此各季節(jié)的用熱系數(shù)不同。

2.6 常規(guī)計(jì)算分析方法

常規(guī)的計(jì)算分析方法見(jiàn)文獻(xiàn)[1]。

3 結(jié)語(yǔ)

在能源危機(jī)壓力下，國(guó)家大力提昌開(kāi)發(fā)利用可再生清潔能源。其中，太陽(yáng)能光熱應(yīng)用技術(shù)是可再生清潔能源的開(kāi)發(fā)應(yīng)用技術(shù)中最為成熟和廣泛應(yīng)用的技術(shù)之一。采用“逐日計(jì)算法”來(lái)對(duì)太陽(yáng)能光熱應(yīng)用系統(tǒng)中年節(jié)能率的計(jì)算分析，相對(duì)于常規(guī)方法，從計(jì)算過(guò)程和計(jì)算依據(jù)來(lái)看，這種計(jì)算方法都較為科學(xué)可靠，有較強(qiáng)的說(shuō)服力，對(duì)采用太陽(yáng)能光熱應(yīng)用系統(tǒng)的節(jié)能減排分析計(jì)算，有著重要的參考意義。

參考文獻(xiàn)

[1] 肖菊，丁文萍，楊敏芝，工程型太陽(yáng)能熱泵熱水系統(tǒng)節(jié)能效益分析[J].河南科學(xué)，2013（6）：829-832.

[2] 國(guó)家氣象中心.2002年中國(guó)氣象輻射資料年冊(cè)（2001）[Z].endprint

摘 要：介紹了太陽(yáng)能光熱應(yīng)用熱水系統(tǒng)中年節(jié)能率的一種比較科學(xué)準(zhǔn)確的計(jì)算分析方法；以廣西環(huán)境保護(hù)廳危舊房改住房改造建設(shè)項(xiàng)目的子項(xiàng)目“太陽(yáng)能空氣源耦合熱水系統(tǒng)”為例，對(duì)太陽(yáng)能的年節(jié)能率進(jìn)行了詳細(xì)的分析計(jì)算。從計(jì)算過(guò)程和計(jì)算依據(jù)來(lái)看，這種計(jì)算方法都較為科學(xué)可靠，對(duì)采用太陽(yáng)能光熱應(yīng)用系統(tǒng)的節(jié)能減排分析計(jì)算，有著重要的參考意義。

關(guān)鍵詞：太陽(yáng)能 空氣源熱泵 節(jié)能率 計(jì)算分析方法

中圖分類(lèi)號(hào)：TU822.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2014）05（b）-0202-02

廣西屬于屬南亞熱帶季風(fēng)氣候，氣候溫和，平均年日照時(shí)數(shù)1600 h，平均每年太陽(yáng)能輻照量約為4578 MJ/m2，太陽(yáng)能資源十分豐富，利用太陽(yáng)能潛力巨大。目前，社會(huì)上正推廣和普及集中供應(yīng)式的太陽(yáng)能空氣源耦合熱水系統(tǒng)，然而，太陽(yáng)能空氣源耦合熱水系統(tǒng)在設(shè)計(jì)及項(xiàng)目申報(bào)時(shí)首先要進(jìn)行節(jié)能量的計(jì)算分析，太陽(yáng)能光熱應(yīng)用系統(tǒng)中節(jié)能量的計(jì)算分析目前沒(méi)有一種較為科學(xué)可靠、具有很強(qiáng)說(shuō)服力的計(jì)算分析方法，因此，本文以廣西環(huán)境保護(hù)廳危舊房改住房改造建設(shè)項(xiàng)目的子項(xiàng)目“太陽(yáng)能空氣源耦合熱水系統(tǒng)”為例，實(shí)踐一種新的計(jì)算分析方法。

1 項(xiàng)目的概況

廣西環(huán)境保護(hù)廳危舊房改住房改造建設(shè)項(xiàng)目是將原來(lái)的低、矮、舊的職工住宅樓拆除，在原來(lái)土地上新建一棟33層的高樓，項(xiàng)目地址為廣西南寧市民族大道78號(hào)。為了響應(yīng)國(guó)家節(jié)能減排的號(hào)召，該項(xiàng)目采用了一種可再生能源建筑應(yīng)用形式—— 太陽(yáng)能空氣源耦合熱水系統(tǒng)，本集中式熱水系統(tǒng)總計(jì)供應(yīng)186戶(hù)約651人日常生活熱水需求。設(shè)計(jì)每天人均熱水定額為80 L，使用時(shí)間為24 h，最大用熱水季節(jié)每天用熱水總量為52 m3。本熱水工程項(xiàng)目總計(jì)安裝了2600支太陽(yáng)能真空集熱管，總計(jì)配備空氣源熱泵60匹，節(jié)能效果極為顯著。

2 熱水系統(tǒng)中太陽(yáng)能集熱系統(tǒng)的年節(jié)能率的計(jì)算分析

2.1 熱水系統(tǒng)的工作過(guò)程

太陽(yáng)能空氣源耦合熱水系統(tǒng)通過(guò)自動(dòng)控制模塊的控制，實(shí)現(xiàn)完全自動(dòng)化控制。有充足的太陽(yáng)能輻射時(shí)，熱水系統(tǒng)優(yōu)先采用太陽(yáng)能來(lái)制取生活熱水，陰雨天氣或太陽(yáng)能輻射不足時(shí)，啟動(dòng)空氣源熱泵來(lái)作為輔助熱源制取生活熱水。

2.2 年節(jié)能率的定義

太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)的年節(jié)能率，是指太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)在每年運(yùn)行中，相對(duì)于常規(guī)的熱水加熱方式，太陽(yáng)能集熱系統(tǒng)節(jié)省的電量（不包括其它輔助熱源節(jié)省的電量）占常規(guī)熱水加熱方式所消耗電量的比例。

2.3 熱效率的計(jì)算

2.3.1 太陽(yáng)能集熱系統(tǒng)熱效率

太陽(yáng)能集熱系統(tǒng)的熱效率計(jì)算方法，以配備有循環(huán)水泵的集中式太陽(yáng)能集熱系統(tǒng)為例，通常太陽(yáng)能集熱系統(tǒng)在太陽(yáng)輻照下熱水從初始溫度加熱到設(shè)定溫度，太陽(yáng)能集熱系統(tǒng)只有循環(huán)水泵消耗少量電能，其它任何設(shè)備都不消耗電能，以本系統(tǒng)為例配備的循環(huán)水泵額定輸入功率為0.265 kW，循環(huán)1000 kg已經(jīng)溫升35 ℃的水所需要時(shí)間為0.128 h，耗電為0.034度。因此得出配備有循環(huán)水泵的集中式太陽(yáng)能集熱系統(tǒng)實(shí)際熱值為：

35000/0.034=1029411.76 kCal/度；

綜合熱效率為：1029411.76/860=119699%

2.3.2 電熱水器熱效率

本地區(qū)居民生活熱水的常規(guī)加熱設(shè)備為各家各戶(hù)獨(dú)立安裝的電熱水器，電熱水器的工作原理實(shí)際是電阻加熱，電熱水器熱效率為95%，即能效比為0.95。

2.4 節(jié)能率計(jì)算

2.4.1 熱水熱量計(jì)算的統(tǒng)一條件設(shè)定

南寧位于北回歸線以南，地理坐標(biāo)東經(jīng)108°22′，北緯22°48′，陽(yáng)光充足，雨量充沛，霜少無(wú)雪，氣候溫和，夏長(zhǎng)冬短，年平均氣溫在21.6 ℃。冬季最冷的1月平均12.8 ℃，夏季最熱的7、8月平均28.2 ℃。年均降雨量達(dá)1304.2 mm，平均相對(duì)濕度為79%。這里一年四季都非常適合旅游觀光。亞熱帶季風(fēng)氣候。

根據(jù)南寧市氣候特點(diǎn)，生活熱水需求量按照夏季、冬季和過(guò)渡季節(jié)劃分。夏季為5～9月，共計(jì)153天，熱水需求系數(shù)取0.6；冬季為1、2、12月，共計(jì)90天，熱水需求系數(shù)取1；過(guò)渡季為3、4、10、11月，共計(jì)122天，熱水需求系數(shù)取0.8。

2.4.2 全年制熱需求及普通電熱水器能耗的計(jì)算

按這樣的方法計(jì)算得到每支￠58×1800太陽(yáng)能真空集熱管在每個(gè)月份的集熱量編成表格得到表3。

經(jīng)計(jì)算得到每支￠58×1800太陽(yáng)能真空集熱管全年的集熱量總計(jì)為91.313 kW·h。本節(jié)能項(xiàng)目整個(gè)小區(qū)總計(jì)安裝這種規(guī)格的太陽(yáng)能真空集熱管為2600支，全年的集熱量總計(jì)為23.74138萬(wàn)kW·h。

要采集這些熱量，太陽(yáng)能集熱系統(tǒng)所消耗的電能為：

2374138÷119699%=198.34（kW·h）

即本項(xiàng)目太陽(yáng)能集熱系統(tǒng)年節(jié)能量為：

2374138-198.34=237215.46（kW·h）

本項(xiàng)目太陽(yáng)能集熱系統(tǒng)年節(jié)能率為：

太陽(yáng)能集熱系統(tǒng)年節(jié)能量÷常規(guī)熱水加熱方式的年用電量×100%

=237215.46÷563980.5×100%

=42.1%

本項(xiàng)目太陽(yáng)能集熱系統(tǒng)年節(jié)能率為42.1%。

2.5 誤差分析

從計(jì)算過(guò)程和計(jì)算依據(jù)來(lái)分析，本項(xiàng)目太陽(yáng)能集熱系統(tǒng)年節(jié)能率的計(jì)算方法可稱(chēng)之為“逐日計(jì)算法”。逐日計(jì)算法的計(jì)算分析結(jié)果的誤差是存在的，誤差的大小主要與幾個(gè)參數(shù)有關(guān)。

（1）太陽(yáng)能輻照量數(shù)據(jù)是參考《中國(guó)氣象輻射資料年冊(cè)（2001年）》得到，每年的氣候都會(huì)或多或少與2001年的有變化，但通常變化量不大。

（2）太陽(yáng)能真空集熱管集熱效率取92%，這是太陽(yáng)能真空集熱管的生產(chǎn)廠家提供的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，該參數(shù)我們也可通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)出；

（3）管路和水箱的熱損失率，在實(shí)際工程中，如果保溫措施做得很好，可直接降低熱損失率。

（4）用戶(hù)每年的實(shí)際用熱量總和，每年實(shí)際用熱量與季節(jié)和氣候有關(guān)，因此各季節(jié)的用熱系數(shù)不同。

2.6 常規(guī)計(jì)算分析方法

常規(guī)的計(jì)算分析方法見(jiàn)文獻(xiàn)[1]。

3 結(jié)語(yǔ)

在能源危機(jī)壓力下，國(guó)家大力提昌開(kāi)發(fā)利用可再生清潔能源。其中，太陽(yáng)能光熱應(yīng)用技術(shù)是可再生清潔能源的開(kāi)發(fā)應(yīng)用技術(shù)中最為成熟和廣泛應(yīng)用的技術(shù)之一。采用“逐日計(jì)算法”來(lái)對(duì)太陽(yáng)能光熱應(yīng)用系統(tǒng)中年節(jié)能率的計(jì)算分析，相對(duì)于常規(guī)方法，從計(jì)算過(guò)程和計(jì)算依據(jù)來(lái)看，這種計(jì)算方法都較為科學(xué)可靠，有較強(qiáng)的說(shuō)服力，對(duì)采用太陽(yáng)能光熱應(yīng)用系統(tǒng)的節(jié)能減排分析計(jì)算，有著重要的參考意義。

參考文獻(xiàn)

[1] 肖菊，丁文萍，楊敏芝，工程型太陽(yáng)能熱泵熱水系統(tǒng)節(jié)能效益分析[J].河南科學(xué)，2013（6）：829-832.

[2] 國(guó)家氣象中心.2002年中國(guó)氣象輻射資料年冊(cè)（2001）[Z].endprint

摘 要：介紹了太陽(yáng)能光熱應(yīng)用熱水系統(tǒng)中年節(jié)能率的一種比較科學(xué)準(zhǔn)確的計(jì)算分析方法；以廣西環(huán)境保護(hù)廳危舊房改住房改造建設(shè)項(xiàng)目的子項(xiàng)目“太陽(yáng)能空氣源耦合熱水系統(tǒng)”為例，對(duì)太陽(yáng)能的年節(jié)能率進(jìn)行了詳細(xì)的分析計(jì)算。從計(jì)算過(guò)程和計(jì)算依據(jù)來(lái)看，這種計(jì)算方法都較為科學(xué)可靠，對(duì)采用太陽(yáng)能光熱應(yīng)用系統(tǒng)的節(jié)能減排分析計(jì)算，有著重要的參考意義。

關(guān)鍵詞：太陽(yáng)能 空氣源熱泵 節(jié)能率 計(jì)算分析方法

中圖分類(lèi)號(hào)：TU822.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2014）05（b）-0202-02

廣西屬于屬南亞熱帶季風(fēng)氣候，氣候溫和，平均年日照時(shí)數(shù)1600 h，平均每年太陽(yáng)能輻照量約為4578 MJ/m2，太陽(yáng)能資源十分豐富，利用太陽(yáng)能潛力巨大。目前，社會(huì)上正推廣和普及集中供應(yīng)式的太陽(yáng)能空氣源耦合熱水系統(tǒng)，然而，太陽(yáng)能空氣源耦合熱水系統(tǒng)在設(shè)計(jì)及項(xiàng)目申報(bào)時(shí)首先要進(jìn)行節(jié)能量的計(jì)算分析，太陽(yáng)能光熱應(yīng)用系統(tǒng)中節(jié)能量的計(jì)算分析目前沒(méi)有一種較為科學(xué)可靠、具有很強(qiáng)說(shuō)服力的計(jì)算分析方法，因此，本文以廣西環(huán)境保護(hù)廳危舊房改住房改造建設(shè)項(xiàng)目的子項(xiàng)目“太陽(yáng)能空氣源耦合熱水系統(tǒng)”為例，實(shí)踐一種新的計(jì)算分析方法。

1 項(xiàng)目的概況

廣西環(huán)境保護(hù)廳危舊房改住房改造建設(shè)項(xiàng)目是將原來(lái)的低、矮、舊的職工住宅樓拆除，在原來(lái)土地上新建一棟33層的高樓，項(xiàng)目地址為廣西南寧市民族大道78號(hào)。為了響應(yīng)國(guó)家節(jié)能減排的號(hào)召，該項(xiàng)目采用了一種可再生能源建筑應(yīng)用形式—— 太陽(yáng)能空氣源耦合熱水系統(tǒng)，本集中式熱水系統(tǒng)總計(jì)供應(yīng)186戶(hù)約651人日常生活熱水需求。設(shè)計(jì)每天人均熱水定額為80 L，使用時(shí)間為24 h，最大用熱水季節(jié)每天用熱水總量為52 m3。本熱水工程項(xiàng)目總計(jì)安裝了2600支太陽(yáng)能真空集熱管，總計(jì)配備空氣源熱泵60匹，節(jié)能效果極為顯著。

2 熱水系統(tǒng)中太陽(yáng)能集熱系統(tǒng)的年節(jié)能率的計(jì)算分析

2.1 熱水系統(tǒng)的工作過(guò)程

太陽(yáng)能空氣源耦合熱水系統(tǒng)通過(guò)自動(dòng)控制模塊的控制，實(shí)現(xiàn)完全自動(dòng)化控制。有充足的太陽(yáng)能輻射時(shí)，熱水系統(tǒng)優(yōu)先采用太陽(yáng)能來(lái)制取生活熱水，陰雨天氣或太陽(yáng)能輻射不足時(shí)，啟動(dòng)空氣源熱泵來(lái)作為輔助熱源制取生活熱水。

2.2 年節(jié)能率的定義

太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)的年節(jié)能率，是指太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)在每年運(yùn)行中，相對(duì)于常規(guī)的熱水加熱方式，太陽(yáng)能集熱系統(tǒng)節(jié)省的電量（不包括其它輔助熱源節(jié)省的電量）占常規(guī)熱水加熱方式所消耗電量的比例。

2.3 熱效率的計(jì)算

2.3.1 太陽(yáng)能集熱系統(tǒng)熱效率

太陽(yáng)能集熱系統(tǒng)的熱效率計(jì)算方法，以配備有循環(huán)水泵的集中式太陽(yáng)能集熱系統(tǒng)為例，通常太陽(yáng)能集熱系統(tǒng)在太陽(yáng)輻照下熱水從初始溫度加熱到設(shè)定溫度，太陽(yáng)能集熱系統(tǒng)只有循環(huán)水泵消耗少量電能，其它任何設(shè)備都不消耗電能，以本系統(tǒng)為例配備的循環(huán)水泵額定輸入功率為0.265 kW，循環(huán)1000 kg已經(jīng)溫升35 ℃的水所需要時(shí)間為0.128 h，耗電為0.034度。因此得出配備有循環(huán)水泵的集中式太陽(yáng)能集熱系統(tǒng)實(shí)際熱值為：

35000/0.034=1029411.76 kCal/度；

綜合熱效率為：1029411.76/860=119699%

2.3.2 電熱水器熱效率

本地區(qū)居民生活熱水的常規(guī)加熱設(shè)備為各家各戶(hù)獨(dú)立安裝的電熱水器，電熱水器的工作原理實(shí)際是電阻加熱，電熱水器熱效率為95%，即能效比為0.95。

2.4 節(jié)能率計(jì)算

2.4.1 熱水熱量計(jì)算的統(tǒng)一條件設(shè)定

南寧位于北回歸線以南，地理坐標(biāo)東經(jīng)108°22′，北緯22°48′，陽(yáng)光充足，雨量充沛，霜少無(wú)雪，氣候溫和，夏長(zhǎng)冬短，年平均氣溫在21.6 ℃。冬季最冷的1月平均12.8 ℃，夏季最熱的7、8月平均28.2 ℃。年均降雨量達(dá)1304.2 mm，平均相對(duì)濕度為79%。這里一年四季都非常適合旅游觀光。亞熱帶季風(fēng)氣候。

根據(jù)南寧市氣候特點(diǎn)，生活熱水需求量按照夏季、冬季和過(guò)渡季節(jié)劃分。夏季為5～9月，共計(jì)153天，熱水需求系數(shù)取0.6；冬季為1、2、12月，共計(jì)90天，熱水需求系數(shù)取1；過(guò)渡季為3、4、10、11月，共計(jì)122天，熱水需求系數(shù)取0.8。

2.4.2 全年制熱需求及普通電熱水器能耗的計(jì)算

按這樣的方法計(jì)算得到每支￠58×1800太陽(yáng)能真空集熱管在每個(gè)月份的集熱量編成表格得到表3。

經(jīng)計(jì)算得到每支￠58×1800太陽(yáng)能真空集熱管全年的集熱量總計(jì)為91.313 kW·h。本節(jié)能項(xiàng)目整個(gè)小區(qū)總計(jì)安裝這種規(guī)格的太陽(yáng)能真空集熱管為2600支，全年的集熱量總計(jì)為23.74138萬(wàn)kW·h。

要采集這些熱量，太陽(yáng)能集熱系統(tǒng)所消耗的電能為：

2374138÷119699%=198.34（kW·h）

即本項(xiàng)目太陽(yáng)能集熱系統(tǒng)年節(jié)能量為：

2374138-198.34=237215.46（kW·h）

本項(xiàng)目太陽(yáng)能集熱系統(tǒng)年節(jié)能率為：

太陽(yáng)能集熱系統(tǒng)年節(jié)能量÷常規(guī)熱水加熱方式的年用電量×100%

=237215.46÷563980.5×100%

=42.1%

本項(xiàng)目太陽(yáng)能集熱系統(tǒng)年節(jié)能率為42.1%。

2.5 誤差分析

從計(jì)算過(guò)程和計(jì)算依據(jù)來(lái)分析，本項(xiàng)目太陽(yáng)能集熱系統(tǒng)年節(jié)能率的計(jì)算方法可稱(chēng)之為“逐日計(jì)算法”。逐日計(jì)算法的計(jì)算分析結(jié)果的誤差是存在的，誤差的大小主要與幾個(gè)參數(shù)有關(guān)。

（1）太陽(yáng)能輻照量數(shù)據(jù)是參考《中國(guó)氣象輻射資料年冊(cè)（2001年）》得到，每年的氣候都會(huì)或多或少與2001年的有變化，但通常變化量不大。

（2）太陽(yáng)能真空集熱管集熱效率取92%，這是太陽(yáng)能真空集熱管的生產(chǎn)廠家提供的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，該參數(shù)我們也可通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)出；

（3）管路和水箱的熱損失率，在實(shí)際工程中，如果保溫措施做得很好，可直接降低熱損失率。

（4）用戶(hù)每年的實(shí)際用熱量總和，每年實(shí)際用熱量與季節(jié)和氣候有關(guān)，因此各季節(jié)的用熱系數(shù)不同。

2.6 常規(guī)計(jì)算分析方法

常規(guī)的計(jì)算分析方法見(jiàn)文獻(xiàn)[1]。

3 結(jié)語(yǔ)

在能源危機(jī)壓力下，國(guó)家大力提昌開(kāi)發(fā)利用可再生清潔能源。其中，太陽(yáng)能光熱應(yīng)用技術(shù)是可再生清潔能源的開(kāi)發(fā)應(yīng)用技術(shù)中最為成熟和廣泛應(yīng)用的技術(shù)之一。采用“逐日計(jì)算法”來(lái)對(duì)太陽(yáng)能光熱應(yīng)用系統(tǒng)中年節(jié)能率的計(jì)算分析，相對(duì)于常規(guī)方法，從計(jì)算過(guò)程和計(jì)算依據(jù)來(lái)看，這種計(jì)算方法都較為科學(xué)可靠，有較強(qiáng)的說(shuō)服力，對(duì)采用太陽(yáng)能光熱應(yīng)用系統(tǒng)的節(jié)能減排分析計(jì)算，有著重要的參考意義。

參考文獻(xiàn)

[1] 肖菊，丁文萍，楊敏芝，工程型太陽(yáng)能熱泵熱水系統(tǒng)節(jié)能效益分析[J].河南科學(xué)，2013（6）：829-832.

[2] 國(guó)家氣象中心.2002年中國(guó)氣象輻射資料年冊(cè)（2001）[Z].endprint