醫(yī)院太陽能生活熱水系統(tǒng)節(jié)能技術(shù)研究

張明濤 閆慧慧 曾聰

摘 要：醫(yī)院生活用水利用量比較大，本文通過實(shí)例和理論分析太陽能生活熱水系統(tǒng)節(jié)能效益，并對其進(jìn)行研究，得出了太陽能熱水應(yīng)用在醫(yī)院生活熱水上的必要性，能夠很大程度上節(jié)約資源。

關(guān)鍵詞：太陽能 生活熱水 蒸汽換熱 醫(yī)院

太陽能作為一種可再生能源，相比煤炭、天然氣等不可再生能源利用效率還非常低，但是潛力卻很大，可以預(yù)見在未來的生活中，其作為能源利用率會(huì)逐步提高[1-3]。太陽能熱水器已經(jīng)普遍用于人們的生活中。

一、生活熱水使用現(xiàn)狀：

我院黃島院區(qū)現(xiàn)在所用生活熱水是自來水采用蒸汽換熱的方式獲得45℃左右的熱水，全年平均大約每天需用15噸蒸汽，通過理論計(jì)算和市南院區(qū)已安裝的太陽能熱水器所取的節(jié)能效果看（2014年在市南院區(qū)第二住院部安裝太陽能系統(tǒng)20噸，主供第二住院部生活用水，節(jié)約天然氣鍋爐用量：平均每月3千立方，大約節(jié)約人民幣：1萬5千左右），太陽能熱水系統(tǒng)還是節(jié)能效果比較明顯的。

二、可行性分析

按接受太陽能輻射量的大小，全國大致上可分為五類地區(qū)：一、二、三類地區(qū)，年日照時(shí)數(shù)大于2000h，輻射總量高于5000MJ/ ^_D_Dd__________????________________ ^_D_Dd__________????___________m2，相當(dāng)于日輻射量3.8-4.5KWh/ m2。

青島地處北溫帶季風(fēng)區(qū)域，地理位置北緯36度08分 、東經(jīng)120度21分屬溫帶季風(fēng)氣候。市區(qū)年平均氣溫12.7℃、，極端高氣溫38.9℃（2002年7月15日），極端低氣溫-16.9℃（1931年1月10日）。全年8月份最熱，平均氣溫25.3℃；1月份最冷，平均氣溫-0.5℃。年平均降雪日數(shù)只有10天。青島海霧多、頻，年平均濃霧51.3天、輕霧108.2天。適宜安裝太陽能熱水系統(tǒng)。

三、太陽能熱水系統(tǒng)工作原理

太陽能系統(tǒng)啟動(dòng)前，太陽能現(xiàn)場的水壓、電源應(yīng)該正常，當(dāng)光照開始后，集熱器將太陽能轉(zhuǎn)換為熱能，致使集熱器聯(lián)集管內(nèi)水溫不斷升高。先進(jìn)的自動(dòng)化控制系統(tǒng)會(huì)適時(shí)檢測系統(tǒng)各個(gè)部件的工作情況，并根據(jù)預(yù)設(shè)的程序全自動(dòng)控制系統(tǒng)運(yùn)行，主要功能運(yùn)行原理如下：

1太陽能與緩沖水箱溫差循環(huán)

在晴好天氣，緩沖水箱和集熱器充滿熱水后，當(dāng)集熱器內(nèi)的測溫點(diǎn)水溫高于貯熱水箱溫度8℃時(shí)，循環(huán)水泵自動(dòng)啟動(dòng)將水箱底部的熱水送入集熱器，把集熱器內(nèi)部的熱水推回水箱，當(dāng)集熱器內(nèi)的測溫點(diǎn)水溫高于貯熱水箱溫度不大于3℃時(shí)，循環(huán)水泵自動(dòng)關(guān)閉，同樣反復(fù)運(yùn)行，逐步將儲(chǔ)熱水箱內(nèi)的熱水溫度逐步提高，此過程完全自動(dòng)控制。

2換熱循環(huán)

當(dāng)儲(chǔ)熱水箱溫度低于緩沖水箱溫度3度時(shí)，換熱循環(huán)開啟；小于3度關(guān)閉。

3變頻增壓供水

樓底儲(chǔ)熱水箱通過變頻水泵加壓供給原有供水系統(tǒng)。

4自動(dòng)補(bǔ)水

室內(nèi)有人用水時(shí)，水箱內(nèi)的水位會(huì)不斷降低，如果等水箱內(nèi)的水沒有時(shí)再上水，則無法保證24小時(shí)用熱水，一般當(dāng)貯熱水箱低于預(yù)設(shè)水位（80%）時(shí)，控制系統(tǒng)將自動(dòng)開啟補(bǔ)水電磁閥，達(dá)到設(shè)定水位后（100%）自動(dòng)停止。自動(dòng)補(bǔ)水功能一般與輔助加熱設(shè)備聯(lián)合啟動(dòng)，確保供水水溫滿足用水使用要求，保證用戶24小時(shí)不間斷使用熱水的需求。

四、太陽能熱水器安裝方案

利用A、B座病房樓樓頂?shù)目臻g，經(jīng)實(shí)地測算可以安裝兩臺(tái)各50噸的太陽能熱水器，100噸水箱放在B座負(fù)一層，樓頂只放集熱器和過度水箱。太陽能所產(chǎn)生的熱水全部儲(chǔ)存在這個(gè)100噸的水箱中，然后再經(jīng)過蒸汽換熱器給病房供給生活熱水。通過計(jì)算100噸的太陽能熱水器平均每天產(chǎn)生的生活熱水可以等同于8.63噸蒸汽所產(chǎn)生生活熱水量。

太陽能熱水系統(tǒng)節(jié)能效益分析

1、建立數(shù)學(xué)模型：

取冬天水溫0度，夏天水溫20度，全年平均數(shù)值大約取10度，冬天升溫30度左右，夏天升溫60度左右，每天平均升溫45度左右，太陽能加熱一天升溫到55度，所需熱量為：

Q w=cm（tend-ta） =4.2×100000×（55-10） =18900000KJ

其中c： 水的定壓比熱容，此處取4.2KJ/（kg· ℃）；m：水的質(zhì)量，100000kg；

ta：水的初始溫度，10℃；tend：貯熱水箱內(nèi)水的終止溫度，55℃；

2、太陽能熱水系統(tǒng)與電熱水器效益對比

電加熱的轉(zhuǎn)化效率一般在90%左右，要產(chǎn)相同能量所需總電能為：

Q電= = =21000000kj

其中 Q：所需熱能； ：電的實(shí)際轉(zhuǎn)換效率；

電熱與熱能的換算公式為：1度=1kw·h=3600000j=3600kj

根據(jù)以上公式則每天需要電能為：21000000÷3600=5833kwh

電費(fèi)按 0.89元/kwh ，則需 5833×0.89=5192元

由以上計(jì)算可以得出結(jié)論：用電熱水器加熱的熱水100（10℃-55℃）噸每天所需電能5833度，在電價(jià)為0.89元/kwh的情況下，折合人民幣5192元。

由于全國各地的氣候條件不同，太陽能的實(shí)際使用天數(shù)在180天到270之間，這里我們?nèi)?40天計(jì)算（以下同），使用太陽能與使用電熱水器相比，太陽能每年可節(jié)約費(fèi)用為5192元/天×240天/年=1246000元/年

3、太陽能熱水系統(tǒng)跟蒸汽換熱比較

1噸蒸汽（0.8MPA，170℃）焓值為2768.4KJ/KG，1噸蒸汽產(chǎn)生熱量2768.4*1000=2768400KJ，除去換熱后的高溫水熱量4.2*1000*80=336000KJ后自來水吸收的熱量為2768400-336000=2432400KJ，按照熱傳遞效率大約為0.9計(jì)算可以出從10℃升溫到45℃的生活用水2432400*0.9/（4.2*1000*35）=14.87噸左右，100噸太陽能保守按一天產(chǎn)生18900000KJ，大約可節(jié)約蒸汽18900000/（2432400*0.9）=8.63噸，一噸蒸汽大約260元，每天可節(jié)約蒸汽約260*8.63=2245元，一年按240太陽能好用計(jì)算：240*2245=538720元。

五、小結(jié)：

通過實(shí)際考察和相關(guān)理論研究，青島地區(qū)安裝太陽能生活熱水系統(tǒng)用于生活用水的使用，無論是與電熱水器還是蒸汽換熱技術(shù)相比，太陽能熱水系統(tǒng)節(jié)能效果還是比較明顯的。

參考文獻(xiàn)

[1] 李傳統(tǒng).新能源與可再生能源技術(shù)[M].南京：東南大學(xué)出版社，2005

[2] 王長貴，王斯成.太陽能光伏發(fā)電實(shí)用技術(shù)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2005

[3] 程雅麗.獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)[D].天津：天津大學(xué)碩士學(xué)位論文，2003

作者：張明濤，男，碩士，青島大學(xué)附屬醫(yī)院.閆慧慧，曾聰，青島大學(xué)附屬醫(yī)院.