平板太陽能熱水工程
眾所周知，太陽能真空管集熱器的保溫效果好。但是考慮到其安裝和日照特性，真空管集熱器之間都有間隙，且有效吸熱管（內(nèi)徑）與玻璃管外徑之間也有距離，所以太陽能真空集熱器是無法完全吸收集熱面積內(nèi)的有效熱能的。
一根常規(guī)直徑58mm的太陽能真空管，EN標準面積為0.093平方米；GB標準面積為 0.133平方米（現(xiàn)在已經(jīng)和歐盟接軌，改為EN標準），管子的采光面長度（1.72m-1.71m）×罩玻璃管內(nèi)徑（58管取0.0544m）
一支58/1800的真空管的集熱面積：1.71m×0.0544=0.09302㎡
如果有效集熱面積為100㎡的話，采用真空管的話，需要用內(nèi)徑58mm，長度1.8m的真空管約為1075根，實際占地面積超過160㎡。而采用1m×2m的平板集熱器，僅僅需要50塊集熱板即可。所有，在許多情況下采用平板集熱器可以在有限面積內(nèi)獲得更多熱能，并且比真空管太陽能的成本更有優(yōu)勢。
除此之外，與真空管太陽能相比，平板太陽能還具有以下幾個特點：
（1）不易碎；
（2）耐壓性能好；
（3）結(jié)構(gòu)簡單，安裝快捷；
（4）保溫性能沒有真空管好，冬季有防凍問題。
下面熱立方公司以一個工廠職工宿舍熱水工程為例，給出一個平板太陽能熱水系統(tǒng)的解決方案。
一、 設計依據(jù)
(一) 業(yè)主要求
按照客戶要求，提供450個員工的洗浴熱水，按照每人50升熱水來計算。在冬季陰雨天氣及光照條件不好的情況下，采用燃氣鍋爐進行輔助加熱。
(二) 環(huán)境參數(shù)
本項目位于安徽省滁州市，具體環(huán)境參數(shù)如下:
表 2 太陽能輻射量及地理環(huán)境參數(shù)
| 月份 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 |
| 輻射量MJ/月 | 316.6 | 247.3 | 349.9 | 501.3 | 577.2 | 460.1 |
| 月份 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 |
| 輻射量MJ/月 | 762.1 | 620.3 | 426.8 | 404.6 | 361.7 | 287.3 |
| 全年 | 太陽能輻射總量 | 5315.2MJ | ||||
| 年平均日輻射量 | 14.56219MJ/㎡.d | |||||
| 夏季 | 太陽能輻射總量 | 4102.3MJ | ||||
| 季平均日輻射量 | 16.74408MJ/㎡.d | |||||
| 冬季 | 太陽能輻射總量 | 1212.9 MJ | ||||
| 季平均日輻射量 | 10.1075 MJ/㎡.d | |||||
| 地理北緯 | 地理東經(jīng) | 年日照時數(shù) | ||||
| 北緯32.18° | 東經(jīng)118.18o | 2200小時 |
二、 設計參照標準
本系統(tǒng)設計參照以下標準的相關條款執(zhí)行
GBT18713-2002 太陽能熱水系統(tǒng)設計和安裝通用技術(shù)規(guī)范
GB50015-2010 建筑給水排水設計規(guī)范
GB50364-2005 民用建筑太陽能熱水系統(tǒng)應用技術(shù)規(guī)
三、 太陽能安裝面積計算
太陽能安裝面積計算以供熱量和當?shù)靥柲茌椛淞繛榛疽罁?jù)，參照GB50364-2005之規(guī)定，按下式計算:
式中,— 直接系統(tǒng)集熱器總面積，;
Qw — 日均用水量，kg;
Cw — 水的定壓比熱容，4.186kJ/(kg ℃);
Tend – 貯水箱內(nèi)水的設計溫度，℃;
Ti— 水的初始溫度，℃;
Jt 當?shù)丶療崞鞑晒饷嫔系哪昶骄仗栞椪樟?，KJ/ ㎡，見表4；
f— 太 陽 能 保證率，%;
ηcd— 集 熱 器 的年平均集熱效率;根據(jù)經(jīng)驗取值宜為0.2 5 – 0 .5 0 ， 具體取值應根據(jù)集熱器產(chǎn)品的實際測試結(jié)果而定 ;
ηL—貯水箱和管路的熱損失率;根據(jù)經(jīng)驗取值宜為0. 2 0 – 0 .3 0。
按照不同情況計算太陽能安裝面積結(jié)果見下表。
表3 不同季節(jié)太陽能安裝面積
| 人數(shù) | 參數(shù) | Qwkg | CwkJ/(kg ℃) | Tend℃ | Ti℃ | JtKJ/ m2 | η | ηcd |  ㎡ |
| 90人 | 夏季 | 4500 | 4.186 | 55 | 25 | 16744 | 0.05 | 0.55 | 64.5933 |
| 全年 | 4500 | 4.186 | 55 | 20 | 14562 | 0.2 | 0.45 | 125.764 | |
| 冬季 | 4500 | 4.186 | 55 | 20 | 10108 | 0.2 | 0.4 | 203.8283 | |
| 120人 | 夏季 | 6000 | 4.186 | 55 | 25 | 16744 | 0.05 | 0.55 | 86.1244 |
| 全年 | 6000 | 4.186 | 55 | 20 | 14562 | 0.2 | 0.45 | 167.6853 | |
| 冬季 | 6000 | 4.186 | 55 | 20 | 10108 | 0.2 | 0.4 | 271.7711 |
根據(jù)宿舍樓的建筑圖紙，按照安裝現(xiàn)場情況布局，考慮技術(shù)經(jīng)濟性等因素，太陽能集熱器安裝面積側(cè)重夏季使用，90人入住的為66㎡，120人入住的為每棟88㎡。本項目共需安裝太陽能平板集熱器330㎡。集熱器（含支架）最大重量約56kg/㎡。集熱器的傾斜角度按照當?shù)鼐暥劝惭b。
四、 太陽能熱水系統(tǒng)方案說明
本項目采用平板集熱器，共330㎡安裝在建筑物頂層樓面上。
本套系統(tǒng)屬于集中集熱、定時供水的太陽能熱水系統(tǒng)，是由集熱器、屋頂集熱水箱、輔助加熱、控制系統(tǒng)和連接管路組成。本系統(tǒng)系統(tǒng)運行原理圖如下：
圖 1 太陽能系統(tǒng)運行原理圖
太陽能系統(tǒng)工作原理
- 進冷水
冷水由回水管進入水箱，由下循環(huán)管送往集熱器進行循環(huán)加熱。
- 太陽能集熱循環(huán)
太陽能集熱系統(tǒng)采用直接式溫差循環(huán)；
- 太陽能供熱循環(huán)
太陽能供熱通過循環(huán)加熱4500L和6000L儲熱水箱，使用戶可以直接使用熱水
- 輔助加熱
當太陽輻射強度低或者在嚴寒的冬天，通過燃氣鍋爐加熱水箱內(nèi)的水，供用戶使用。
五、 集中供水經(jīng)濟分析對比
| 加熱類型 | 電加熱 | 燃氣加熱 | 太陽能 | 太陽能配電加熱 | 太陽能配燃氣加熱 |
| 日用水量 | 10m3/55℃ | 10m3/55℃ | 10m3/55℃ | 10m3/55℃ | 10m3/55℃ |
| 日耗熱量 | 1674400kJ | 1674400kJ | 1674400kJ | 1674400kJ | 1674400kJ |
| 年供熱天數(shù) | 365 | 365 | 250 | 365 | 365 |
| 能源熱值 | 3600kJ/kwh | 37255kJ/ m3 | 16000kJ/m2 | 3600kJ/kwh | 37255kJ/ m3 |
| 設備轉(zhuǎn)換效率 | 95% | 85% | 50% | 95% | 85% |
| 太陽能得熱量 | / | / | 1674400kJ | 1674400kJ | 1674400kJ |
| 系統(tǒng)日耗能 | 489.6kwh | 52.88m3 | 0.8kwh | 154.81kwh | 氣16.67m3電0.54kwh |
| 系統(tǒng)日耗能費用 | 391.68元 | 105.76元 | 0.64元 | 123.85元 | 33.77元 |
| 折耗標煤量 | 53.61噸/年 | 25.67噸/年 | 0.09噸/年 | 16.98噸/年 | 8.18噸/年 |
| 系統(tǒng)全年費用 | 142963.2元/年 | 38602.4元/年 | 160元/年 | 45278.3元/年 | 12326.05元/年 |
| 污染情況 | 無 | 輕微 | 無 | 無 | 輕微 |
| 安全性 | 非常不安全 | 有安全隱患 | 安全 | 有安全隱患 | 有安全隱患 |
| CO2排放測算 | 142.6噸/年 | 68.28噸/年 | 0.24噸/年 | 45.17噸/年 | 21.76噸/年 |
六、環(huán)境效益分析
太陽能屬于清潔可再生能源，它在開發(fā)、輸送、利用排放的全過程中，對環(huán)境和生態(tài)不造成任何污染。天燃氣、風能、水電等都屬于清潔能源。
圖2? ? ?不同類型能源二氧化碳排放量柱形圖
從上圖可以清晰的了解到太陽能資源是現(xiàn)有資源中對環(huán)境污染最低的能源。在本工程中主要采用了太陽能能源對環(huán)境污染較小，有著極高的環(huán)境效益。
