學校太陽能空氣能輔助熱水工程設計方案
設計單位：上海寶第居安環境工程科技有限公司
2013年03月09日
目錄
一、摘要
二、前言
二、背景介紹
三、工程各大亮點
1、控制系統
2、太陽能集熱器
3、太陽能水箱
4、輔助加熱設備-空氣能
5、IC卡水控系統
6、開水器
四、效益分析
一、摘要
該太陽能項目旨在為全校學生解決洗浴生活熱水問題，設計采用太陽能+空氣源熱泵聯合供熱水，太陽能+開水機聯合供開水。既滿足學校用水需求，又響應國家倡導的綠色環保政策的號召。
該方案由上海寶第居安環境工程科技有限公司設計，包括太陽能熱水系統和太陽能開水系統兩大項。該項目總投資110萬元，計劃于2014年5月30日竣工。
二、前言
該項目采用的是集中集熱集中儲熱的模式，在學校太陽能案例中屬于很典型的一種，中學太陽能項目將成為我公司的樣板工程，具有代表性。
首先，本太陽能項目施工隊伍配置人員皆是我公司具有多年大型工程安裝經驗，太陽能專業知識非常豐富，個人素質非常高，且都是我公司安裝隊伍的領班人物。從這一點出發，公司用心，學校放心。
第二，上海寶第居安環境工程科技有限公司，是專業承接太陽能中央熱水系統，專業從事太陽能熱水系統產品銷售、安裝、服務為一體的技術服務型企業。
1、用水情況：
該校是寄宿制學校，學生集中在宿舍洗浴間洗浴。故分別在南北宿舍樓各安裝一套15T太陽能熱水系統，以滿足全校學生洗浴用熱水。另外每棟宿舍樓分為男女兩個浴室，每間浴室各安裝IC卡淋浴噴頭15套。本系統按春、夏、秋、冬四季均使用太陽能系統洗浴進行設計，用水方式為全時供水。
學校太陽能開水系統共四組，南北宿舍樓各有兩組，每組各配置開水機兩臺，滿足學校學生日用開水需求。
2、項目建設內容：
①太陽能熱水系統安裝集熱器：南樓宿舍樓集熱器數量為SJ47-1500-60型集熱器32套，總計真空管1920支，集熱面積198.4平方米；北樓宿舍樓集熱器數量為SJ47-1500-60型集熱器32套，總計真空管1920支，集熱面積198.4平方米。
整套太陽能熱水系統共計真空管3840支，總計集熱面積396.8平方米。
②太陽能開水系統安裝集熱器：南樓宿舍樓集熱器數量為SJ47-1500-60型集熱器12套，總計真空管720支，集熱面積74.4平方米；北樓宿舍樓集熱器數量為SJ47-1500-60型集熱器12套，總計真空管720支，集熱面積74.4平方米。
整套太陽能開水系統共計真空管1440支，總計集熱面積148.8平方米。
③安裝空氣源熱泵：KFXRS-038型空氣源熱泵4臺。
④安裝水泵：水泵共計32臺。其中熱水系統8臺，開水系統24臺。
⑤安裝IC卡淋浴噴頭：共60套。男女浴室各兩間，每間浴室各15套。
⑥安裝水箱：容積15m3不銹鋼儲熱水箱2臺，尺寸：2.5m*3m *2m；
容積0.5T圓形不銹鋼水箱8臺，尺寸：890mm（直徑）*1550mm（高度），容積1m3圓形不銹鋼儲熱水箱4臺，尺寸：870mm*1800mm。
⑦安裝除垢器：日處理水16噸2臺，日處理水1噸4臺。
⑧安裝開水機：8臺，規格為6KW。
三、工程各大亮點
1、控制系統
控制系統根據學校用水特點及要求，本項目太陽能控制系統具有以下特點：
(1)控制系統采用可編程智能控制、液晶屏顯示，以實現系統全自動、智能化控制(太陽能定溫放水、自動補水功能、溫控自動防凍、系統安全運行自動保護、輔助加熱系統的自動運行等)，無需專人管理，保證控制系統穩定、可靠地運行；液晶屏顯示界面友好，參數設置、修改方便，各種運行參數顯示一目了然。
(2)控制程序將溫度、水位、時間、流量等參數巧妙融合，實現充分和優先利用太陽能，將太陽能與輔助加熱系統完美結合，最大限度地減少輔助加熱系統的運行時間，降低電能的消耗。
(3)控制系統設有應急手動功能，保證在控制系統出現問題時，能實現手動控制，系統在應急狀態下能正常運行，保證學生的正常洗浴。
(4)控制系統具有斷電記憶功能，有記憶控制系統的設置數據和系統運行的各種參數，保證數據不丟失。
(5)系統具有很強的抗干擾性和屏蔽性能，不因其他系統的信號干擾本系統的正常工作，或本系統的信號干擾其它系統的正常工作。
(6)系統故障自診斷功能：能隨時反應系統內設備和傳感器的工作狀態，能自動進行故障診斷。
(7)系統管理功能：為確保系統的正常運行，設置管理員登陸密碼，需輸入密碼才能進入界面進行操作設備。
2、太陽能集熱器
太陽能集熱器是太陽能熱水系統的核心元件，其性能的好壞直接決定了系統能否取得應有的效果。本項目太陽能熱水系統中真空管采用四季沐歌三靶鍍膜技術和旋轉磁掃描結構，加入稀有金屬成分，改善鍍膜層分子結構，真空管(真空度高達5×10-3Pa)，對陽光有很高的吸收率(a＞96%)和極低的熱發射率(β＜4%)，具有集熱效率高、熱損小、耐高溫(空曬溫度高達330度)、抗高寒(-40度)等特點，從而減少了真空管由于長期空曬而造成的膜層老化、變色、性能衰減等問題，使用壽命長。采用了三高全玻璃真空管集熱器，每個模塊有60支管子組成。與普通集熱器相比，該款集熱器具有真空管排列密集，單位長度集熱管數量多，吸熱快、效率高；保溫層采用50mm環保型無氟聚氨酯發泡保溫，保溫性好，綠色環保；內膽采用304/2B食品級不銹鋼內膽，衛生潔凈，外皮采用仿不銹鋼拉絲板，外觀漂亮大方。
太陽能熱水系統工程集熱器分別位于南北宿舍樓頂以上，均以南北4套，東西8套陣列方式排列擺放。太陽能開水系統工程以南北3套，東西2套和南北2套，東西3套兩種陣列方式排列擺放。有效的利用樓頂上的空間，與建筑相結合，與學校周圍環境相輝映，猶如一道亮麗的風景線。
3、太陽能水箱
本項目太陽能水箱內膽材質304/2B食品級不銹鋼，保溫采用50mm聚氨酯現場發泡，外護材質0.5mm不銹鋼。與其他類型水箱相比，不銹鋼水箱具有以下特點：
(1)款式新穎，技術一流：由單元矩形成型板任意拼裝焊接，具有漂亮的外觀，對應配套，選擇靈活。
(2)安全衛生，經久耐用：整個系統為封閉式，不銹鋼材料表面光滑，不易附生藻類，水中沉淀物亦清晰沖刷。
(3)安裝方便，任意組合：采用單元矩形不銹鋼成型板拼裝焊接組成，可依據設備設置場所，任意組合成多邊形、階梯形、L形等形態各異的水箱。
(4)選材優異 防蝕抗裂：選用性能優異的奧氏體、鐵素體、超低碳不銹 鋼板材拉伸壓制，具有獨特的耐腐蝕抗裂性能。
(5)制作精良，保溫優良、外形美觀：以精密的成型模具液壓拉伸成型，單元矩形凹凸水箱板成型精度高，保溫效果好，晝夜溫差小于3℃。
太陽能熱水系統工程熱水箱采用兩個容積為15T的方形水箱，外形尺寸為2.5*3*2（高度），均放置在屋頂。
太陽能開水系統工程熱水箱采用4個容積為1T的圓形水箱，外形尺寸為：870mm（直徑）*1800mm（高度），8個0.5T的圓形水箱，外形尺寸為：770mm（直徑）*1425mm（高度）。
4、空氣能輔助加熱設備
設備采用四季沐歌空氣能熱泵機組
機組技術特點
低溫風冷熱泵機組克服了傳統風冷熱泵機組的運行溫度限制，大大擴展了其溫度應用范圍，在-20℃的環境溫度下依舊可以可靠穩定的運行；低溫風冷熱泵機組之所以能夠如此高效、穩定的運行，是由于機組系統中采用了經濟器系統，以實現補氣增焓。
機組還具有如下特點：
低溫制熱功能卓越：低環溫熱泵機組可在-20℃的環境中正常供熱、結構結湊，換熱面積大，空氣流動阻力小，換熱效率高、泄漏率低、機組組合方便，選型靈活，互為備用，運行經濟、高溫出水，最高可達60℃、配件精良、換熱效率高、智能除霜、全電腦控制、低噪聲。
太陽能熱水系統工程每個系統均采用2臺KFXRS-038空氣源熱泵機組作為輔助能源，并聯連接，按需啟動，確保在陰雨天氣條件下熱水的供應。
5、IC卡水控系統
根據學校學生用水情況，南北宿舍樓各有兩個浴室，在每間浴室各設有15個淋浴噴頭，采用IC卡淋浴水控系統。學校通過智能IC卡控水收費系統，計時收費，科學的控制用水，可節約用水55%以上，避免了無謂的浪費；學生持卡洗澡，絕對的實行誰用水誰付費，多用多付費，少用少付的原則，合理公平得分配了用水，養成學生勤儉節約的習慣。
系統由管理中心、應用節點、用戶卡片構成。有如下功能特點：
● 本產品采用智能IC卡一卡通技術；
● 以卡控制閥門開關，將卡放在卡槽的左側自動扣費出水，滑到卡槽右側自動斷水，停止計費。使用更方便，設計更加人性化；
● 8位LED顯示，可以顯示卡中余額、費率、以及單位扣費的剩余時間等信息；
● 變人工收費為自助收費，實現收費自動統計，管理更科學，更現代；
● 全防水無接縫設計，保證產品具有更高穩定性、耐用性；
● 自動識別持卡人的合法性，根據卡內賬戶信息決定是否允許消費；
● 系統遇強磁干擾，非法開殼等惡意破壞行為時，控水器自動關斷閥門；
● 市電停電后，電磁閥自動關閥，防止用水失控；
● 控水器與電磁閥均為12V(以下)電壓，充分保證使用者安全；
● 使用電子錢包方式扣費，帳目更準確，數據更安全；
6、開水器
本項目選用國產優質開水器。
根據學校用水情況，設計每一套太陽能開水系統配置兩臺開水器。
①出水即開水，沸騰就一次
采用國際先進的步進水加熱技術，逐層進水逐層加熱，可連續提供100%純開水并保證出水持續恒溫，避免傳統浮球閥開水器生熟水混合的“陰陽水”問題；完全實現冷熱水分離，確保僅一次沸騰，避免一般沸騰式開水器靠蒸汽膨脹從加熱箱內保溫箱儲水重復加熱現象，解決了“千沸水”問題。
②三重防漏電保護，使用安全
可靠接地/漏電保護/漏電自動報警
每一臺開水器都保證有優良的絕緣和接地設計，即使用電環境缺乏良好的接地措施，開水器配置的優質防漏電保護器也可以發生漏電的0.1秒內迅速切斷電源，同時自動報警提示，確保使用安全。
③大出水量設計
逐層步進水加熱，不間斷供水。在供應開水同時可同步向開水箱內補充開水。連續供開水能力是同容積傳統開水器的2至3倍，節約后廚寶貴空間和配電資源，降低運營成本。
④高可靠性
該產品，采用專用低單位功率加熱管，較傳統加熱管延長壽命一倍以上。
⑤超級節能
采用逐層加熱技術，環保防火保溫層，可最大限度減少熱量散失，整體較傳統開水器省電最高可達40以上。
產品型號：GB-60E
外形尺寸(長×深×高)：420×330×760mm(不含底座)
額定功率：6KW
額定電流：9.1A
額定電壓（AC）：380V
推薦電源：三相五線
容 積：60L
連續供開水量(5磅暖瓶)：37
四、效益分析
1、系統總能量
（一）太陽能熱水系統
系統每天將30噸15℃的水升溫到50℃，總共耗費的能量為：
＝4.2×30×103×（50－15）≈4.4×106KJ
式中：Q—該熱水系統運行需要的能量（KJ）
Cp—水的定壓熱容（Cp=4.2KJ/(kg℃)
△T—水的溫差（即熱水溫度與基礎水溫之差）
m—水的質量（kg）
若上述熱量由燃油鍋爐提供：
每天耗油量為：(4.4×106)/（46040×80％）≈120（Kg）
每天燃燒柴油費用：120×9.5元/ Kg≈1140（元）
若上述熱量由燃氣鍋爐提供:
每天耗氣量為：(4.4×106)/（16742×85％）≈310（m3）
每天燃氣費用：310×2.2=682（元）
若上述熱量由電鍋爐提供:
每天耗電量為：(4.4×106)/（3600×95％）≈1286（Kwh）
每天電費：1286（工業用電)＝1286（元）
若上述熱量由空氣源熱泵提供:
每天耗電量為：(4.4×106)/（3600×95％）≈1286（Kwh）
空氣源熱泵的全年COP為3，每天消耗的電量為1286/3=428
每天電費：428（工業用電)＝428（元）
若上述熱量由燃煤鍋爐提供:
每天耗煤量為：(4.4×106)/（13536×55％）≈592（Kg）
每天燃煤費用：592×0.80≈473.6（元）
表一
類別 耗量/天 單價（元） 費用總價（元/天）
燃煤鍋爐 592kg 0.8 473.6
燃油鍋爐 120kg 9.5 1140
燃氣鍋爐 310m3 2.2 682
電鍋爐 1286kwh 1 1286
空氣源熱泵 428kwh 1 428
（二）太陽能開水系統
系統每天將4噸15℃的水升溫到90℃，總共耗費的能量為：
＝4.2×4×103×（90－15）≈1.26×106KJ
若上述熱量由燃油鍋爐提供：
每天耗油量為：(1.26×106)/（46040×80％）≈34（Kg）
每天燃燒柴油費用：34×9.5元/ Kg≈323（元）
若上述熱量由燃氣鍋爐提供:
每天耗氣量為：(1.26×106)/（16742×85％）≈88（m3）
每天燃氣費用：88×2.2≈193（元）
若上述熱量由電鍋爐提供:
每天耗電量為：(1.26×106)/（3600×95％）≈368（Kwh）
每天電費：368（工業用電)＝368（元）
若上述熱量由燃煤鍋爐提供:
每天耗煤量為：(1.26×106)/（13536×55％）≈169（Kg）
每天燃煤費用：169×0.80≈135.2（元）
表二
類別 耗量/天 單價（元） 費用總價（元/天）
燃煤鍋爐 169kg 0.8 135.2
燃油鍋爐 34kg 9.5 323
燃氣鍋爐 88m3 2.2 193.6
電鍋爐 368kwh 1 368
故太陽能熱水系統和開水系統一天所需能源費用如下：
表三
類別 耗量/天 單價（元） 費用總價（元/天）
燃煤鍋爐 761kg 0.8 608.8
燃油鍋爐 154kg 9.5 1463
燃氣鍋爐 398m3 2.2 875.6
電鍋爐 1654kwh 1 1654
空氣源熱泵 428kwh 1 428
2、其它能源及設備的參數
能源當量熱值
類別 單位 當量熱值（KJ） 折算熱值
KJ Kg標準煤
電能 Kwh 3599.5 11925 0.407
蒸汽（低壓） Kg 2687.7～2762.4 3976 0.136
汽油 Kg 43116 47422 1.619
柴油 46040 50639 1.729
煤油 43111 47422 1.619
重油 41855 46040 1.571
渣油 37670 41436 1.414
燃料油 41310 45455 1.551
焦炭 Kg 28416 33484 1.143
城市燃氣 16742 32228 1.1
焦爐氣 17998 21179 0.723
煉廠氣 m3 43948 48343 1.65
液化石油氣 m3 50226 55249 1.886
注：1、煙煤Ⅰ類的當量熱值為13536KJ/Kg。
2、鍋爐效率及能源費用
類別 燃煤鍋爐 燃油鍋爐 燃氣鍋爐 電鍋爐
效率 55% 80% 85% 95%
能源費用 煙煤Ⅰ類800.0元/t 柴油9.5元/Kg 燃氣：2.2元/m3 用電：1.0元/KWh
各種能源效益分析對比：
項目 太陽能熱水系統+開水系統 燃煤鍋爐 燃油鍋爐 燃氣鍋爐 電
系統每天需提供熱量 5.66×106KJ
設備投資（元） 1001587 50000 50000 50000 50000
裝置使用壽命 15 5 8 8 15
15年設備總投資(元) 1001587 150000 100000 100000 50000
每年使用天數 80 365 365 365 365
每天燃料/電費（元） 428 608.8 1463 875.6 1654
每年燃料/電費（元） 34240 222212 533995 319594 603710
15年能源費用（元） 513600 3333180 8009925 4793910 9055650
15年人工費用（元） 0 300000 300000 300000 0
15年運行總費用（元） 1515187 3783180 8409925 5193910 9105650
太陽能與之相比節約（元） 0 2267993 6894738 3678723 7590463
注：1、以上各個系統投資均未考慮銀行利率。
2、燃油鍋爐系統價格包括鍋爐本體、油箱、抽油泵、鍋爐房、管道管件保溫材料等。
3、燃氣鍋爐系統價格包括燃氣鍋爐、水箱、鍋爐房、管道管件保溫材料、入戶費等。
4、在運行的過程中，考慮陰雨天氣等氣候條件，此處按全年有80天使用電能來加熱。
5、以上太陽能熱水系統的投資經濟性分析是建立在廊坊輻射資源和廊坊地區熱水需求的條件下進行的分析。
6、太陽能熱水系統的推廣還應考慮減排溫室氣體和減少污染物排放帶來的社會效益，不應局限于其經濟性的的分析。
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方案設計：上海寶第居安環境工程技術有限公司
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