1、 畢業設計（論文）文獻綜述學生姓名： 學 號： 專 業： 產品質量工程 班 級： 質量062 設計（論文）題目：大型太陽能熱水系統與蒸汽鍋爐補熱技術研究指導教師： 系： 機電工程系 2010年3月6日1 太陽能熱水系統的國內外發展現狀目前我國在建筑住宅中應用的太陽熱水系統技術，主要有悶曬式熱水系統和循環式熱水系統兩大類。將集熱器與儲水箱合為一體的悶曬式熱水系統，結構簡單、價格低廉，適合農村使用，市場占有率2%左右。循環式熱水系統的集熱器有平板式太陽集熱器、全玻璃真空管集熱器，前者市場占有率高達2% 以上。平板熱水系統在大型建筑太陽能供熱水工程中占主導地位。為提高太陽熱水系統在住宅中應用的可靠性

2、、全天候運行，在太陽熱水系統中較多的采用了電輔助熱源和自控技術。為解決冬季熱水系統防凍問題，已開發出和正在開發雙回路分體式熱水系統，自動排空系統。對保證住宅建筑中太陽熱水系統質量起到了重要作用。目前太陽熱水系統技術及推廣應用較好的國家有奧地利、希臘、以色列、丹麥、德國、荷蘭、澳大利亞、日本、美國等國家。這些國家每千人擁有太陽集熱器的面積如表! 所示：隨著人民生活水平的不斷改善,對生活質量的要求也日益提高,因此新建住宅小區集中熱水供應也成為各房地產企業提高競爭力的有效手段之一。隨著住宅小區建設的進一步發展,人們開始把目光投向太陽能熱水系統。太陽能是一種取之不盡、用之不竭的潔凈能源,由于發展迅猛和

3、廣泛應用,已被人們稱之為“21世紀的能源”。我國太陽能資源十分豐富,全國有2/3以上的地區,年輻射總量大于每平方米502萬kj,年日照時數在2000h以上。現有電熱型熱水器費用昂貴及燃氣型的不安全性，且排放二氧化碳污染大氣，北方用煤氣取暖造成城市空氣環境污染，這些都是太陽能熱水器的外部生存環境。太陽能熱水器克服上述缺點，它是綠色環保產品。使用簡單，方便。太陽能熱水器順乎時代發展的要求，滿足人們對環保綠色產品的需求。在人類文明程度日益提高的今天，它是現代文明社會的最佳選擇。應該注意到，集體單位對太陽能熱水器的用量很大。新建商住樓統一安裝熱水器，已是房屋開發公司計劃之內的事，配套熱水器的商品房銷勢

4、更好2 太陽能熱水系統的優缺點2.1 太陽能熱水系統的優勢我國使用的直插緊湊式真空管太陽能熱水系統技術已達到世界領先水平， 供熱成本為0.25元/kwh；而國際上流行的承壓式平板熱水系統，供熱成本為0.95 元/kwh。2007年，我國太陽能熱水系統年生產能力達到2300萬平方米，使用量達到1.2億平方米，占世界總使用量的60%，居世界之首。我國有已建屋頂面積100億平方米， 如果達到人均1 平方米 的熱水系統，僅占屋頂面積的13%，便可完全解決生活熱水的需求，可取代2.1億t 標準煤?，F在存在的問題是，現有的直插緊湊式真空管太陽能熱水系統只能提供7090的熱水，不能提供一般的供熱鍋爐和供熱空

5、調所需要的高溫蒸汽（工業鍋爐需要100200的水蒸氣，“兩步走” 升溫技術也需要廉價、干凈的100200的水蒸氣）。2.2 太陽能熱水系統的不足雖然太陽能熱水器也在我國很多地方普及起來，而且大有取代燃氣熱水器和電熱水器。因為太陽能熱水器有非常明顯的優勢，相對于以上兩種熱水器利用的加熱能源來說，太陽能是一種取之不盡的生態能源，不產生污染，不危害環境。但是，我們也應該看到，太陽能的低密度和不穩定性事其利用過程中難以克服的缺點。所以，為了保證熱水系統的正常使用，就需要調節太陽能的收集利用與生活熱水使用過程中產生的不重要性。首先要考慮日周期的太陽能蓄積以及連續陰雨天氣無法利用太陽能的事實，必須采用輔助

6、的加熱裝置滿足使用上的要求。3 太陽能熱水系統輔助設備太陽能因其具有綠色環保，無污染，廉價等特點。越來越受到人們的喜歡， 許多家庭和公共場所都在使用太陽能熱水器。但是，太陽能受天氣影響很大，當夜晚或者陰天陽光不足時，水箱中的水可能達不到設定溫度。這時需要采用輔助加熱的方法把水箱中的水加熱到足夠的溫度，以滿足用戶全天候使用的要求。3.1 以熱泵技術做輔助加熱方式的太陽能熱水系統熱泵技術是一種新型的節能制冷供熱技術，長期以來主要應用于建筑物的采暖空調領域。因熱泵制熱在節能降耗及環保方面的良好表現，衛生熱水供應系統也越來越多的采用熱泵設備作為熱源。其中以室外空氣為熱源的空氣源熱泵，結構簡單，不需要專

7、用機房，安裝使用方便，在衛生熱水供應方面具有不可替代的優勢，除了比較大型的空氣源熱泵熱水系統外，現在已有多個品牌的小型的家用空氣源熱泵熱水器也投放市場。但空氣源熱泵的一個主要缺點是供熱能力和供熱性能系數隨著室外氣溫的降低而降低，所以它的使用受到環境溫度的限制，一般適用于最低溫度-10以上的地區。3.2 以電加熱器作輔助加熱方式的太陽能熱水系統基于現代電子技術的太陽能熱水器輔助電加熱方法,也可以滿足在無光照陰雨天或寒冷冬季條件下正常使用的要求，在陰雨天或者寒冷季節，可開啟電加熱器加熱，待水溫達到要求時能自動斷電。當日曬不足時，用水前可用電輔助加熱，既充分利用了太陽能，又縮短了電加熱時間。接通電源

8、即自動上水，水滿自動停止上水。若需電加熱，在上水到規定水位時，即自動通電。電加熱時，當水溫達到要求時自動斷電。但是電加熱相對于大型住宅、賓館、游泳池、公共浴池等場所需電量比較大，往往會耗費比較大的電能卻得不到應有的效果。3.3 以燃氣鍋爐作輔助加熱方式的太陽能熱水系統系統一般由五部分組成,太陽能集熱面、蓄熱水箱、燃氣鍋爐、連接管道及自動控制部分。在北方地區一般選用玻璃真空管為集熱元件,太陽能集熱面由真空管集熱器串、并聯組合而成。集熱面積的大小,根據當地太陽能資源情況而定。以內蒙古呼和浩特為例,該地區地處北緯42,全年全天平均太陽輻照量為每平方米22723kj,太陽能集熱器的平均日效率g45%

9、,但一年四季各有不同。計算表明1平方米太陽能集熱面積春、秋兩季平均日產45熱水80kg 左右、夏季110kg 左右,冬季45kg左右。太陽能集熱面的位置一般選擇樓頂集熱管南北豎向放置，全天跟蹤陽光。蓄熱水箱是儲存熱水的容器,容積等于太陽能集熱面夏天的產水量, 結構為雙膽保溫型,以利于散熱損失的減少。燃氣鍋爐是在陰雨天氣,或冬季太陽能不足時對水量不足的加熱補充。鍋爐容量的選擇一般以鍋爐為單一熱源時, 連續運行8 10個小時,產生滿足用戶全天所需熱水的水量來計算。管道系統是由連接太陽能集熱面、水箱、鍋爐之間的管道、循環泵、電動閥等組合而成,管道系統要嚴格保溫,并要有可靠的防凍系統。4 蒸汽鍋爐作輔

10、助設備的效益比較目前，越來越多的住宅、賓館、游泳池、公共浴池等場所采用太陽能作為其中央熱水系統的主要熱源。這些場所一般要求衛生熱水在一定的時間段內或全天24小時連續供應，為滿足太陽能不足時的用熱需求，使太陽能集熱系統的投資更加經濟，通常采用電加熱器或電鍋爐、燃煤或燃油（氣）鍋爐、市政熱力等作為太陽能中央熱水系統的輔助熱源。表5.1 熱水器效益比較熱水器類型對比項目太陽能中央熱水器電熱水器燃油熱水爐熱泵熱水器用水人數，用水量200人，10000kg/天200人，10000kg/天200人，10000kg/天200人，10000kg/天規格143平方米，10立方米60kw，5立方米20萬大卡，5立

11、方米10h，10立方米首次投資費用140000元20000元45000元150000元使用壽命15年7年（15年內再買一次設備）7年（15年內再買一次設備）1215年晴天一天能源費用0元350元（以0.9/元計算）280（以3.5元/升計算）1140一年能源費用（以晴天270計算）電費33250燃油費26600電費127750元柴油費102200元電費51100元三年能源費用電費99750燃油費79800電費383250元柴油費306600元電費153300元15年總費用電費638750燃油費5390001956250元1623000元916500元對比總結1 與電熱水器相比，投資太陽能熱水器

12、1年半回收投資，每年可節省電費10萬元，15年節省總費用約150萬元與熱泵熱水器相比15年節省總費用約40萬元。2 與燃油熱水爐相比，投資太陽能熱水器2年回收投資，每年可節省燃油費用7.5萬元，15年共節約總費用108.4萬元。由表1.5可以看出相對于大型住宅區、賓館、酒店，游泳池、公共浴池等場所采用燃煤或燃油（氣）鍋爐作為太陽能中央熱水系統的輔助熱源的太陽能熱水系統更能瞞足其一定的時間段內或全天24小時連續供應，為滿足太陽能不足時的用熱需求。且更具經濟效益。蒸汽鍋爐設備對不可再生資源的使用和污染氣體的排放讓它具備一定的不環保性。分體承壓式太陽能集中熱水系統主要由循環系統（集熱器、水泵、膨脹儲

13、液罐及管路）和末端系統（每戶的儲熱水箱及控制系統）組成。簡單的說，此種太陽能熱水系統就是通過循環管路和集熱系統給用戶末端電熱水器增加太陽能熱源。我國年平均日照時間為2500至2 900h ，考慮最不利情況，按照每天日照8h計算，折合全年理想情況下大約有300d屬于太陽能日照可以滿足全天加熱水的需求。下面采用差額投資回收期的概念比較兩者的經濟性。太陽能熱水系統與電熱水器相比水費相同，運行費用差額可以只計電費。太陽能熱水循環系統按循環泵每天運行6h，末端系統陽光不充足時按理想情況65d計算；電熱水器按1 年225戶每天每戶加熱80l熱水算。循環系統為公共電費約0.9 元/(kwh)，末端系統電費為

14、民用電0.5 元/(kwh)差額投資回收期是指初投資大的方案（太陽能熱水）相對初投資小的方案（電熱水器），由于凈現金流量（年運行費用）的節約額而回收初投資差額的時間。由表1初投資差額和運行費用差額可知，本項目公寓式酒店采用太陽能集中熱水系統和分戶電熱水器相比5.13年即可收回差額投資，即5年后每年節約熱水器運行費用約8萬元。從用戶的角度，使用太陽能集中熱水系統后，每年的費用約是使用電熱水器費用的31。5 總結太陽能作為一種新能源，是一種清潔無污染的可再生能源。太陽能熱水系統是以吸收太陽輻射能為熱源，將太陽能轉為熱能以達到加熱水的目的的整套裝置，包括太陽能集熱裝置、儲熱裝置、循環管路裝置等。由于

15、太陽能熱水系統在全年運行中受天氣的影響很大，其獨立應用存在間歇性、不穩定性和地區差異性，在太陽能應用中除利用集熱器將太陽能轉換成熱能外，應采取熱水保障系統（輔助加熱系統）和儲熱措施來確保太陽能熱水系統全天候穩定供應熱水。太陽能供熱水系統按其集熱、儲熱和輔助加熱方式分為三種：（1）單機太陽熱水器，即分戶集熱、儲熱、輔助加熱；（2）集中式中央太陽能供熱水系統，即集中集熱儲熱、集中輔助加熱或分戶輔助加熱；（3）半集中方式，即集中集熱、分戶儲熱和輔助加熱。本文研究的是集中式中央太陽能供熱水系統，所以對集中式中央太陽能供熱水系統作詳細的介紹。集中式中央太陽能供熱水系統的特點是集成化程度高，集中儲熱方式利

16、于降低造價并減少熱損失，輔助加熱系統集中利于補熱；熱水系統供應管路簡單，合理的干管循環回水保證供水品質，實現各用水終端即開即熱；對于住宅小區，集中式系統相對分戶系統有初期投資少、集成化程度高的優勢，模塊化的集熱器與建筑結合也比較美觀。但該類系統集中運行一旦出現故障，用戶熱水將不能得到保證，且用戶使用前需放出較多冷水。該系統在用水時間上可能受系統運行方式影響，當24小時供熱水運行費用太高時，改用定時供熱水將使用戶用熱水受到限制。為解決以上問題，可在上述系統中將集中輔助加熱方式改成分戶加熱方式。該方式運行成本低，能實現太陽能熱水的免費供應，但同時也會出現個別用戶大量使用熱水造成其他用戶的熱水量減少

17、的現象，需采用經濟手段解決用水平衡。該方式在用水時間上不受限制，能實現24小時供熱水，而且集熱系統出現故障也不會對用戶使用造成影響。參考文獻：1 羅振濤,霍志臣，王錦俠等.太陽能熱水器技術j.北京:機械工業出版社，19902 羅春南.真空管熱水器的熱特性分析及計算j.山東建筑工程學院學報.1998,33 羅振濤，霍志臣.2007中國太陽能熱水器行業發展狀況報告j.太陽能產業論壇.2008,(1)4 耿立明，劉漫洲，劉雨剛，楊威. 基于plc的太陽能熱水器的自動控制系統j.遼寧工程技術學,2002,32,(4):62-665 田琦大型太陽能熱水供應系統設計的若干問題j中國給水排水，2001，(1

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