医院太阳能生活热水系统节能技术研究
摘 要:医院生活用水利用量比较大,本文通过实例和理论分析太阳能生活热水系统节能效益,并对其进行研究,得出了太阳能热水应用在医院生活热水上的必要性,能够很大程度上节约资源。
关键词:太阳能 生活热水 蒸汽换热 医院
太阳能作为一种可再生能源,相比煤炭、天然气等不可再生能源利用效率还非常低,但是潜力却很大,可以预见在未来的生活中,其作为能源利用率会逐步提高[1-3]。太阳能热水器已经普遍用于人们的生活中。
一、生活热水使用现状:
我院黄岛院区现在所用生活热水是自来水采用蒸汽换热的方式获得45℃左右的热水,全年平均大约每天需用15吨蒸汽,通过理论计算和市南院区已安装的太阳能热水器所取的节能效果看(2014年在市南院区第二住院部安装太阳能系统20吨,主供第二住院部生活用水,节约天然气锅炉用量:平均每月3千立方,大约节约人民币:1万5千左右),太阳能热水系统还是节能效果比较明显的。
二、可行性分析
按接受太阳能辐射量的大小,全国大致上可分为五类地区:一、二、三类地区,年日照时数大于2000h,辐射总量高于5000MJ/ ^_D_Dd__________řĝϨϨ________________ ^_D_Dd__________řĝϨϨ___________m2,相当于日辐射量3.8-4.5KWh/ m2。
青岛地处北温带季风区域,地理位置北纬36度08分 、东经120度21分属温带季风气候。市区年平均气温12.7℃、,极端高气温38.9℃(2002年7月15日),极端低气温-16.9℃(1931年1月10日)。全年8月份最热,平均气温25.3℃;1月份最冷,平均气温-0.5℃。年平均降雪日数只有10天。青岛海雾多、频,年平均浓雾51.3天、轻雾108.2天。适宜安装太阳能热水系统。
三、太阳能热水系统工作原理
太阳能系统启动前,太阳能现场的水压、电源应该正常,当光照开始后,集热器将太阳能转换为热能,致使集热器联集管内水温不断升高。先进的自动化控制系统会适时检测系统各个部件的工作情况,并根据预设的程序全自动控制系统运行,主要功能运行原理如下:
1太阳能与缓冲水箱温差循环
在晴好天气,缓冲水箱和集热器充满热水后,当集热器内的测温点水温高于贮热水箱温度8℃时,循环水泵自动启动将水箱底部的热水送入集热器,把集热器内部的热水推回水箱,当集热器内的测温点水温高于贮热水箱温度不大于3℃时,循环水泵自动关闭,同样反复运行,逐步将储热水箱内的热水温度逐步提高,此过程完全自动控制。
2换热循环
当储热水箱温度低于缓冲水箱温度3度时,换热循环开启;小于3度关闭。
3变频增压供水
楼底储热水箱通过变频水泵加压供给原有供水系统。
4自动补水
室内有人用水时,水箱内的水位会不断降低,如果等水箱内的水没有时再上水,则无法保证24小时用热水,一般当贮热水箱低于预设水位(80%)时,控制系统将自动开启补水电磁阀,达到设定水位后(100%)自动停止。自动补水功能一般与辅助加热设备联合启动,确保供水水温满足用水使用要求,保证用户24小时不间断使用热水的需求。
四、太阳能热水器安装方案
利用A、B座病房楼楼顶的空间,经实地测算可以安装两台各50吨的太阳能热水器,100吨水箱放在B座负一层,楼顶只放集热器和过度水箱。太阳能所产生的热水全部储存在这个100吨的水箱中,然后再经过蒸汽换热器给病房供给生活热水。通过计算100吨的太阳能热水器平均每天产生的生活热水可以等同于8.63吨蒸汽所产生生活热水量。
太阳能热水系统节能效益分析
1、建立数学模型:
取冬天水温0度,夏天水温20度,全年平均数值大约取10度,冬天升温30度左右,夏天升温60度左右,每天平均升温45度左右,太阳能加热一天升温到55度,所需热量为:
Q w=cm(tend-ta) =4.2×100000×(55-10) =18900000KJ
其中c: 水的定压比热容,此处取4.2KJ/(kg· ℃);m:水的质量,100000kg;
ta:水的初始温度,10℃;tend:贮热水箱内水的终止温度,55℃;
2、太阳能热水系统与电热水器效益对比
电加热的转化效率一般在90%左右,要产相同能量所需总电能为:
Q电= = =21000000kj
其中 Q:所需热能; :电的实际转换效率;
电热与热能的换算公式为:1度=1kw·h=3600000j=3600kj
根据以上公式则每天需要电能为:21000000÷3600=5833kwh
电费按 0.89元/kwh ,则需 5833×0.89=5192元
由以上计算可以得出结论:用电热水器加热的热水100(10℃-55℃)吨每天所需电能5833度,在电价为0.89元/kwh的情况下,折合人民币5192元。
由于全国各地的气候条件不同,太阳能的实际使用天数在180天到270之间,这里我们取240天计算(以下同),使用太阳能与使用电热水器相比,太阳能每年可节约费用为5192元/天×240天/年=1246000元/年
3、太阳能热水系统跟蒸汽换热比较
1吨蒸汽(0.8MPA,170℃)焓值为2768.4KJ/KG,1吨蒸汽产生热量2768.4*1000=2768400KJ,除去换热后的高温水热量4.2*1000*80=336000KJ后自来水吸收的热量为2768400-336000=2432400KJ,按照热传递效率大约为0.9计算可以出从10℃升温到45℃的生活用水2432400*0.9/(4.2*1000*35)=14.87吨左右,100吨太阳能保守按一天产生18900000KJ,大约可节约蒸汽18900000/(2432400*0.9)=8.63吨,一吨蒸汽大约260元,每天可节约蒸汽约260*8.63=2245元,一年按240太阳能好用计算:240*2245=538720元。
五、小结:
通过实际考察和相关理论研究,青岛地区安装太阳能生活热水系统用于生活用水的使用,无论是与电热水器还是蒸汽换热技术相比,太阳能热水系统节能效果还是比较明显的。
参考文献
[1] 李传统.新能源与可再生能源技术[M].南京:东南大学出版社,2005
[2] 王长贵,王斯成.太阳能光伏发电实用技术[M].北京:化学工业出版社,2005
[3] 程雅丽.独立光伏发电系统优化设计[D].天津:天津大学硕士学位论文,2003
作者:张明涛,男,硕士,青岛大学附属医院.闫慧慧,曾聪,青岛大学附属医院.
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