張家口地區(qū)光電互補(bǔ)供暖系統(tǒng)性能研究

(河北建筑工程學(xué)院 河北 張家口 075000)

一、背景

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，能源和環(huán)境問(wèn)題日益突出，尤其對(duì)于北方的冬季供暖，燃煤、燃?xì)獾仍斐傻呐欧盼锸庆F霾形成的來(lái)源之一。為了減少霧霾，清潔能源供熱成為供熱的新趨勢(shì)。張家口地區(qū)在清潔能源供熱上發(fā)展迅速，當(dāng)?shù)仫L(fēng)電、太陽(yáng)等清潔能源能資源豐富，當(dāng)兩者結(jié)合起來(lái)為用戶(hù)供暖可以獲得良好的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益。

光電互補(bǔ)供熱系統(tǒng)在張家口地區(qū)的應(yīng)用非常廣泛，現(xiàn)對(duì)張家口市某光電互補(bǔ)供熱項(xiàng)目采暖期進(jìn)行測(cè)試分析。

二、項(xiàng)目概況

本項(xiàng)目位于張家口市，高9.8m共3層,建筑面積為650m2，采暖方式為地板輻射采暖。本項(xiàng)目共敷設(shè)真空管式集熱管20個(gè)模塊，每個(gè)模塊60根集熱管，管長(zhǎng)1.5m，電鍋爐功率60kw，室內(nèi)循環(huán)水泵額定流量為12t/h，太陽(yáng)能集熱側(cè)循環(huán)水泵額定流量為5.6t/h。

三、工程測(cè)試

(一)測(cè)試平臺(tái)。光電互補(bǔ)供熱系統(tǒng)主要由太陽(yáng)能陣列集熱部分，電鍋爐蓄熱部分，蓄熱水箱供熱部分和自動(dòng)控制系統(tǒng)組成，具體工藝流程圖如圖1。

圖1 系統(tǒng)工藝流程圖

(二)系統(tǒng)運(yùn)行情況。通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)可以得出，集熱器每天的運(yùn)行時(shí)間都是固定的，早八點(diǎn)開(kāi)啟集熱側(cè)循環(huán)泵，晚六點(diǎn)關(guān)閉，集熱器白天將太陽(yáng)能集熱器收集的熱量，蓄到蓄熱水箱中，同時(shí)蓄熱水箱一直給用戶(hù)供熱。

晚上電鍋爐定時(shí)開(kāi)啟和關(guān)閉，保證在低谷電價(jià)運(yùn)行，其熱量傳輸?shù)叫顭崴渲校瑫r(shí)蓄熱水箱通過(guò)循環(huán)水泵為用戶(hù)供給熱量，循環(huán)水泵通過(guò)溫度傳感器控制，當(dāng)用戶(hù)側(cè)回水溫度達(dá)到50℃時(shí)循環(huán)水泵關(guān)閉，當(dāng)?shù)陀诨厮疁囟?0℃時(shí)，循環(huán)水泵開(kāi)啟。

(三)測(cè)試參數(shù)及儀器。系統(tǒng)測(cè)試過(guò)程中主要測(cè)試參數(shù)以及使用儀器見(jiàn)下表3-1：

表3-1 測(cè)試參數(shù)及儀器表

四、測(cè)試結(jié)果及分析

(1)現(xiàn)通過(guò)測(cè)試太陽(yáng)能集熱器陣列在運(yùn)行時(shí)間內(nèi)的供回水溫度的變化以及流量，計(jì)算出太陽(yáng)能集熱器陣列的集熱量。

(2)系統(tǒng)供熱量可根據(jù)室內(nèi)側(cè)的供回水溫度變化以及流量進(jìn)行計(jì)算。

(一)太陽(yáng)能側(cè)集熱情況。通過(guò)對(duì)本項(xiàng)目整個(gè)采暖季進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，把整個(gè)采暖季按照月份分別分析，可以得出系統(tǒng)在各月份的典型日下的運(yùn)行參數(shù)，現(xiàn)以12月份為例進(jìn)行分析研究。

根據(jù)分析可以得出太陽(yáng)能集熱器陣列從早上8：00點(diǎn)左右開(kāi)始供給熱量。太陽(yáng)能集熱器供給的熱量隨著太陽(yáng)輻射強(qiáng)度的增強(qiáng)而逐漸增大，在下午2:00點(diǎn)過(guò)后太陽(yáng)能的供熱量開(kāi)始變小，直到下午5:00點(diǎn)左右就不再供給熱量。

(二)室內(nèi)側(cè)散熱情況。張家口地區(qū)夜間低谷電價(jià)時(shí)間為晚22:00-早8:00，所以電鍋爐的開(kāi)啟均在低谷電價(jià)期內(nèi)(陰天或雨雪天除外)，12月份的典型日運(yùn)行工況下，用戶(hù)室內(nèi)的供回水溫度變化圖見(jiàn)圖2。

圖2 典型日下的室內(nèi)供回水溫度變化

通過(guò)圖2可以得到在12月電鍋爐晚23:00點(diǎn)開(kāi)啟早8:00關(guān)閉，室內(nèi)供回水的溫度隨蓄熱水箱的水溫的變化而變化，蓄熱水箱中的水溫度隨著電鍋爐的開(kāi)啟而開(kāi)始上升，由于系統(tǒng)為直接式系統(tǒng)且室內(nèi)供水直接從水箱底部抽水，故室內(nèi)供水溫度就是蓄熱水箱底部的溫度，電鍋爐關(guān)閉以后，蓄熱水箱為用戶(hù)供暖，所以供水溫度下降。隨著太陽(yáng)的升起，太陽(yáng)能集熱器陣列得到的熱量不斷增大，當(dāng)太陽(yáng)能逐步產(chǎn)生的熱量多過(guò)室內(nèi)的散熱量時(shí)，供回水溫度開(kāi)始不斷升高，隨著太陽(yáng)落下集熱器陣列的的熱量減小，供回水溫度不斷降低，最低降到26℃。

(三)太陽(yáng)能供熱比。通過(guò)運(yùn)行數(shù)據(jù)可以計(jì)算各個(gè)月份典型日下的集熱器的集熱量以及對(duì)應(yīng)的建筑耗熱量，就可以得出各月份太陽(yáng)能的集熱量與建筑耗熱量的比值，具體見(jiàn)表 4-1

表4-1 各月份典型日的比值變化

五、結(jié)論與建議

(1)測(cè)試數(shù)據(jù)顯示太陽(yáng)能在冬季供熱中在三月份供給熱量最多，其供熱比為42.1%，在最寒冷的1月份供熱比為11.1%，發(fā)現(xiàn)集熱器集熱量的供熱比在整個(gè)采暖季的變化幅度較大，先降后升。

(2)建議調(diào)整太陽(yáng)能集熱循環(huán)部分的控制方式，采用溫差控制模式，減少由于夜間太陽(yáng)能集熱部分的運(yùn)行造成的蓄熱水箱的熱量流失，夜晚排空集熱器陣列中的水防止凍裂管道。