學校太陽能工程-渤海小學太陽能工程采暖改造后的數據變化
之前一篇文章有介紹過學校太陽能工程改造設計理念與方法，下面，我們來看下，改造后的數據有那些變化。
2.2系統(tǒng)功能該系統(tǒng)投入運行后，可為120㎡教室提供冬季采暖、夏季制冷及非采暖季飲用開水等多項工程，系統(tǒng)全自動運行，可進行時間、溫度的設定，并可實現(xiàn)遠程監(jiān)控。3項目測試系統(tǒng)投入運行后，我們于2011年1月25日～3月7日，針對各工況下，設備的運行狀況、室內溫度變化情況、教室外圍護結構隨房間溫度的影響等情況做了大量的測試工作，掌握了該系統(tǒng)運行的一手資料，為今后系統(tǒng)的設計提供了寶貴的依據，具體測試數據如下：3.1加裝保溫前后房間溫度對比3.1.1不采暖情況下我們于2月16日、17日兩天，對加裝保溫后，在沒有任何采暖設施的情況下，教室溫度變化作了對比：
表1所記錄的房間溫度為06:00時室內溫度，此時兩個房間均未進行采暖，由此可以看出，加裝保溫后，室內溫度提高了5～6℃，且房間最低溫度在0℃以上，而未加裝保溫的教室夜間室內溫度低于0℃，加裝保溫后節(jié)能效果明顯。3.1.2采暖情況下于2月17日～3月7日，對加裝保溫后房間溫降情況進行測試并記錄見表2：表2 加裝保溫后房間自然溫降情況
注：房間溫降是指20:00到次日06:00教室的自然溫降值。2011年2月17日～3月7日夜間環(huán)境溫度最低為－6℃，在此條件下，加裝保溫的房間一夜平均溫降4.2℃，且夜間無任何采暖設備。在未加裝保溫材料前，若夜間無采暖設備，房間溫度一般在0℃以下。3.2太陽能采暖系統(tǒng)效率的測試太陽能采暖系統(tǒng)安裝完畢后，2月15日，我們對系統(tǒng)效率做了測試：太陽能輻照量：4214wh/㎡×18㎡=75.852kW•h；水箱得熱量：5.814kW•h采暖供熱量：22.285kW•h太陽能系統(tǒng)得熱量：水箱得熱量+采暖供熱量=22.285+5.814=27.469kW•h；太陽能效率：太陽能系統(tǒng)得熱量/太陽能輻照量=27.469kW•h /75.852 kW•h=36.％理論計算，當天的系統(tǒng)平均效率為37.5％（系統(tǒng)散熱損失按照15％計算），二者基本吻合。3.3太陽能采暖教室與集中供暖教室溫度對比該示范項目的采暖效果要與原有集中供暖教室相對比，以下選取了部分測試數據進行效果說明。
注：1.2月20日學校開始啟動集中供暖系統(tǒng)；2.教室平均溫度、環(huán)境溫度均指上課時間段07:30～16:00內，教室的平均溫度;3.由于寒假期間，學校集中供暖教室停止供暖（散熱器及系統(tǒng)循環(huán)管路中的水放空以防凍損），故集中供暖教室平均溫度從2月20日開學后為有供暖溫度，之前無供暖溫度。太陽能采暖教室和集中供暖教室07:30時的溫度對比及最高溫度對比見表4
表4 太陽能采暖教室和集中供暖教室07:30時的溫度對比及最高溫度對比
從表4測試數據可以看出：系統(tǒng)通過太陽能集熱器、超低溫空氣能冷熱機組的共同作用，結合定時、定溫等功能的節(jié)能設計，在學生上課時間段7:30-16:00內，保證室內平均溫度18℃，一般維持在16℃～20℃，室內最高溫度達25.5℃；集中供暖教室平均溫度15℃，一般維持在12℃～18℃，最高達22.2℃�？傮w來看，太陽能采暖教室溫度要高于學校集中供暖教室3℃左右，無采暖、無保溫的教室室內平均溫度0℃。3.4水箱溫度、風機盤管出風溫度、室內溫度三者的關系3.4.1水箱溫度與風機盤管出風溫度的關系1月26日、27日兩天，我們對水箱溫度、風機盤管出風溫度及房間溫度分別做了記錄，由于共選取兩間教室做示范，故表5數據分為東側房間及西側房間， 1月26日數據為例：
表5 水箱溫度、風機盤管出風溫度及房間溫度
經過測試得出，一般室內溫度穩(wěn)定后，風機盤管的出風溫度較水箱溫度低15℃～20℃，故此類型的系統(tǒng)形式，建議水箱溫度保持在45℃以上為宜。3.4.2風機盤管出風溫度與房間溫度由表五可以看出，在風機盤管出風溫度維持在30℃以上時，可保證房間溫度在16℃以上。3.4.3房間溫升情況以房間溫度升到18℃為時間節(jié)點，計算一般房間溫度升至18℃所需時間，具體數據見表6：
表6 房間溫升情況
每日測試的開始時間為06:00，也是系統(tǒng)開始運行的時間，一般需3.7h將房間溫度由起始的5℃～8℃升至18℃，結合表2的數據，系統(tǒng)運行1.5h后，即學生正式開始上課時，房間溫度可達到16℃，處于穩(wěn)定上升狀態(tài)，并較集中供暖教室房間溫度高3℃左右，更好地滿足了教室內師生的采暖要求。3.5超低溫空氣能冷熱機組回水溫度對房間溫度的影響太陽能采暖系統(tǒng)的輔助能源為超低溫空氣能冷熱機組，1月28日，我們對機組的回水設定溫度對教室溫度影響做了如下測試：3.5.1設定機組回水溫度為40℃將超低溫空氣能冷熱機組回水溫度設定為40℃，經過9h的系統(tǒng)運行，房間溫度由0.8℃升至14.5℃，無法繼續(xù)提升。3.5.2設定機組回水溫度為45℃
表7設定機組回水溫度為45℃
由上述數據可以看出，將機組的回水溫度設定為45℃，在環(huán)境溫度平均－7.5℃的條件下，40分鐘后，房間溫度由3℃升至17℃，升溫較快，之后的20分鐘，室內溫度溫升較慢，一直未達到18℃。
3.5.3設定機組回水溫度為50℃見表8
表8設定機組回水溫度為50℃
由表8數據可以看出，將機組的回水溫度設定為50℃，在環(huán)境溫度平均－4.4℃的條件下，23分鐘后，房間溫度由2.7℃升至18.1℃，且房間溫度處于穩(wěn)定上升狀態(tài)。
3.5.4設定機組回水溫度為48℃見表9
表9設定機組回水溫度為48℃
由表9數據可以看出，將機組的回水溫度設定為48℃，在環(huán)境溫度平均－6.4℃的條件下，房間溫度穩(wěn)定在18℃以上。由上述機組測試數據可知，對于采暖系統(tǒng)，將超低溫空氣能冷熱機組回水溫度設定為48℃為宜，可將房間溫度加熱至18℃以上，若回水溫度設置較低，室內溫度在前期上升較快，但升至某一溫度后，室內溫度很難得到提升；綜合考慮機組的工作效率，回水溫度亦不宜設置過高，故設置在48℃為宜。3.6門窗的散熱量對房間溫度的影響由于兩間教室北側都有窗戶，有一定的冷空氣進入，為了測試其對房間溫度的影響，將東側房間的北窗用保溫材料暫時封住，分別記錄兩個房間的溫度變化，測試時間為1月30日～2月18日,結合多天的測試數據，將北側窗戶封住的東側房間溫度比西側房間平均高約1℃，且從表9也可看出，在相同時間內，西側房間溫降較東側房間多1℃，而溫升卻較東側房間少1℃。
3.7測試結論 加裝保溫材料后，房間溫度較未加裝保溫材料的教室提高5℃，保溫后教室夜間平均溫降4.2℃； 太陽能采暖教室較集中供暖教室溫度高3℃，室內溫度一般維持在16℃～20℃； 風機盤管的出風溫度較水箱溫度低15℃～20℃，若水箱出水溫度維持在45℃以上，房間溫度可維持在18℃以上； 風機盤管出風溫度維持在30℃以上時，室內溫度可維持在16℃以上； 環(huán)境溫度－4℃～8℃時，平均需3.7h將房間溫度由5℃～8℃升至18℃，需1.5h將房間溫度升至16℃以上； 空氣能冷熱機組回水溫度設置在48℃為宜； 北側窗戶的遮掩對房間溫度有1℃的影響； 一般需要6～10分鐘，房間溫度由18.5℃降至15.5℃，平均為7分鐘左右，而溫度再次升至18℃以上，平均僅需4分鐘。4節(jié)能效果分析該項目的測試工作在一月底至三月初進行，為北京地區(qū)采暖季的末期，實際考慮系統(tǒng)節(jié)能效果時，應綜合考慮整個采暖季的系統(tǒng)運行效率。北京地區(qū)的采暖時間為120天，其中最冷的時間段為寒假期間，學生上課時間主要集中在采暖季的初期和末期，故在計算系統(tǒng)實際節(jié)能效果時，采暖季的初末期，環(huán)境溫度、太陽輻照量及空氣能機組效率等條件基本相同，故將采暖末期數據的平均值認為是整個采暖季系統(tǒng)運行的平均值，通過上述測試數據進行推算得出：一個采暖季，太陽能系統(tǒng)可節(jié)能1300kW•h，熱泵系統(tǒng)可節(jié)能4050kW•h；非采暖季，開水系統(tǒng)每年節(jié)能3240kW•h。整套采暖/開水系統(tǒng)，年節(jié)能8590kW•h。結合上述的節(jié)能數據，經計算，與燃煤相比，該系統(tǒng)每年可減排CO24.3t。
5系統(tǒng)運行費用分析測試時間段內，我們對該系統(tǒng)每日的耗電量進行了詳細的記錄見表10：
表10 系統(tǒng)耗電量
注：與系統(tǒng)的節(jié)能量計算思路一致，將采暖季末期系統(tǒng)平均運行費用近似的認為是整個采暖季系統(tǒng)的平均運行費用。
由表10數據可以看出：測試時間段內，太陽能采暖系統(tǒng)日耗電量在30kW•h～50kW•h之間，日均耗電量35.2kW•h，由于學生上課期間，經常有人出入教室，冷風滲透耗熱量較大，若無此影響因素，日均耗電量將更低。
綜合考慮整個采暖季的系統(tǒng)運行效率，一個采暖季的系統(tǒng)運行費用約為10元/㎡，與原有系統(tǒng)45元/㎡的運行費用相比，每年可節(jié)約采暖運行費用4200元；另外非采暖季開水系統(tǒng)可節(jié)約運行費用約1620元，則系統(tǒng)每年可節(jié)約運行費用5820元。
6 推廣應用將該系統(tǒng)進行大面積推廣應用，若建筑面積10萬m2的項目，每年可節(jié)約運行費用約485萬元，CO2減排3580t。 |
