高层住宅楼太阳能热水系统测试方案.docx

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高层住宅楼太阳能热水系统测试方案

新一代C区太阳能热水系统

测试平台方案设计

文件编号___________________

版本___________________

设计单位：

保定市新一代沃尔达商贸有限公司

2015年12月

四、太阳能热水系统计量监测要点7

新一代C区太阳能热水系统测试平台搭建方案

一、太阳能热水系统测试平台搭建的意义

目前，太阳能热水系统在我国已经得到了较大规模的应用并取得了良好的节能效益。

虽然太阳能热水系统在节能领域的应用逐渐增加，但是大多数太阳能热水系统由生产厂家自行设计、安装，在系统优化、参数设定、运行控制等方面并不完善。

由于系统的实际运行性能与理论设计情况之间存在偏差，需要对太阳能热水系统进行长期的运行性能测试，获得系统的实际运行参数、节能数据和环境效益数据。

通过数据对比分析，可为热水系统的性能改进提供参考，进而提高实际运行效果。

此外，目前国家推出《太阳能热水系统补助资金暂行办法》，需要根据太阳能热水系统的实际供热量和环境效益指标给予一定的经济补贴。

因此，太阳能热水工程的应用好坏，不能简单的用是否出热水来评判，对其评判必须进行数据采集、能量计量、性能评价指标和环境效益指标计算等。

现在C区38套太阳能热水系统配备了水表电表，只能监测系统用水量用电量，通过计算可以得到运行成本。

通过统计2014和2015年的数据并分析，每吨热水实际成本远远高于理论计算值。

而能反映太阳能热水系统的实际运行状况的参数、能量计量数据、性能评价指标、环境效益指标等数据无法得知。

为解决上述问题，需要运用太阳能热水系统计量监测装置，来提供太阳能热水系统的实时运行数据、能量计量数据、性能评价指标、环境效益指标等数据，通过理论和实际运行数据对比分析，不断完善热水系统的安装方式和控制策略，为太阳能热水系统迈向能源管理方向提供技术支持，为太阳能热水系统的进一步优化提供有效的数据参考。

二、太阳能热水系统概述

2.1太阳能热水系统的组成

太阳能热水系统是利用太阳能集热器吸收太阳辐射能将水变热，并将热水传递给贮水箱的一套装置，主要包括集热器、贮水箱、循环装置和辅助加热装置等等。

太阳能热水系统种类繁多，但基本结构相似，本测试平台是在C区太阳能热水系统上搭建。

C区太阳能热水系统如图2.1所示。

图2.1C区太阳能热水系统结构

该系统采用双水箱系统，具有“强制循环”和“直流式循环”两种循环控制方式，特别是具有水箱最低水位可配置、集热板组数可配置、恒温供水（回水）控制和多形式辅助加热等功能。

（1）双水箱设计

系统采用“产热水箱”和“供热水箱”两个水箱作为系统的储热水箱，产热水箱用于收集集热器产生的热水，供热水箱的作用是提供满足用户要求的热水。

产热水箱、集热器和循环管路共同构成了“产热系统”；供热水箱、回水管路和用户管路共同构成了“供热系统”。

产热系统与供热系统相分离设计的优点如下：

①降低单个水箱容积，减少建筑物对水箱的承载压力，有利于实现大型系统的设计需求。

②系统供热部分与产热部分相分离，使系统供水温度与产热系统的运行时间和产热状态无关，供热系统通过辅助加热设备保证供热系统的24小时恒温供水需求。

③产供系统分离后，在24小时恒温供水前提下，可以通过控制供热水箱的水位高度，减少辅助设备的使用时间，达到节能控制的目的。

（2）混合式循环方式

混合式循环方式综合应用了“直流式循环”和“强制循环”的技术特点，即采用“定温进水”和“温差循环”相结合的循环方式。

从上图中可以看出，“定温进水”循环方式是“直流式循环”系统的控制方式，“温差循环”循环方式是“强制循环”系统的控制方式。

在储热水箱未满箱时，釆用定温进水循环方式获取热水，当储热水箱满箱以后停止使用定温进水功能，转而釆用温差循环方式继续获取太阳能的热量，该循环方式的优点如下：

①釆用定温进水循环方式，系统可以较早的获取到用户所需温度的热水，在24小时恒温供水的需求下，定温循环方式有利于降低辅助热源的使用频率。

②由集热器的特点可知，集热器的效率随温度的升髙而降低，釆用定温进水循环方式，集热器直接加热的对象为冷水，集热器工作在低温到设定温度的范围内，与其他循环相比，具有较高的产热效率。

③温差循环方式作为对定温进水循环的一个有效补充，解决了因为储热水箱满箱以后，定温进水循环方式不能继续利用太阳能产热的问题。

（3）水箱最低水位可配置

太阳能中央热水系统在保证24小时恒温供水的需求下，家用热水器或者小型太阳能热水系统所设计的按20%、50%、80%、100%四种水位控制方式已无法满足太阳能中央热水系统的控制要求。

该系统水位测量满量程误差为土1%，并提出了水箱最低水位可配置功能实现系统按小时对系统的最低水位进行控制。

（4）辅助加热设备

太阳能中央热水系统设计需求为24小时恒温供水，辅助加热设备是在太阳辖射量无法满足用户用水温度需求时，提供对热水的二次加热，以满足用户的用水需求。

本系统辅助加热设备采用适合寒冷地区的空气源热泵热水机组。

三、太阳能热水系统计量监测要求

3.1数据采集要求

太阳能热水系统数据采集监测对象如表1所示。

表1数据采集信息表

实时数据

说明

气象参数

下列气象参数可根据实际情况，自行选择测量：

1、集热器平面太阳辐照量；

2、环境空气温度；

3、集热场平均风速。

贮水箱状态

测量水箱的水位、水温。

管道状态

测量管道压力及其进出口水的温度、流量。

设备运行状态

测量各水泵或电磁阀的启停状态。

3.1.1气象参数

气象参数主要包括太阳辐照量、环境温度和环境风速，是评判太阳能热水系统所处环境优劣的重要依据。

其中太阳辐照量测量精度要求优于5%，环境温度测量准确度要求优于±0.5℃，风速测量准确度要求优于±0.5m/s；

3.1.2水箱状态

水箱状态参数主要包括贮水箱的水位和水温，是计算热水系统实际得热量的重要参数，也是系统运行控制的主要参数。

当水箱液位低于一定阈值时自动上水，液位高于一定阈值时停止上水，当水箱温度低于集热温度一定阈值时启动集热循环泵，反之停止循环。

水位测量的准确度要求为±2%，水温测量的精度要求为±0.2℃。

3.1.3管道状态

太阳能热水系统的管道主要包括集热循环管道和用户循环管道两部分，需要测量集热循环管道压力以及集热循环进水温度、出水温度和流量，用户循环管道压力以及用户循环用水温度、回水温度和流量。

管道状态是系统实时运行的重要数据，也是计量太阳能热水系统供热量和用户管路循环热损失量主要计算参数。

其中管道压力测量精度为2%，管道进出口温度的测量精度要求为±0.2℃，流量精度测量精度要求为2%。

3.1.4设备运行状态

设备运行状态是判断热水系统是否运行的标志，只有开启和停止两个状态。

系统中使用的设备包括冷水进水电磁阀、集热循环泵、用户用水循环泵、回水电磁阀等。

3.2能量计量要求

太阳能热水系统能量计量对象如表2所示。

表2太阳能热水系统能量计量对象

统计数据

说明

太阳能总辐射量

太阳能照射在集热器上的总热量。

太阳能热水系统耗电量

包括安装在贮水箱上的电辅助加热器、水泵、电磁阀、电动阀、控制器等所有用电设备的耗电量。

太阳能供热量

集热器管道回路得热量。

辅助热源供热量

空气源热泵对系统的供热量。

用户管路循环热损失量

用户进行管道循环过程中损失的热量。

太阳能热水系统供热量

太阳能热水系统输出的热量。

常规能源替代量

常规能源替代量即太阳能热水系统的供热量中由太阳能所提供以替代常规能源那部分能量。

减排量

应计算的减排量有：

二氧化碳减排量、二氧化硫减排量、氮氧化合物减排量、粉尘减排量。

太阳能保证率

太阳能供热量占整个系统供热量的比率。

3.2.1太阳能总辐射量

太阳能总辐射量是衡量该地区该太阳能辐射强度的重要标志，需要通过专门的辐射传感器进行测量，并对其瞬时辐射值累加获得总辐射量。

累加需要采用积分方式计算，时间间隔需要小于5秒。

总辐射的测量精度要求为5%。

3.2.2太阳能热水系统耗电量

太阳能热水系统自身也是一个耗电系统，其耗电量包括安装在管道上防冻伴热带、水泵、电磁阀、电动阀以及控制器等所有用电设备的耗电量。

太阳能热水系统耗电量是节能减排计算的重要参数之一。

其测量精度要求不低于5%。

3.2.3太阳能供热量

太阳能供热量是太阳能集热器为热水系统提供的热量，是系统的主要热量来源，也是整个太阳能热水系统节能减排的主要参数。

其测量精度要求优于5%。

3.2.4辅助热源供热量

辅助热源供热量是除太阳能集热器之外的供热量，本系统辅助供热量为空气源热泵。

其供热量测量精度要求优于5%。

3.2.5用户管路循环热损失量

开启用户管路循环的目的是为了避免当系统管道过长时，到达用户实际用水端的温度过低的情况。

开启管路循环可以减少管路中的温差，达到较好的用户热水体验效果。

用户管路循环热损失量是整个太阳能热水系统热量损失的主要部分，计算精度要求优于5%。

3.2.6太阳能热水系统供热量

太阳能热水系统供热量指系统给用户实际提供热量的焓值，包括用户用掉的热量，贮水箱内剩余热水的热量，冷水进水的初始热量，贮水箱计算前的热量和管道循环损失的热量。

其测量计算精度需要优于5%。

3.2.7常规能源替代量和减排量

常规能源替代量是太阳能热水系统的供热量中由太阳能所提供以替代常规能源那部分能量。

减排量由常规能源替代量计算得出。

3.2.8太阳能保证率

太阳能保证率是太阳能供热量与整个系统供热量的比值，是衡量整个系统设计、安装和运行性能评价的重要指标。

四、太阳能热水系统计量监测要点

由太阳能热水系统计量监测要求可知，其计量监测内容主要分为两部分，数据采集和能量计量，分别如表3和表4所示。

表3数据采集点信息表

序号

采集点信息

符号

序号

采集点信息

符号

1

太阳能辐照度

G

10

用户回水温度

T6

2

环境风速

V

11

用户用水流量

L3

3

环境温度

T0

12

冷水进水温度

T9

4

水箱液位高度

H1

13

冷水进水流量

L5

5

水箱水温

T10

14

集热器管道压力

P1

6

集热器进口温度

T1

15

用户管道压力

P2

7

集热器出口温度

T2

16

冷水进水阀启停状态

K1

8

集热器循环流量

L1

17

集热循环泵启停状态

K2

9

用户用水温度

T5

18

用户用水泵启停状态

K3

表4能量计量点信息表

序号

能量计量点信息

符号

序号

能量计量点信息

符号

1

太阳能总辐射量

H

7

常规能源替代量

Qss

2

热水系统耗电量

Qp

8

二氧化碳减排量

mCO2

3

太阳能供热量

Qs

9

二氧化硫减排量

mSO2

4

辅助热源供热量

Qaux

10

氮氧化物减排量

mNOx

5

用户管路循环热损失量

Qtc

11

粉尘减排量

mfc

6

太阳能热水系统供热量

Qsh

12

太阳能保证率

f

五、太阳能热水系统计量监测方案设计

针对于C区的太阳能热水系统，计量监测方案如下图所示。

根据上文提到的太阳能热水系统监测对象主要有：

太阳能辐照度、环境风速、温度、流量、水箱液位和开关量，需要用到的仪表包括：

太阳能辐照表、热量表、铂电阻Pt100温度传感器、压力变送器、电磁流量计、继电器等。

如上图所示，热量表Q1安装在集热器的出口处，用于测量集热器循环流量L1、进口温度T1、出口温度T2，同时计量太阳能供热量Qs。

热量表Q4安装在用户侧回水端，用于测量管道循环流量L4、用水温度T7、回水温度T8，同时计量管道循环损失热量Qtc；热量表Q3安装在用户端进水口，用于测量用户侧用水流量L3、用水温度T5、回水温度T6。

热量表Q5安装在冷水进水口，用于测量冷水进水流量L5、冷水进水温度T9。

热量表Q2安装在辅助热源出水口，用于测量辅助热源循环流量L2、进口温度T4、出口温度T3，同时计量辅助热源供热量Qaux。