學(xué)校太陽(yáng)能工程-渤海小學(xué)太陽(yáng)能工程采暖改造后的數(shù)據(jù)變化
之前一篇文章有介紹過(guò)學(xué)校太陽(yáng)能工程改造設(shè)計(jì)理念與方法，下面，我們來(lái)看下，改造后的數(shù)據(jù)有那些變化。
2.2系統(tǒng)功能該系統(tǒng)投入運(yùn)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(xiàng)工程，系統(tǒng)全自動(dòng)運(yùn)行，可進(jìn)行時(shí)間、溫度的設(shè)定，并可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控。3項(xiàng)目測(cè)試系統(tǒng)投入運(yùn)行后，我們于2011年1月25日～3月7日，針對(duì)各工況下，設(shè)備的運(yùn)行狀況、室內(nèi)溫度變化情況、教室外圍護(hù)結(jié)構(gòu)隨房間溫度的影響等情況做了大量的測(cè)試工作，掌握了該系統(tǒng)運(yùn)行的一手資料，為今后系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提供了寶貴的依據(jù)，具體測(cè)試數(shù)據(jù)如下：3.1加裝保溫前后房間溫度對(duì)比3.1.1不采暖情況下我們于2月16日、17日兩天，對(duì)加裝保溫后，在沒(méi)有任何采暖設(shè)施的情況下，教室溫度變化作了對(duì)比：
表1所記錄的房間溫度為06:00時(shí)室內(nèi)溫度，此時(shí)兩個(gè)房間均未進(jìn)行采暖，由此可以看出，加裝保溫后，室內(nèi)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(nèi)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(duì)加裝保溫后房間溫降情況進(jìn)行測(cè)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(wú)任何采暖設(shè)備。在未加裝保溫材料前，若夜間無(wú)采暖設(shè)備，房間溫度一般在0℃以下。3.2太陽(yáng)能采暖系統(tǒng)效率的測(cè)試太陽(yáng)能采暖系統(tǒng)安裝完畢后，2月15日，我們對(duì)系統(tǒng)效率做了測(cè)試：太陽(yáng)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(yáng)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(yáng)能效率：太陽(yáng)能系統(tǒng)得熱量/太陽(yáng)能輻照量=27.469kW•h /75.852 kW•h=36.％理論計(jì)算，當(dāng)天的系統(tǒng)平均效率為37.5％（系統(tǒng)散熱損失按照15％計(jì)算），二者基本吻合。3.3太陽(yáng)能采暖教室與集中供暖教室溫度對(duì)比該示范項(xiàng)目的采暖效果要與原有集中供暖教室相對(duì)比，以下選取了部分測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行效果說(shuō)明。
注：1.2月20日學(xué)校開始啟動(dòng)集中供暖系統(tǒng)；2.教室平均溫度、環(huán)境溫度均指上課時(shí)間段07:30～16:00內(nèi)，教室的平均溫度;3.由于寒假期間，學(xué)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(xué)后為有供暖溫度，之前無(wú)供暖溫度。太陽(yáng)能采暖教室和集中供暖教室07:30時(shí)的溫度對(duì)比及最高溫度對(duì)比見表4
表4 太陽(yáng)能采暖教室和集中供暖教室07:30時(shí)的溫度對(duì)比及最高溫度對(duì)比
從表4測(cè)試數(shù)據(jù)可以看出：系統(tǒng)通過(guò)太陽(yáng)能集熱器、超低溫空氣能冷熱機(jī)組的共同作用，結(jié)合定時(shí)、定溫等功能的節(jié)能設(shè)計(jì)，在學(xué)生上課時(shí)間段7:30-16:00內(nèi)，保證室內(nèi)平均溫度18℃，一般維持在16℃～20℃，室內(nèi)最高溫度達(dá)25.5℃；集中供暖教室平均溫度15℃，一般維持在12℃～18℃，最高達(dá)22.2℃。總體來(lái)看，太陽(yáng)能采暖教室溫度要高于學(xué)校集中供暖教室3℃左右，無(wú)采暖、無(wú)保溫的教室室內(nèi)平均溫度0℃。3.4水箱溫度、風(fēng)機(jī)盤管出風(fēng)溫度、室內(nèi)溫度三者的關(guān)系3.4.1水箱溫度與風(fēng)機(jī)盤管出風(fēng)溫度的關(guān)系1月26日、27日兩天，我們對(duì)水箱溫度、風(fēng)機(jī)盤管出風(fēng)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(shù)據(jù)分為東側(cè)房間及西側(cè)房間， 1月26日數(shù)據(jù)為例：
表5 水箱溫度、風(fēng)機(jī)盤管出風(fēng)溫度及房間溫度
經(jīng)過(guò)測(cè)試得出，一般室內(nèi)溫度穩(wěn)定后，風(fēng)機(jī)盤管的出風(fēng)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(fēng)機(jī)盤管出風(fēng)溫度與房間溫度由表五可以看出，在風(fēng)機(jī)盤管出風(fēng)溫度維持在30℃以上時(shí)，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(shí)間節(jié)點(diǎn)，計(jì)算一般房間溫度升至18℃所需時(shí)間，具體數(shù)據(jù)見表6：
表6 房間溫升情況
每日測(cè)試的開始時(shí)間為06:00，也是系統(tǒng)開始運(yùn)行的時(shí)間，一般需3.7h將房間溫度由起始的5℃～8℃升至18℃，結(jié)合表2的數(shù)據(jù)，系統(tǒng)運(yùn)行1.5h后，即學(xué)生正式開始上課時(shí)，房間溫度可達(dá)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(nèi)師生的采暖要求。3.5超低溫空氣能冷熱機(jī)組回水溫度對(duì)房間溫度的影響太陽(yáng)能采暖系統(tǒng)的輔助能源為超低溫空氣能冷熱機(jī)組，1月28日，我們對(duì)機(jī)組的回水設(shè)定溫度對(duì)教室溫度影響做了如下測(cè)試：3.5.1設(shè)定機(jī)組回水溫度為40℃將超低溫空氣能冷熱機(jī)組回水溫度設(shè)定為40℃，經(jīng)過(guò)9h的系統(tǒng)運(yùn)行，房間溫度由0.8℃升至14.5℃，無(wú)法繼續(xù)提升。3.5.2設(shè)定機(jī)組回水溫度為45℃
表7設(shè)定機(jī)組回水溫度為45℃
由上述數(shù)據(jù)可以看出，將機(jī)組的回水溫度設(shè)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(nèi)溫度溫升較慢，一直未達(dá)到18℃。
3.5.3設(shè)定機(jī)組回水溫度為50℃見表8
表8設(shè)定機(jī)組回水溫度為50℃
由表8數(shù)據(jù)可以看出，將機(jī)組的回水溫度設(shè)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(shè)定機(jī)組回水溫度為48℃見表9
表9設(shè)定機(jī)組回水溫度為48℃
由表9數(shù)據(jù)可以看出，將機(jī)組的回水溫度設(shè)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(jī)組測(cè)試數(shù)據(jù)可知，對(duì)于采暖系統(tǒng)，將超低溫空氣能冷熱機(jī)組回水溫度設(shè)定為48℃為宜，可將房間溫度加熱至18℃以上，若回水溫度設(shè)置較低，室內(nèi)溫度在前期上升較快，但升至某一溫度后，室內(nèi)溫度很難得到提升；綜合考慮機(jī)組的工作效率，回水溫度亦不宜設(shè)置過(guò)高，故設(shè)置在48℃為宜。3.6門窗的散熱量對(duì)房間溫度的影響由于兩間教室北側(cè)都有窗戶，有一定的冷空氣進(jìn)入，為了測(cè)試其對(duì)房間溫度的影響，將東側(cè)房間的北窗用保溫材料暫時(shí)封住，分別記錄兩個(gè)房間的溫度變化，測(cè)試時(shí)間為1月30日～2月18日,結(jié)合多天的測(cè)試數(shù)據(jù)，將北側(cè)窗戶封住的東側(cè)房間溫度比西側(cè)房間平均高約1℃，且從表9也可看出，在相同時(shí)間內(nèi)，西側(cè)房間溫降較東側(cè)房間多1℃，而溫升卻較東側(cè)房間少1℃。
3.7測(cè)試結(jié)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(yáng)能采暖教室較集中供暖教室溫度高3℃，室內(nèi)溫度一般維持在16℃～20℃； 風(fēng)機(jī)盤管的出風(fēng)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(fēng)機(jī)盤管出風(fēng)溫度維持在30℃以上時(shí)，室內(nèi)溫度可維持在16℃以上； 環(huán)境溫度－4℃～8℃時(shí)，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(jī)組回水溫度設(shè)置在48℃為宜； 北側(cè)窗戶的遮掩對(duì)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(xiàng)目的測(cè)試工作在一月底至三月初進(jìn)行，為北京地區(qū)采暖季的末期，實(shí)際考慮系統(tǒng)節(jié)能效果時(shí)，應(yīng)綜合考慮整個(gè)采暖季的系統(tǒng)運(yùn)行效率。北京地區(qū)的采暖時(shí)間為120天，其中最冷的時(shí)間段為寒假期間，學(xué)生上課時(shí)間主要集中在采暖季的初期和末期，故在計(jì)算系統(tǒng)實(shí)際節(jié)能效果時(shí)，采暖季的初末期，環(huán)境溫度、太陽(yáng)輻照量及空氣能機(jī)組效率等條件基本相同，故將采暖末期數(shù)據(jù)的平均值認(rèn)為是整個(gè)采暖季系統(tǒng)運(yùn)行的平均值，通過(guò)上述測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行推算得出：一個(gè)采暖季，太陽(yáng)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(jié)合上述的節(jié)能數(shù)據(jù)，經(jīng)計(jì)算，與燃煤相比，該系統(tǒng)每年可減排。
5系統(tǒng)運(yùn)行費(fèi)用分析測(cè)試時(shí)間段內(nèi)，我們對(duì)該系統(tǒng)每日的耗電量進(jìn)行了詳細(xì)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(jì)算思路一致，將采暖季末期系統(tǒng)平均運(yùn)行費(fèi)用近似的認(rèn)為是整個(gè)采暖季系統(tǒng)的平均運(yùn)行費(fèi)用。
由表10數(shù)據(jù)可以看出：測(cè)試時(shí)間段內(nèi)，太陽(yáng)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(xué)生上課期間，經(jīng)常有人出入教室，冷風(fēng)滲透耗熱量較大，若無(wú)此影響因素，日均耗電量將更低。
綜合考慮整個(gè)采暖季的系統(tǒng)運(yùn)行效率，一個(gè)采暖季的系統(tǒng)運(yùn)行費(fèi)用約為10元/㎡，與原有系統(tǒng)45元/㎡的運(yùn)行費(fèi)用相比，每年可節(jié)約采暖運(yùn)行費(fèi)用4200元；另外非采暖季開水系統(tǒng)可節(jié)約運(yùn)行費(fèi)用約1620元，則系統(tǒng)每年可節(jié)約運(yùn)行費(fèi)用5820元。
6 推廣應(yīng)用將該系統(tǒng)進(jìn)行大面積推廣應(yīng)用，若建筑面積10萬(wàn)m2的項(xiàng)目，每年可節(jié)約運(yùn)行費(fèi)用約485萬(wàn)元，CO2減排3580t。
