空氣能技術支持:膨脹罐、緩衝水箱和大型蓄能水箱的選型表及計算

2020-12-16 熱泵市場

膨脹罐、緩衝水箱和蓄能水箱,都是為了加大系統的水容量,達到使系統更穩定、更節能的目的。

從使用上來說,膨脹罐是系統的必須件,只要是有水泵的水循環系統,不管有沒有緩衝水箱,一定要膨脹罐或是高位膨脹水箱。而緩衝水箱是優化件。系統中安裝緩衝水箱對保障系統的穩定性,提高節能效果有重要作用。

而在大系統中,則經常採用大型蓄熱水箱。目的是為實現主機在環境溫度較高的時間段運行,或在選擇在谷電價的時間段運行,用水箱蓄能的方式把熱能儲存起來,在其它的時間段釋放熱能,從而到達節能降低運行費用的目的。

對於他們的必要性,我們之前已經講過無數次了,但很多經銷商對於這三者之間的選型還是處於一知半解。今天,我們少談一些複雜的計算,從實用經驗來看一下這三者的選型方法。

一、膨脹罐

水加熱之後是有膨脹的,如果沒有膨脹罐的存在,水就會把其他的連接件損壞,所以膨脹罐的作用是不可忽視的,尤其在小系統中。現在很多品牌的主機,都已經內置了膨脹罐。比如把5p機裡,內置一個至少5L的膨脹罐。

膨脹罐參考選型表

使用上表要注意:① 膨脹罐最好選擇304不鏽鋼法蘭,碳鋼鍍鋅比較容易生鏽。②膨脹罐的預充壓力等於補水閥的設定壓力。③建議膨脹罐每1~2年檢查一下充氣壓力,壓力低時充氣。④配套自動補水閥、洩壓閥。

二、緩衝水箱

緩衝水箱是增加小型系統的水容量,存儲冷量或熱量,有效地解決系統過小所帶來的負荷波動和主機頻繁的啟動問題,從而達到延長設備壽命和節能省電的目的。

在水循環系統中膨脹水箱是必須要的設備,而緩衝水箱不是必須要的設備。比如說做一個一次系統小型戶式熱泵地暖系統,緩衝水箱就是多餘的。一百平方米的地暖水容量大約是120L,無需用緩衝水箱。假如是一個二次系統,也就是說有一個二次泵的系統,緩衝水箱作為一次側的熱容池,或許是需要的。

緩衝水箱參考選型表

使用上表要注意:① 儲能水箱容易受水系統總水容量、末端同時使用臺數及空調主機配置的情況影響,一般系統的總容水量為6~10L/KW制熱量,同時使用臺數低的選大值。②計算總容水量(6~10L/KW ×機組制熱量KW)-當前系統實際水容量=蓄能水箱容量。③安裝要求:安裝在回水端,高進低出,頂部安裝排氣閥。

三、大型蓄能水箱

由於水的比熱容較大4186j/kg(即4186j/升),水是廉價的蓄熱介質,所以工程上通常選用水箱蓄熱的方式。

方式一:僅用空氣源熱泵加熱

由於空氣源熱泵機組的產水溫度低,水箱蓄能的最大溫差是15℃左右(水溫從35℃升到50℃),所以1立方米水的最大蓄熱量只有15000千卡=17.44kwh(忽略能量轉化效率,餘同)。

高位水箱的作用:為系統補水、系統水的冷熱膨脹預留空間,沒有蓄能的作用,不參與末端的水循環;蓄能水箱的作用是為系統儲存熱量(冷量),參與末端的水循環。

蓄能水箱的容積=水箱需要儲存的熱能/溫差(此公式忽略熱損失)

如,熱負荷指標是45w/㎡,1000平的建築儲存10個小時的熱量,需要的水箱容積是:(450kwh×860千卡/kwh)/15=25.8立方米,考慮到水箱散熱的熱損失,水箱的容積應再增加15%的餘量,水箱的容積應是25.8×1.15=30立方米,即盛水30噸。

由此可見,這種水箱蓄能的缺陷:增加安裝成本,佔據空間大、承重超出了建築的設計要求,散熱損失大、運行費用高。

方法二:用電鍋爐+熱泵加熱

現在介紹第二種方法,採用採用電鍋爐+空氣源熱泵主機給水箱加熱的蓄能方式。

首先把空氣源熱泵主機把水箱中的水溫從35℃提升到50℃,電鍋爐再把水溫提升到95℃,合計提升溫差60℃。所以,1立方米的水蓄熱量是60000千卡=69.77kwh。

水箱的容積=水箱需要儲存的熱能/溫差

例如,熱負荷指標是45w/㎡,1000㎡的建築儲存10個小時的熱量,需要的水箱容積是:(450kwh×860千卡/kwh)/60=6.45m,考慮到水箱散熱的熱損失,水箱的容積應再增加15%的餘量,水箱的容積應是6.45×1.15=7.4m,即盛水7.4噸。

電鍋爐的制熱功率=水箱儲存的熱能×45/60÷電鍋爐的工作時間(忽略電發熱轉換效率)

例如,熱負荷指標是45w/㎡,1000㎡的建築儲存10個小時的熱量,需要電鍋爐的功率是:450kwh×45/60÷10h=33.75kw。考慮到散熱等損失,電鍋爐的功率應再增加15%的餘量,因此,實際上電鍋爐的制熱功率應是33.75×1.15=38.8kw。

由此可見,這種蓄能方式水箱的容積是前者的1/4,大幅度地減少了水箱的佔地面積及建築物的承重負擔。

方式三:用峰谷電水箱蓄熱

在晚間谷電價的時間段中,空氣源熱泵機組把蓄熱水箱的水溫從35℃提升到50℃,電鍋爐再把水溫提升到95℃。

每1kg水溫度升高60℃的蓄熱量為60千卡=0.06977kwh,即1T水(容積1立方米)的蓄熱量為69.77kwh。

如,西安1000㎡非節能建築,按熱負荷指標為60W/㎡計算,儲存8個小時溫度升高60℃熱能需要水箱的容積是:60*8kwh/69.77kwh=6.878m;所以水箱的容積約為7m(如空氣源熱泵機組15度溫差容積為28m)。

這種蓄熱方式的優勢在於:

a.有效地利用了低谷電,對整個電網來講,起到了「削峰填谷」的作用,對用戶來講,降低了運行費用;

b.與使用蓄熱電鍋爐相比,設備的造價低;

c.與使用蓄熱電鍋爐相比,設備佔據空間少,重量輕,減少了建築的承重負荷。

此外,除了水箱蓄能,實際上更推薦利用建築本身來蓄能。這是因為:符合國家節能建築標準的建築物,維護結構熱惰性指標D>6,尤其是地暖項目,建築物本身就是一個巨大的蓄能體。

建築物蓄能的特點:不需要再投入其它的蓄能設備,不佔建築物空間,不用考慮建築物的承重問題,設備的投入少,同時蓄熱量大。因此,在節能建築的前提下,應充分利用建築蓄能,儘量不使用水箱蓄能的方式。

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