太陽能+空氣源熱泵熱水系統工程應用分析

2021-01-22 慧聰網

    【慧聰熱泵網訊】1工程概況

    湖南大旺乳飲工廠食堂及倒班樓熱水工程位於湖南省長沙市，該工程為屋頂熱水系統，樓體建築為六層，每棟設計日最大用熱水量30m3，其中食堂供水由男生宿舍樓水箱供應，供水需多時段供水，系統擬採用太陽能+輔助加熱(由於食堂每日蒸汽鍋爐有多餘熱量無處使用，為充分利用熱源及減少初投資，該項目輔助熱源由蒸汽鍋爐輔助和空氣源熱泵組成)的中央熱水系統。

    2系統原理

    2.1補水工作原理系統採用定時定水位補水方式補水

    在設定時間內，水位低於設定水位下限時，冷水電動閥打開補水，補水至設定水位上限時，冷水電動閥停止補水；當水位再次下降至低於水位下限時，冷水電動閥再次打開補水。

    2.2太陽能循環工作原理

    在集熱器排空溫度控制器無輸出情況下，當T1-T2≥設定溫差上限時，集熱循環泵啟動，當T1-T2降低至設定溫差下限時，集熱循環泵停止。

    2.3輔助加熱工作原理

    為保障熱水系統穩定供應熱水，系統設輔助加熱設備，在太陽能正常工作加熱情況下系統優先利用太陽能加熱。系統設隨機檢測裝置，當太陽能不能加熱或在設定時間內，當水箱水溫T3≤設定溫度下限時，蒸汽高溫電動閥啟動工作，至T3≥設定溫度上限時蒸汽高溫電動閥關閉。在設定時間內，當T6≤設定溫度下限時空氣源熱泵啟動工作，至T6≥設定溫度時停止。

    2.4宿舍樓加壓供/回水工作原理

    在設定時間內，供水泵自動啟動加壓供水，以確保各用水終端有足夠的水壓，為保證供水終端供水溫度，系統設回水電磁閥，在供水時間內，當回水管末端溫度T4≤設定溫度下限時，回水電磁閥自動打開，管道內的冷水回流至水箱內重新加熱，熱水自動補充到管道內，當T4≥設定溫度上限時，回水電磁閥自動關閉，停止回水。

    2.5食堂供/回水工作原理

    系統供水採用落差壓力供水，由於食堂與男生宿舍樓頂水箱落差較大，能滿足低區用水端水壓。為保證低區供水終端供水溫度，系統低區設回水泵，當低區回水管末端溫度T4』≤設定溫度下限時，回水泵啟動工作，管道內的冷水回流至水箱內重新加熱，熱水自動補充到管道內，當T4』≥設定溫度上限時，回水泵停止工作，停止回水。

    2.6集熱器防凍工作原理

    當集熱器組入口處溫度T5≤排空溫度下限(一般5℃)時，隔離電動閥關閉，排空電動閥打開，集熱器組內的水利用集熱器安裝坡度自流排空；當集熱器排空電動閥處溫度T5≥設定排空溫度上限(一般7℃)時，排空電動閥關閉，隔離電動閥打開，太陽能循環系統恢復工作狀態。

    2.7缺水保護

    為防止水泵空轉、加熱設備幹燒，當保溫水箱水位低於設備工作最低水位下限時，加壓供水泵、熱泵、熱泵循環泵、集熱循環泵停止工作，系統強制啟動補水至設定最低水位上限，所有保護設備恢復正常工作狀態。

    2.8所有水泵、熱泵、電磁(動)閥具備手動、自動啟動工作功能系統所有溫度、定時、延時控制均可以根據使用情況進行調整。

    3系統設計

    3.1直接系統的集熱器面積的確定

    為充分利用發揮太陽能集熱器作用，太陽能集熱器面積按日平均供熱負荷設計，根據有關資料，長沙為太陽能資源四類地區，本方案太陽能保證率按0.4設計。

    直接系統需要集熱面積計算公式：

    經計算，該項目共需要集熱面積814m2，根據屋面實際情況，該項目兩套系統總共安裝集熱器394塊，共788m2。

    3.2輔助加熱功率計算及選型

    由於太陽能是一種不穩定的熱源，受當地天氣因素的影響很大，陰雨天則幾乎不能利用；所以，為保證熱水系統供水的連續性及穩定性，必須和其他能源的水加熱設備聯合使用，才能保證穩定的熱水供應。該項目太陽能系統採用空氣源熱泵及蒸汽輔助加熱，陰雨天太陽能不足時保障熱水供應。空氣源熱泵及蒸汽輔助加熱按最大日供熱負荷最大時設計。

    3.2.1蒸汽鍋爐提供的熱量

    根據甲方提供的數據，蒸汽鍋爐每天可提供給熱水系統的熱量約為300kW，即1080000kJ。

    3.2.2熱泵需提供的熱量

    除去蒸汽鍋爐提供的熱量，空氣源熱泵機組需要提供的熱量為：

    3440kW-300kW=3140kW

    按機組每天加熱時間不超過12h計算，結合實際要求，該工程選用制熱量為45kW的空氣源熱泵6臺。

    3.3減震降噪

    考慮到空氣源熱泵及水泵等動力設備安裝在宿舍樓屋頂，為最大限度降低熱水設備噪音對宿舍樓的影響，該工程主要從兩個方面進行控制：

    1.聲源控制：所有設備均選用低噪音設備，降低噪聲源；

    2.傳播途徑控制：所有動力設備與水管的連接均設置橡膠軟接頭；

    所有動力設備與地面(或基礎)接觸處均採用減震器進行隔振。

    4工程效益分析

    4.1系統全年所需熱負荷

 

    4.3空氣源熱泵節能量計算

    4.4整套系統全年節能量

    整套熱水系統全年節能量為太陽能集熱器全年提供有效熱量與空氣源熱泵全年節能量之和，計算可得為776842kW·h。

    4.5太陽能熱水系統減排量

    太陽能熱水系統的社會效益體現在因節省常規能源而減少了汙染物的排放，主要指標為二氧化碳，二氧化硫和粉塵的減排量。

    電與標煤的等價折算係數為：每節約1kW·h電，就相當於節約了0.4千克標準煤，同時減少汙染排放0.997千克CO2、0.03千克SO2和0.015NOX。

    計算可得整套熱水系統相當於每年節約標煤310.7噸，每年減少CO2排放774.5噸，每年減少SO2排放23.3噸，每年減少NOX排放11.65噸。

    5結論

    由上面的數據可見，採用太陽能+空氣源熱泵熱水系統節能減排效益十分明顯。如今所面臨著能源緊缺的情況下，不僅節約了能源和費用，同時為環保事業做出貢獻，響應了國家提倡的節能與環保政策，真正達到社會利益和企業利益雙贏的目的。

責任編輯：楊夢曦

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