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热泵+太阳能供热水系统探讨实例
作者:管理员    发布于:2014-06-16 00:32:18    文字:【】【】【
   一、太阳能热水系统项目说明
    (一)项目基本情况如下:
    1、项目共供800人使用热水,人均日用热水量(淋浴)60L,共需热水48,000L。
    2、太阳能热水系统设计标准:每天不定时供应45℃~55℃热水48,000L。
    (二)设计参数
    1、热水用水标准
    根据《建筑给排水设计规范》GB50015-2003的热水用水定额,按60L/人·d计算。
    2、供水温度
    设计热水温度50℃,冷水年平均计算水温22℃。
    3、水源及水质
    水源由城市自来水管网供给,水质符合《生活饮用水卫生标准》。
    4、全年日平均太阳辐照度为13.74MJ/m2。
    5、太阳能日平均热效率55%。
    6、全年平均进水温度22℃。
    每吨水所需的集热面积A为:A=4.18kJ/kg·℃×1000kg×(50-22)℃÷13740kJ/m2÷0.55≈15m2
    (三)设备选型:
    根据计算情况,选用北京恩派全玻璃真空集热管太阳能集热器。该型集热器的主要参数如下:
    每组真空管数量为50支,真空管规格为φ47×1500mm。
    每组集热面积为5m2,占地面积约为6m2,即每吨水3组。
    所需集热器数量:48×3=144(组)。
    (四)系统设计
    1、系统运行原理(全自动运行):
    ⑴系统的进冷水控制
    定时、定水位进水:太阳能中央热水系统进冷水采用时间和上、下限液位(双液位)装置控制进水,即每天早上7:30分前系统必须进冷水,水箱液位到达上限时,系统停止进水,在使用热水过程中,水箱液位低至下限时,系统自动补水,补水至液位上限时,系统停止进水。
    ⑵温差强制循环系统控制:
    本套太阳能系统集热循环方式为温差式强制循环(与传统的自然循环方式对比;热效率可提高15%),温差强制循环加热系统由微电脑控制,采用可编程定温差进行交换加热,其工作原理为:在温差器上编程设定工作温差(+5℃),即当集热器的水温高出保温水箱水温5℃时,集热循环泵启动运行,把水箱底部的低温水输送到集热器加热,而集热器的高温水被泵回水箱里,在交换过程中温差回复到2℃时,循环泵停止工作。
⑶系统的出热水控制:
    太阳能中央热水系统的热水在集中加热水箱中经辅助加热设备检测水温后采用全天开放。为保证各用水点热水质量,系统热水管网配置了自动回水装置。
    2、辅助加热系统的设计:
    为保证阴雨天气时太阳能生产的水温达不到要求时能正常供应热水,太阳能中央热水系统采用空气能热泵热水机作辅助加热器,辅助加热由微电脑控制,具有可编程定时、定温全自动运行功能,具有缺水保护和超温保护功能,具有故障自检功能。工作原理:在设定时间如15:00保温水箱的水温未达到设定下限值45℃时,系统启动热泵加热,在运行过程中,保温水箱水温升高到上限温度值55℃时,系统的热泵停止运行;在运行过程中,在供热水时间内,辅助加热热泵处于待命状态,以保证供水温度的稳定性。
    3、供热水系统:
    集热器、水箱、热泵机组等所有设备在楼面上,每间宿舍一套独立的淋浴具。系统的冷水进水管及供热水管道均设置在管道井内。所有的室内热水系统及其保温均由设计院设计。每间宿舍一套独立的洗浴系统,控制简单,管理、维护方便。
    (五)保温技术
    1、保温材料的选用:系统的回水管、供热水管以及太阳能真空管集热器的上下循环管均采用橡塑保温材料保温,所有的管道保温厚度为40mm,水箱内胆采用食品级SUS304不锈钢板,外壳采用SUS202B不锈钢板,内胆与外壳之间采用环戊烷HCF141B聚氨酯整体发泡,发泡保温层厚度为60mm。
    2、保温的方式:管材采用SUS304不锈钢,驳接处采用氩弧焊接,采用橡塑保温材料保温,厚度为40mm,扎防晒扎带后外层采用0.4mm铝板扣接保护。
    (六)性能论述
    目前国内使用的太阳能集热器主导产品为真空管集热器,采用“澳德绅”品牌真空管,技术参数为:
    材料为高硼硅特硬玻璃,吸收率≥94%;
    太阳吸收比:α≥0.86(AM1.5)
    半球发射比:εh≤0.080(80℃±5℃);
    平均热损系数:ULT≤0.85W/m2·℃;
    真空度低于:5.0x10-2Pa;
    真空管承压:≥0.6Mpa;
    真空管的外形尺寸:φ47mm×1500mm。
    (七)系统配置主件
    主体工程
    (八)太阳能热水系统照片
    二、空气能热泵热水系统项目说明
    (一)项目基本情况如下:
    按照广东历年气象资料统计,平均每年有290天为太阳能采光良好天气,即有75天需要辅助加热。
1、热水总供应需求量:48吨55℃热水
    2、取用数值指标
    (1)室外环境温度:
    夏季32℃过度季24℃冬季12℃
    全年平均气温:22℃冬季最低气温7℃
    (2)冷水温度:夏季28℃过度季18℃冬季12℃
    全年平均水温:22℃冬季最低水温10℃
    全天候供热水,24小时有热水供应。
    3、机组选型(1)日用热负荷:
    根据公式:Q热=c×m×△T(按进水温度15℃,出水温度55℃计算)
    注明:Q热:热负荷(kcal)
    C:水的比热(1kcal/㎏·℃);m:日用水总量(㎏);
    △T:水温差,出水温度-进水温度(℃)
    系统日用热负荷:Q热=1×48,000×(55℃-15℃)=1,920,000kcal
    以上耗热负荷按满足冬天最低补水温度15℃所耗热量计算。
    系统均选用ZKFRS-40II型热泵热水机组。根据系统需求日用热负荷和单台产品ZKFRS-40II型热泵热水机组技术指标。工程热水系统需配制热泵主机如下:
    换算单位:1kcal=1.163×103kJ
    系统:(1,920,000×1.163×10-3)/(11kw×3.6×9小时)≈ZKFRS-40II  6台;
    系统为保证正常安全地供应热水,计划主机按每天工作9小时计算,系统保证24时供热水,需采用六台ZKFRS-40II型热泵主机。
    (二)空气能热泵热水机节能分析
    1、运行后:实际工作时间为75天
    实际工作时间为:
    48吨热水所需吸热量为:Q热=1×48,000×(55℃-18℃)=1,776,000kcal
    六台机组天实际平均加热时间为:(1,776,000×1.163×10-3)/(11kW×3.6×6)kW≈8.7小时
    2、机组效率计划:
    热水系统温度平均变化量T0:55℃-18℃=37℃
    每天加热48吨水到55℃耗电量:8.7h×11kW×6台=574kW·h
    全年耗电量≈574kW·h×75天≈
43,050kW·h
    综上分析,太阳能+热泵供热水系统在阴雨天需启动热泵辅助加热时,加热时间在9小时左右制热水量可达48吨以上,热水运行费用约为34,440元(电价按每kW·h0.8元计算)。
    (四)经济运行对比分析
    1、各种热源热值
    2、每吨热水成本比较(以1吨15℃的冷水加热到55℃,需吸收40000kcal的热量为例)
    (五)实际运行情况测定与分析
    1、为验证整个热水系统的所产生的经济效益,该企业为整套系统加装了水表和电表,通过两年的运行测定统计数据如下:
    从使用情况看,实际用水量略低于设计用量,这与设计意图相符,同时使用单位把热泵的主要运行时间设定在谷底用电时间,平时只做保温运行,因此节能效果更加明显,运行费用也更加低廉,达到了经济效益和社会效益最大化
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脚注信息
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