热管换热器
水水换热器
管翅式换热器
新闻动态
太阳能空气源热泵系统锅炉供暖联合供热方式的探讨点击：1907 日期：[ 2014-04-26 21:35:56 ] |
| 太阳能、空气源热泵系统、锅炉供暖联合供热方式的探讨 张明昭 (开滦集团服务分公司,河北唐山 063018) 摘 要:本文针对唐山市某示范工程中应用的太阳能-空气源热泵-锅炉供热联合使用技术进行阐述,分析了三者联合运行的技术可行性,强调了可再生能源综合利用的必要性。 关键词:可再生能源;太阳能;空气源热泵;锅炉供暖;综合利用 中图分类号:TK11 文献标识码:A 文章编号: 1671-3974(2008)04-0061-03 前言 能源和环境是影响国民经济可持续发展的关键因素,能源供应形势直接关系到国家的安全和社会稳定。供热领域消费的能源,主要以煤炭为主,目前天然气等石化能源的比例也在逐步增加。这些能源,资源有限,不可再生,终究要枯竭,而且传统能源会对环境造成严重的污染。我国人口众多,人均资源占有量低于世界平均水平,与经济发展和人民生活消费的需求相比,能源供应的缺口很大,而且能源消费结构不合理,以煤为主的能源供给造成了严重的大气污染和温室气体排放,作为“京都议定书”的签约国,目前我国的CO2排放量居世界第二位,已受到国际社会的高度关注,加大了我们保护环境和改变经济增长模式的压力。因此,节约能源和开发利用清洁、可再生能源、减少传统能源的应用,是一项十分紧迫的任务。 由于能源问题对国家安全和经济发展所起的重要作用,中央提出了建设节能省地型住宅的政策方针,并于2006年1月颁布与实施了《可再生能源法》, 2007年5月,国务院又下发了《节能减排综合性工作方案》。随着国家对节约能源的进一步高度重视,可再生能源在建筑中的应用是建筑业技术进步和行业发展的迫切需要,因此太阳能、空气热能在供热行业中的应用越来越受到人们的重视。 1.空气源热泵、太阳能系统的主要特点 空气源热泵技术是可再生能源应用的主要应用方向之一。空气源热泵热水机组的制造、推广和使用在我国只是最近10年的事,但由于其相对传统制取热水设备的高效节能、环保、安全、智能化控制、不占用永久性建筑空间等优点而引起了市场日益广泛的关注。热泵热水机组以清洁再生原料(空气+电为能源,既不使用也不产生对人体有害的气体,同时也减少了温室效应和大气污染。目前,在我国电力资源短缺的前提下,采用热泵热水机组制取热水,既能以最小的电力投入获得最大的供热效益。将热泵热水机组放在建筑物的顶层或室外平台即可工作。在设备结构上真正实现了水、电分离,确保用户的安全。 太阳能技术也是可再生能源应用的主要应用方向之一。唐山属于太阳能资源比较丰富的区域,太阳能年辐射总量4200~5400MJ/?,年日照时数在2600小时~3000小时,所以太阳能技术在唐山有很好的发展前景,并且太阳能在建筑中的应用是现阶段太阳能应用中最具有发展潜力的领域。太阳能是永不枯竭的清洁能源,量大,资源丰富,绿色环保。但太阳能也具有一些缺点: (1)太阳能的能流密度低。虽然到达地球表面的太阳能有102000TW,但即使在太阳能资源较丰富的沙漠地区,考虑到太阳集热系统的效率和热损失,每平米集热器面积实际采集到的年平均太阳能辐射照度不到100W,而且它因地而异,因时而变。(2)太阳能具有间歇性和不可靠性。太阳能的辐照度受气候条件等各种因素的影响不能维持常量,如果遇上连续的阴雨天气太阳能的供应就会中断。此外,太阳能是一种辐射能,具有即时性,太阳能自身不易储存,必须即时转换成其它形式能量才能利用和储存。 热泵技术和太阳能技术自身存在的这些局限性,如果两种能源能够联合使用,再加上锅炉供热作为补充,就能互相弥补自身的不足,提高资源利用率。 2.工程范例 一、工程概况: (一)工程名称:开滦集团机关浴池燃油锅炉供热水改造为太阳能、空气源热泵、锅炉供暖管网联合为浴池制取热水。 (二)工程地点:唐山市开滦集团公司机关院内。 (三)浴池现供热水方式:有一台燃油锅炉,每天生产大约40吨洗浴用热水。 (四)工程内容:取消浴池的燃油锅炉,改为太阳能、空气源热泵、锅炉供暖管网联合为浴池供应热水。 (五)建筑情况: 1、此浴池位于开滦集团公司院内,为单层框架式结构建筑,层高约为4m,屋顶为现浇屋面,两侧向中间坡度约15°,东西长33m,南北10m; 2、浴池南侧为一个宽度3m,与建筑东西同长度的花圃,可用来摆放水箱; 3、浴池屋顶正中有一个10t高位水箱,此水箱为碳钢板焊接水箱、外围实体墙砌筑保温层,高度为屋顶以上2m左右; 4、浴池西侧为职工食堂,东西方向约15m,食堂西墙外约2m处为暖气主管道,如考虑冬季采用板式换热器换热,可由此处做一次循环水的接口; 5、浴池西侧20m左右为职工宿舍楼, 3层砖混建筑,东西长约45m,南北约13m,屋顶面积约为580m2,现浇混凝土屋顶,南北散水坡度约为5°; (六)关于浴室用水特点及用量: 1、浴室分男女两部分,共计淋浴喷头(带花洒)50个,为单管供水方式; 2、男浴室布置有一大一小两个泡澡池,容量约为15吨; 3、全天两次用水;4、第一次为每天12: 00~14: 00,第二次为每天16: 30~18: 30; 5、日用水量:日消耗热水量为41. 4;t此方案设计按50t/天计算; (七)燃料用量消耗: 目前每月的燃油量为9076升,燃油价格6. 5元/升;现在每月的燃油费用支出59000元。 二、工程方案说明: 1、取消燃油锅炉,安装太阳能、空气源热泵、安装板式换热器。主要通过太阳能来制取洗浴用热水,但由于现场只能安装450?太阳能面积不能满足50t的热水需求,故投入辅助能源。既充分利用热泵、板式换热器、低谷电。为了节约能源,最大限度地降低辅助能源的消耗是控制运行方式的关键。这三种辅助能源比较:冬季运行时的板式换热器成本最低,低谷电热泵运行费用其次,故:冬季太阳能不能满足的情况下,以附近锅炉供暖管网板式换热器为主要辅助能源,对水箱进行循环加热(暖气一次水量可调,太阳能可以满足用水要求时,可减少或关闭板换),当板式换热器不能满足时,系统自动在白天转换到热泵机组制取热水;为了节约能源,新的工程方案是: 450?太阳能+3台空气源热泵+15?板式换热器。 2、太阳能集热面积: 按日用水量50t(45℃~48℃),太阳能四季使用并综合场地情况及一次性投入、资金回收年等因素,确定太阳能集热面积为: 450?(计算过程略),布置在办公楼或者宿舍楼屋顶(已核算,能满足安装要求); 3、关于辅助能源: 3台热泵+15?板式换热器由于太阳能系统受阴雨环境影响较大,为保证全天候正常供水需求,采用辅助能源予以补充,具体方式如下: 春秋夏三季,采用空气源热泵热水机组TFS-SKR1600M(S)3台,作为辅助能源,在阴雨天,太阳能不能满足热水制取要求时,启动热水机组进行补充,热泵机组的选型原则为:春秋夏3季阴雨天时,全功率运行能够在15h内,满足50t热水需求;冬季运行,采用空气源热泵热水机组TFS-SKR1600M(S)3台+15?板式换热器,冬季采暖期以太阳能为主,空气源热泵与板式换热器为辅的方式制取热水,当深冬极限天气出现,板式换热器不能满足热水制取时,热泵机组原则上在夜间低谷电时段对水箱循环加热(此功能可做成PLC自动控制,也可手动); 3、关于系统的最佳运行模式: 由于450?太阳能面积不能满足50t的热水需求,故每天投入辅助能源是必需的,如何充分利用热泵、板式换热器、低谷电,最大限度地降低辅助能源的消耗是控制运行方式的关键,就辅助能源而言,这三种辅助能源比较:冬季运行时的板式换热器成本最低,低谷电热泵运行费用其次,故: 冬季太阳能不能满足的情况下,以板式换热器为主要辅助能源,对水箱进行循环加热(暖气一次水量可调,太阳能可以满足用水要求时,可减少或关闭板换),当板式换热器不能满足时,系统自动在白天转换到热泵机组制取热水; 4、关于浴池供水方式: 仍然沿用浴池屋顶10t水箱作为供水恒温水箱;10吨水箱中的恒温水来源由50t水箱利用水泵调取; 为保证10t水箱的恒温,在调水管线中间加装手动浑水装置(参照凤南浴池操作方式)此种方式调整灵活、工人的操作简单、水温控制精度较高,更加适用淋浴与泡澡池供水温度不同的实际情况; 5、关于水处理: 硅磷晶使用浓度达到1-3ppm时,可与自来水中的钙(Ca)、镁(Mg)离子形成络合物起阻垢分散作用。同时与铁Fe2+等金属离子在管内壁形成具有亲和力的分子膜,从而隔绝水中溶解氧与金属的化学反应,预防铜铁等金属结合点发生电偶腐蚀。形成的这种分子膜(1μm)能自动修复形成长期稳定的防腐体系,起防锈防腐作用;彻底解决黄锈水现象。 6、关于板式换热器: (1)采用四平换热设备有限公司生产的V系列板式换热器; (2)技术指标: 供热管网一次水: 65℃/45℃; 水箱循环二次水: 10℃/50℃; 压力: 1. 0Mpa; (3)设备选型:BR0. 12-15?; 7、关于水箱: (1)采用双层不锈钢保温水箱,保温层厚度50mm; (2)箱体采用食品级SUS304-2B不锈钢材料制成的组合模块现场装配; (3)水箱内胆采用304食品级不锈钢氩弧焊接而成,厚度1. 2-2. 5mm。保温采用聚氨酯高压发泡,发泡厚度为50mm。外胆采用201不锈钢板模块。内部拉筋,内外均设有不锈钢爬梯,顶部设有维修人孔。 (4)水箱保温性能12h温降为: 2℃~4℃; 8、关于智能控制系统: (1)采用触摸式PLC可编程智能控制器; (2)实现太阳能自动运行、空气源热泵热水机组自动运行、板式换热器自动运行的联控; (3)一体式控制器,触摸式人机对话,彩屏显示系统运行状态; 安全保护措施: 防风措施: 太阳能集热器支架采用标准模块式组装支架,采用喷塑防腐,确保整体稳定、耐用;每排支架采用连接件连接,形成整体,整体支架与墙体或基础底座进行锚接,增加抗风能力。 防雷措施: 与建筑一起形成网架避雷装置,屋面以上太阳能系统的设计高度只比屋面高出不足1. 8m。将太阳能支架与建筑避雷网架连接,形成整体防雷网架。具体操作参照GB50057《建筑物防雷设计规范》执行。 防漏电措施: 系统内的设备,采取严格接地措施,并测量确认接地良好防止漏电伤人;电器选择优质国标器件,并严格按照电器规范来设计安装;所有电器均设有漏电保护,一旦漏电立即切断供电确保人机安全。 水泵保护措施: 任何水泵长时间空转就会造成损坏,本系统中设有水位保护,水位信号将传递给每套二级控制系统和变频控制柜,一旦缺水,所有水泵立即停转。 5.结论 太阳能、空气源热泵作为可再生能源,在建筑领域的能源利用中发挥着越来越重要的作用,它们的应用是解决我国能源和环境问题的重要措施之一。本文详细阐述了太阳能系统与空气源热泵系统、供暖管网系统联合供热、制冷的原理,分析了太阳能系统与空气源热泵系统的优化运行模式,为可再生能源的合理利用提出建议。 参考文献: [1]中国建筑科学研究院.绿色建筑技术文集[J].北京:中国建筑工业出版社, 2005. |
| 上一篇：内燃机机油泵供油特性的试验及其研究 | 下一篇：小型天然气液化装置的实验研究 |