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太陽能水環熱泵供熱係統

2019-11-20 08:01   评论:44 点击:148

摘要: 本文先容了太陽能水環熱泵供熱係統設計。利用在中間屋頂上安裝的太陽能集熱係統,冬季作為水環熱泵的熱源,其他三季進行生活熱水供給,以達到全年綜合利用太陽能,並進步太陽能集熱係統在冬季運行時的熱效率。

關鍵詞: 太陽能 水環熱泵 供熱

1 概述

  隨著經濟的發展和人民生活水平的不斷進步,我國正麵臨著愈來愈大的能源壓力,特別是用於采熱 、空調建築能耗的增加,已成為我國不少城市缺電的誘因。地球上的化石燃料——煤、石油、自然氣等將逐步開采枯竭 ,開發包括太陽能、風能在內的可再生能源利用的任務已十分迫切 。所以,在進步太陽能熱利用利用技術水平的同時,應積極創造條件,將現有成熟技術在實際工程中推廣利用,以積累經驗,通過實踐進行技術的改善、進步,起到樣板和示範感化 。

  淨雅團體文娛中間是集餐飲、洗浴、演藝綜合性服務的文娛中間,其特點是熱水用量大,對全年室內環境的舒適度要求高,用於采熱、空調和熱水供給的耗能量大 。為盡可能降低運行用度,減輕業主負擔,我們提出了太陽能水環熱泵的供熱方案,利用太陽能進行冬季采熱,春、夏、秋三季供給生活熱水,作到全年綜合利用,並進步太陽能集熱係統在冬季的熱效率,得到了業主的認可和采納,現已完成了初步設計。

2 太陽能集熱係統的設計2.1 太陽能集熱器總麵積的確定

  太陽能集熱係統能夠獲取的有效得熱量首要受兩個身分的影響,一是太陽能集熱器本身的熱性能質量,二是安裝的太陽能集熱器總麵積。在相同的太陽能資本和天氣條件下,為得到要求的得熱量,熱性能好的太陽能集熱器需要安裝的麵積小,必須選擇高效集熱器,才能降低初投資,獲取最大的投資收益比。為適應冬季采熱和三季供熱水的要求,太陽能集熱係統應是閉式循環係統 ,這就要求太陽能集熱器應有較高的承壓能力 。

  是以,為保證太陽能集熱係統運行的高效、安全和可靠,我們采用了清華陽光團體生產的全玻璃真空管U型管式太陽能集熱器。其特點是在全玻璃真空管內置進銅製U型管作為集熱介質的通道,使集熱器的承壓能力進步至1.0Mpa。該太陽能集熱器在國際權威機構瑞士Rapperswil太陽能檢測中間進行的熱性能測試結果,為確定太陽能集熱器的麵積提供了根據。

  全玻璃真空管U型管式太陽能集熱器的瞬時集熱效率方程為:

  η= 0.5608- 0.92 ( Tm-Ta ) / G –0.010 ( Tm-Ta )2 / G

  G——太陽輻照度

  Tm——太陽集熱器均勻水溫

  Ta——環境溫度

  用該瞬時集熱效率方程和北京地區20年的氣象統計資料,我們分別按冬季運行和夏季運行的兩個工況,逐時計算了冬夏兩季在極端條件(1月、7月逐時最大總輻照度情況)和一般條件(1月、7月逐時均勻總輻照度情況)下太陽能集熱器的集熱效率,和單位麵積的累計日得熱量,即單位麵積太陽能集熱器的日產熱水量。對所得結果進行綜合分析,並參照太陽熱水器企業過往的工程經驗,按照最大小時熱水用水量,確定基本符適用水量要求的太陽能集熱器總麵積。

  確定太陽能集熱器麵積更為精確的方法,應在對太陽能熱水係統進行熱性能檢測,得出了日熱性能檢測結果的基礎上,再使用標準年的逐日太陽輻照量和均勻環境溫度,計算得出全年的單位麵積逐日太陽能得熱量,即年逐日單位麵積太陽能產熱水量。空調所負責的 “十五” 國家科技攻關課題將開發可進行太陽能熱水係統全年熱性能展看的計算軟件,課題於2004年底完成後,將為太陽能集熱係統的設計提供方便的計算工具 。

2.2 太陽能集熱係統設計

  本工程太陽能集熱係統所產生的太陽熱水,在冬季作為水環熱泵的熱源用於采熱 ,在春 、夏、秋三季則用於生活熱水供給。如許既可達到全年綜合利用太陽能的目的,又可由於水環熱泵所需的一次水溫度較低,而進步太陽能集熱係統在冬季運行時的熱效率。

  根據建築物條件 ,太陽能集熱係統由兩個分係統構成,太陽能集熱器麵積分別為160m2和260 m2,總麵積420 m2。一般為全年熱水供給使用的太陽集熱器傾角應即是當地緯度,北京緯度是40度,但本工程為更加有益於冬季集熱,將安裝傾角加大至45度;冬季的太陽高度角低,集熱器安裝傾角加大,則集熱器表麵太陽直射輻射的進射角減小,對應的太陽輻照量增加。按夏季工況確定太陽貯熱水箱的容積,每一分係統的貯熱水箱容積為15m3,總容積30m3。

  太陽能集熱器的運行介質為防凍液,以解決冬季的防凍題目。是以,采用間接加熱閉式係統,集熱介質通過板式換熱器加熱貯熱水箱中的用水,係統回水管路上循環泵前設定壓膨脹罐。係統道理示意圖見圖1。

圖1:太陽能集熱係統道理圖

  太陽能熱水箱是太陽能集熱係統和太陽熱水供水係統的相接點。每一太陽能集熱分係統設2台太陽集熱循環泵,一用一備,共4台太陽集熱循環泵;太陽熱水供水係統設2台太陽熱水供水泵,一用一備。

  在太陽熱水供水係統環路上設置了2個手動截止閥進行冬季和其他三季的供水功能切換,閥1在冬季開啟,其他三季封閉,太陽熱水供給水環熱泵環路;閥2在冬季封閉 ,其他三季開啟,太陽熱水供給生活熱水環路。從而實現太陽熱水在冬季供給生活熱水,在其他三季作為水環熱泵一次熱水熱源的功能變換。

  本工程生活熱水供給和冬季采熱的常規熱源為燃氣鍋爐,生活熱水係統采用容積式換熱器換熱,采熱係統則采用板式換熱器。為最大限度地利用太陽得熱量,春、夏 、秋三季太陽熱水是容積式換熱器的給水,隻在冬季改為由自來水給水。是以,在容積式換熱器的給水管路上同樣設置了2個手動截止閥進行冬季和其他三季的供水功能切換,閥1在冬季開啟,其他三季封閉 ,由自來水向容積式換熱器給水;閥2在冬季封閉,其他三季開啟,則由太陽熱水向容積式換熱器給水。

  由於文娛中間的生活熱水使用量隨客流量的大小有較大變化,為防止長期用水量小而造成太陽能集熱係統水溫過高,甚至發生汽化的現象,在係統的每排集熱器管路上均設置主動放氣閥,以保證係統的運行安全。為防止熱水在板式換熱器內產生結垢,每個板式換熱器的進口管路上都需加裝電子除垢儀。

  為充分挖掘節能效益 ,選用的燃氣鍋爐應有良好的自控功能,可根據容積式換熱器和板式換熱器太陽熱水供水溫度的變化主動調節鍋爐的供熱出力,真正起到節能效果。

3 太陽能供熱係統的運行控製  太陽能集熱係統采用溫差控製循環,在太陽能熱水箱內和每一太陽能集熱分係統上均設置溫度傳感器,當太陽集熱係統水溫T1高於貯熱水箱水溫T2時 ,集熱循環泵啟動,集熱係統運行 ,通過太陽集熱器加熱後的熱水進進貯熱水箱。當太陽集熱器係統水溫T1低於貯熱水箱水溫T2時,集熱循環泵封閉,集熱係統停止運行,防止溫度低於T2的冷水進進水箱,以避免夜間和陰、雨、雪天的無謂熱損失。

  太陽能熱水箱的補水是直接利用自來水,在水箱內設置高低水位控製器,通過高、低水位信號控製自來水供水管路上的電磁閥 ,在水箱水位下降到設定的低水位時 ,電磁閥開啟補水;補水到達設定的高水位後,電磁閥封閉停止補水。在春、夏、秋三季,即使沒有太陽熱水時 ,容積式換熱器的自來水補水也是通過太陽能熱水箱予以補充。

  春、夏、秋三季太陽熱水供水泵按照容積式換熱器的補水控製方式啟停,需要補水時,信號控製太陽熱水供水泵啟動 ,水滿後停泵。冬季時,容積式換熱器由自來水補水,補水時,信號控製自來水管路上的電磁閥開啟進水,水滿後電磁閥封閉。

  冬季運行時,太陽熱水通過板式熱交換器加熱水環熱泵的一次熱水,在夜間和陰、雨、雪天太陽供熱量不足時,太陽能熱水箱的水溫可能會低於水環熱泵空調係統的采熱回水溫度。是以,太陽熱水供水泵的啟停,應當根據太陽能熱水箱內的水溫來控製。否則采熱回水不僅不能從熱交換器獲取熱量,反而可能損失熱量 ,造成采熱回水溫度的繼續降低。控製水泵啟停的水箱溫度設定與水環熱泵的設計采熱回水溫度密切相關,本工程水環熱泵的設計采熱回水溫度為22℃;所以,太陽熱水供水泵運行的控製為:當太陽能熱水箱的水溫低於25℃時,供水泵停,當太陽能熱水箱的水溫達到30℃時,供水泵從頭啟動;從而保證采熱回水通過熱交換器始終是獲取熱量。

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