太阳能与空气源热泵综合设计方案

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1、太阳能与空气源热泵综合设计方案[摘要]介绍了综合应用空气源热泵热水器与太阳能的应用实例及其设计,探讨建筑生活热水的节能系统1、引言总部设在新加坡的某跨国公司,是一家致力于为航空、汽车、计算机、消费电子、工业制造、基础设施、医疗及移动产品行业的原始设备生产商(OEM)提供完整的设计、工程与制造服务的领先电子制造服务供应商(EMS)。本文介绍的项目为其在珠海园区(该公司全球最大的工业基地)南北区9栋员工宿舍楼太阳能与热泵综合利用的生活用水工程。南北工业区员工宿舍情况:这9栋建筑均为7层建筑,其中南区1号楼和北区1号楼为干部宿舍楼,其他为一般员工宿舍楼,共能提供

2、约8000人入住。2、设计原则首先,考虑可再生能源的最大化利用,优先利用太阳能制热,用空气源热泵作为补充;其次,考虑尽量利用夜间低谷用电,使用热泵夜间加热热水;另外通过温度传感器控制水箱温度,当加热水箱温度达到55度时,系统自动停止运行,进入等待期;由于热水制作过程是连续运行的,故在热水使用的同时制热过程依然可以正常运行,这样可以相应减少部分储热水箱的容积。3、设计及选型因为该厂区每栋都是独立的系统,故选南区二栋宿舍为例子,阐述一下方案设计及选型的思路和方法:南区二栋宿舍满负荷时用水总人数为886人,人均用热水量40L,总用水量35440L(kg);考虑最

3、不利制热水工况为冬季,且每天使用热水的人数占总人数的比例系数为018;故总热水用量在制热水工况下实际热水需求量为:　　　Mx=28352kg3.1、设计参数室外气象条件:珠海冬季室外计算相对湿度:70%;冷水计算温度20℃,冷水最低温度15℃;热水计算温度:≥50℃;用水量按40L/天·每人计算。3.2、负荷计算热水需求的加热量:考虑冬季的使用情况,冷水的进水温度按15℃的标准计算,水被加热达到的温度为55℃(业主要求)。加热量的计算:　　　Q=CM(T2-T1)(2)式中:Q—加热量,kJ;C—水比热,4119kJ/kg℃;M—热水量,L(kg);T1—

4、冷水进口温度,℃,按15℃计算;T2—热水出口温度,℃,按55℃计算则Q=4119×28352×(55-15)=4751795kJ,此热量为热水系统所需总热量。至于是用太阳能提供还是由热泵提供,或者是由两者同时提供则要具体分析。3.3、产品选型(1)太阳能集热板的选择:在珠海,太阳能有效吸收时间约为7∶30-15∶00。方案考虑建筑物屋面的功能,尽量多的采用太阳能集热板覆盖,该栋设置太阳能集热板195块共390m2。根据集热板的性能,冬季每天每平方米加热水量为60kg,则冬季太阳能集热板每天可加热总水量为:　　　M=60×390=23400kg(热水)。(

5、2)储热水箱的选择:考虑在最不利的情况下选择热泵机组。即无太阳能供热的情况下全由热泵机组供热给热水系统。按规定一天供热时间不大于20小时,持续供热时间不大于12小时。由于热水系统中的热水使用时间集中在晚上7～12时(白班)和上午7～9时(夜班),故在储热水箱容积选择上按两次用水量中比较大的情况来计算。　　　V=Mx×0155式中:V—储热水箱容量,m3;Mx—热水需求量,kg;0.55为白班占总用水量比例系数。根据式(1)得出储热量为V1=15593kg,故储热水箱容积选用为16m3。(3)热泵机组选择:最不利情况下满足一天用热泵机组总功率为:　　　P=Q

6、/(H×3600)(4)式中:P—热泵机组总输出功率,kW;H—供热时间(按要求为20小时)。计算得出热泵机组总输出功率为66kW。根据需要,白班热水生产时间为9∶00-18∶00;夜班热水生产时间为18∶00-6∶00。满足白班用热水机组总功率,根据式(2)、(3)、(4)及其得出的数值计算得出:白班热泵机组总功率P白=80166kW;夜班热泵机组总功率P夜=4915kW。根据最不利情况选以上三者中功率最大值:即机组选择制热量为80166kW。3.4、热水生产控制方式分析是否节能运行,关键在于系统的控制是否能自动切换,以下是太阳能集热板与热泵智能切换系统

7、原理:太阳能中央热水系统以太阳能为主体,加以空气能热泵为辅。每天在充分利用太阳能的基础上,再利用空气源热泵。这样就存在着空气能热泵何时启动何时停止的问题。我们设计了太阳能与热泵智能切换系统,能解决此问题。太阳能热水系统晴天最佳产热时间是每天早上9点至下午3点,把最佳产热时间分为若干个时间段,每个时间段设定依次升高的保温水箱热水温度(太阳能期望的温度)。如某个时间段水箱热水的温度达不到设定的太阳能期望的温度,则热泵启动加热至热水温度到设定的温度就停止。这样中央热水系统能充分利用太阳能的同时要保证供热水的温度,避免要使用热水时热泵来不及加热的情况。太阳能与热泵

8、智能切换系统可自动鉴别天气,自动切换热泵机组少开或不开机。实现了智