太陽能及水源熱泵結(jié)合采暖工程

1、第二章市場分析預(yù)測、太陽能與地水源熱泵結(jié)合技術(shù)原理1、地源熱泵概述 地源熱泵系統(tǒng)是隨著全球性的能源危機(jī)和環(huán)境問題的出現(xiàn)而逐漸興起的的一門熱泵技術(shù)，上世紀(jì)七十年代能源危機(jī)的爆發(fā)，促使地源熱泵系統(tǒng)研究得到了突飛猛進(jìn)的發(fā)展，并逐漸用于實例當(dāng)中。地源熱泵系統(tǒng)由于具有節(jié)能效果好，14環(huán)保效益高、合理使用可再生的淺層低位能等優(yōu)越性，成為 了傳統(tǒng)暖通空調(diào)與熱水供應(yīng)的優(yōu)良替代技術(shù)，地源熱泵技術(shù) 克服了傳統(tǒng)暖通空調(diào)和熱水供應(yīng)中能源的單向性、能耗高、 污染環(huán)境等問題，真正達(dá)到了人與自然和諧相處的境界。地源熱泵技術(shù)有著突出的技術(shù)優(yōu)點：高效、節(jié)能、環(huán)保、無污染。地源熱泵系統(tǒng)在冬季供熱時，不需要鍋爐或任何輔 助電加熱，

2、而且經(jīng)過設(shè)計的地源熱泵系統(tǒng)還可以做到一機(jī)三 用一一供熱、供冷、提供生活熱水。它不但系統(tǒng)簡單操作時僅需一個人就可以完成且維護(hù)與運行費用低。系統(tǒng)的使用年限在五十年以上，機(jī)組的時候壽命也可以達(dá)到20年，這是家用空調(diào)和其他供暖系統(tǒng)所不能達(dá)到的。2、地水熱泵的基本原理 地源熱泵是利用淺層低能進(jìn)行供熱與供冷的新型能源利用技術(shù)。利用水與地能（地下水、土壤或地表水）進(jìn)行冷 熱交換來作為供熱或供冷的冷熱源。簡單的來說就是利用埋在地下的管材設(shè)備在冬季時提取地下深處中的“熱量”，供給室內(nèi)采暖。相反夏季則是把室內(nèi)的熱量取出，重新返還到 地下，最后滿足冬季和夏季中需要的暖氣和冷氣。水源熱泵系統(tǒng)與地源熱泵系統(tǒng)工作原理基本

3、相同，不同的是取源方面水源系統(tǒng)從熱源上可以有城市污水源、工業(yè)尾 水源和地下水資源的區(qū)別，水資源熱泵系統(tǒng)作為地緣系統(tǒng)的種形式，通過水源熱泵機(jī)組可將江水或原生污水、工業(yè)尾 水中難以利用的低品位熱能提取出來，經(jīng)過系統(tǒng)的優(yōu)化整合以后實現(xiàn)對建筑物的供熱或制冷。采用水源熱泵系統(tǒng)供暖可實現(xiàn)電熱轉(zhuǎn)換率可達(dá)到300400%即使考慮到發(fā)電熱效率為33%其總體轉(zhuǎn)換效率也達(dá) 到了 100 133%遠(yuǎn)高于區(qū)域鍋爐房集中隔熱系統(tǒng)，在夏季作為空調(diào)使用可比傳統(tǒng)空調(diào)降低3040%勺制冷電能耗，機(jī)房的占地面積僅有鍋爐系統(tǒng)的1/3，不需儲煤和堆渣場地等。3、工藝流程 基本工藝流程是，由水源熱泵機(jī)組把地下水抽上來加熱，再由壓力泵把熱

4、水送到供熱終端，冷卻水由管道回放到 地下，實現(xiàn)水資源的循環(huán)利用，達(dá)到供熱的目的。第一循環(huán)是熱量采集循環(huán)，將管道接入水井，通過水泵把地下水的熱源帶入蒸發(fā)器，在蒸發(fā)器中與第二循環(huán)進(jìn)行能 量交換，被提取熱量后的地下水， 通過回水管注入回水井中。第二循環(huán)是蒸發(fā)冷凝循環(huán)。通過與第一循環(huán)采集的水源能量進(jìn)行交換，工質(zhì)吸收后蒸發(fā)，變?yōu)榈蜏氐蛪簹怏w，然后 進(jìn)入壓縮機(jī)內(nèi)經(jīng)壓縮后成為高溫高壓氣體，進(jìn)入冷凝器中 在冷凝器中與第三循環(huán)的空調(diào)水進(jìn)行交換，放熱后變?yōu)橐簯B(tài) 水流出冷凝器，敬節(jié)流閥減壓后又進(jìn)入蒸發(fā)器內(nèi)吸收第一循 環(huán)中的熱量變?yōu)闅怏w，進(jìn)行新一輪的工質(zhì)蒸發(fā)冷凝循環(huán)。第三循環(huán)是房間的能源利用循環(huán)。循環(huán)系統(tǒng)中的空調(diào)水不

5、斷流經(jīng)冷凝器，與第二循環(huán)中得工質(zhì)進(jìn)行能量交換，吸熱后帶入室內(nèi)散熱器中，公房間取暖，從而實現(xiàn)水源的能量采集與利用。4、太陽能集熱系統(tǒng)i取I水i井工藝流程圖如下:地水熱泵技術(shù)工藝流程圖工程設(shè)計內(nèi)容太陽能集熱工程是項目供熱的核心工程，太陽能熱水系統(tǒng)主要有太陽集熱（管）器、水箱、支架、控制系統(tǒng)、管路及循環(huán)系統(tǒng)、輔助加熱系統(tǒng)等組成。工程設(shè)計選用熱管真空集熱管，主要基于以下特點:1、熱管傳熱，管內(nèi)不進(jìn)水，避免了因結(jié)水垢而引起水道堵塞和管內(nèi)結(jié)垢影響輸出功率等問題。2、抗冷熱沖擊好，運行安全可靠，避免損壞一支集熱管而造成整套熱水系統(tǒng)不能運行的問題。3、特殊防凍技術(shù)，在-45 C以下的嚴(yán)寒條件下，仍無凍壞之憂。

6、4、熱管式集熱管熱容小，啟動快，熱量輸出快。水箱：水箱內(nèi)膽采用日本進(jìn)口SUS304食品級不銹鋼板，外殼為藍(lán)色彩鋼板，保溫材料采用聚氨酯發(fā)泡80mm循環(huán)水泵：進(jìn)口水泵；噪音低，使用壽命長，功率可比同級水泵低3 5倍。控制系統(tǒng)：實現(xiàn)自動化智能控制，它采用硬件控制和專用微電腦芯片技術(shù)相結(jié)合的控制方式，關(guān)鍵元器件采用進(jìn)口產(chǎn)品，并實現(xiàn)可遠(yuǎn)程操作，水溫、水位控制手動、自動控制;澡作系統(tǒng)簡單可靠。管道及保溫：采用品牌 PP-R管、管件。管道保溫采用 30mn厚高壓發(fā)泡聚乙烯 0型保溫管，外扎鋁玻。系統(tǒng)工作原理本系統(tǒng)采用定溫分區(qū)進(jìn)水和溫差控制循環(huán)及定溫管道 循環(huán)三種結(jié)合的運行方式，系統(tǒng)全自動運行。太陽能集熱系

7、統(tǒng)工作原理圖（1）、溫差循環(huán)集熱器接受太陽光輻射，溫度上升；當(dāng)溫度傳感器（集熱器溫度） 測的溫度比溫度傳感器（水箱溫度）高8度時（可調(diào)整），集熱器循環(huán) 水泵開始啟動，將儲熱水箱中低溫的水輸送到集熱器陣列， 同時太陽 能集熱器中高溫度的熱水流回儲熱水箱，當(dāng)溫度傳感器（集熱器溫度） 測的溫度比溫度傳感器（水箱溫度）高 2度時（可調(diào)整），循環(huán)泵停止 工作。循環(huán)泵的高效間歇運行，確保循環(huán)泵的使用壽命和運行效果。把太陽系統(tǒng)產(chǎn)生的熱量帶入水箱中儲存。（2）、溫控補水隨著溫差循環(huán)的不斷進(jìn)行，水箱中的水溫升高，當(dāng)溫度傳感器（水 箱溫度）測的溫度高于設(shè)定度時，補冷水電磁閥打開，開始向水箱補 冷水，當(dāng)溫度低于另一

8、設(shè)定度時停止補冷水，又進(jìn)入溫差循環(huán)階段。當(dāng)水箱中加滿水時，將不再補冷水，而一直保持溫差循環(huán)，把熱量全 部帶到水箱中。(3) 、防凍循環(huán)在冬季當(dāng)溫度傳感器(管路溫度)測的管路的溫度低于4度時,循環(huán)泵啟動，進(jìn)入防凍循環(huán)狀態(tài)，當(dāng)溫度高于10度時，循環(huán)停止。確保在寒冷的冬季不會把管路凍壞。(4) 、地水熱泵輔助熱水系統(tǒng)連接采用熱泵熱水管道經(jīng)電磁閥直接由水箱上部進(jìn)入水箱，水箱內(nèi)可以設(shè)置換熱盤管，熱水管道實現(xiàn)自動控制，當(dāng)太陽 能水溫?zé)o法滿足時，地水熱泵站自動啟動供應(yīng)熱水，送至儲 熱水箱，當(dāng)溫度達(dá)到設(shè)定值控制電磁閥停止進(jìn)熱水，此時關(guān) 閉集熱循環(huán)功能。匚程總體設(shè)計基本原理工程由兩部分組成：太陽能集熱系統(tǒng)為夏季

9、提供生活用熱水，冬季提供采暖與生活用熱水。地水源空調(diào)在冬季提供 取暖熱水，夏季提供冷空氣。采用調(diào)控系統(tǒng)將二者集合在 起，形成完整的空調(diào)系統(tǒng)，可大大節(jié)約能源。工程設(shè)計基本原理圖(1、熱水：冬季地下冷水直徑進(jìn)入太陽能，金太陽能系統(tǒng)加熱后供給生活熱水，在太陽不 好時和地源熱泵配合使用，使用地源熱泵加熱生活水。2、冷暖：上述系統(tǒng)夏季制冷直接采用地下熱水，不經(jīng)過地源熱泵機(jī)組制冷)1、運行系統(tǒng)設(shè)計(1)、太陽能熱水供應(yīng)系統(tǒng)集熱供水系統(tǒng)由太陽能集熱器、保溫水箱、智能控制系統(tǒng)、管路配件等有機(jī)組合而成，整個系統(tǒng)自動運行，使用安 全、維護(hù)方便、節(jié)能環(huán)保。可根據(jù)用水量、安裝場地、用戶 要求進(jìn)行靈活的排列組合。根據(jù)用

10、戶的需要和實際情況，可 選配輔助加熱器，以滿足陰雨天使用熱水的要求，實現(xiàn)光電互補、微電腦智能化控制，確保全年每天24小時供應(yīng)熱水。太陽能集熱系統(tǒng)與冷水泵站相連接，冷水被加熱后，進(jìn)入保溫水箱，然后進(jìn)入智能調(diào)控系統(tǒng)，把水溫調(diào)節(jié)到適合的 溫度，供給用戶生活用水。在冬季同時與地水源熱泵站協(xié)同，為用戶提供取暖用熱水源。太陽能集熱供水系統(tǒng)全年提供生活用熱水，冬季提供取暖熱太陽能熱水供應(yīng)原理圖 (只有太陽能系統(tǒng)供暖， 本系統(tǒng)會造成熱源的浪費， 應(yīng)該使用太陽能 循環(huán)系統(tǒng)和室內(nèi)管線相互獨立的系統(tǒng)，太陽能集熱器熱量和室內(nèi)系統(tǒng)進(jìn)行熱交換，這樣不會排走多余的熱量，可在設(shè)計兩個水箱，一個熱水箱(水的溫度可高可低于恒溫水

11、箱)和；一 個恒溫水箱，室內(nèi)循環(huán)水通過在恒溫水箱的盤管和恒溫水箱進(jìn)行熱交換)水源，用風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)換成熱空氣，供給室內(nèi)取暖。生活用廢水排入廢水管道。冬季取暖用熱水冷卻后回放到回水井。在夏季太陽能集熱系統(tǒng)多余的熱水還可直接放入回水井，儲存在地下儲水層里，供冬季使用。(2)、地水源空調(diào)系統(tǒng)地水源空調(diào)系統(tǒng)由熱泵站、配水間、風(fēng)機(jī)和供水管網(wǎng)組成。為彌補冬季太陽能集熱系統(tǒng)供熱的不足，有熱泵站提供輔助熱源，熱水進(jìn)入保溫箱，與太陽能熱水一起進(jìn)入智能控制系統(tǒng)，為 用戶提供熱源。夏季利用地下水溫度低的特點， 將冷水與風(fēng)機(jī)結(jié) 合，由風(fēng)機(jī)把冷空氣送入室內(nèi)，為住戶提供冷空氣，制冷后的循 環(huán)水最后進(jìn)入回水井。地水源空調(diào)系統(tǒng)主要功

12、能在夏季提供制冷工質(zhì)，通過抽取低 溫地下水，用風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)換為冷空氣，達(dá)到室內(nèi)降溫的目的。地水源空調(diào)系統(tǒng)原理圖（下圖制熱系統(tǒng)為太陽能和地源熱泵，冬季使用地源熱泵 和太陽能結(jié)合使用，夏季只是用地下水和室內(nèi)風(fēng)機(jī)配合使用即可， 不需要地源熱 泵）從上圖可以看出，冬季取暖由太陽能集熱系統(tǒng)和地水源熱泵系統(tǒng)共同供給熱源，以滿足用戶需要。夏季制冷由地水源系統(tǒng)供 給，生活用熱水由太陽能加熱系統(tǒng)供給。該項工程的核心是風(fēng)機(jī)與水源控制。通過水源溫度控制，實 現(xiàn)在不同季節(jié)進(jìn)行供熱和制冷的功能轉(zhuǎn)換。項目建設(shè)的必要性1、環(huán)境保護(hù)的需要。水源熱泵技術(shù)可利用淺層地?zé)崮苜Y源進(jìn)行供熱，具有良好的節(jié)能與環(huán)境效益。自1932年第 臺水源熱

13、泵在瑞士應(yīng)用以來，水源熱泵技術(shù)在西方發(fā)達(dá)國 家應(yīng)用已有70年歷史。近年來，隨著我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人們 節(jié)能環(huán)保觀念的增強(qiáng)，水源熱泵技術(shù)受到人們的普遍關(guān)注 在國內(nèi)具備條件的地方得到了日益廣泛的應(yīng)用。太陽能集熱 技術(shù)已經(jīng)十分成熟，可作為主要熱源供應(yīng)來源，為項目區(qū)提 供全年熱水供應(yīng)。2、節(jié)約土地資源和水資源的需要。水源熱泵技術(shù)占地 面積少，水資源消耗量低，是資源節(jié)約型的技術(shù)，符合國家 土地資源和水資源保護(hù)的有關(guān)政策，也符合項目區(qū)節(jié)約土地 資源的實際要求。3、節(jié)約能源的需要。水源熱泵機(jī)組可利用的水體溫度 冬季為12-15 C,水體溫度比環(huán)境空氣溫度高，所以熱泵循 環(huán)的蒸發(fā)溫度提高，能效比也提高。而夏季水

14、體為15-18 C, 水體溫度比環(huán)境空氣溫度低，所以制冷的冷凝溫度降低，使 得冷卻效果好于風(fēng)冷式和冷卻塔式，機(jī)組效率提高。據(jù)美國環(huán)保署EPA估計，設(shè)計安裝良好的水源熱泵，平均來說可以節(jié)約用戶3040%的供熱和制冷空調(diào)的運行費用。如果與太 陽能集熱技術(shù)結(jié)合起來使用，可大大減少電力使用，節(jié)能效 果更為顯著。四、項目建設(shè)的可行性1、技術(shù)條件成熟。在我國熱泵技術(shù)的研究于五六十年代開始，并于六十年代生產(chǎn)出第一臺空氣-水熱泵，但由于 設(shè)計及制造上的原因，并未真正投入商業(yè)應(yīng)用，從八十年代 開始，我國在熱泵技術(shù)的研究和產(chǎn)品的開發(fā)取得了較大的發(fā) 展，且基本上以R12作為熱泵工質(zhì)，并以空氣作為熱源，對 于采用地下

15、熱源（地下水、土壤熱源等）為熱泵熱源的應(yīng)用 僅僅從九十年代中期開始。采用低溫地下水作為熱源的應(yīng)用 已得到了成功的應(yīng)用，并在逐步推廣。太陽能熱水器在國內(nèi) 得到了廣泛的應(yīng)用，已有許多大型太陽能采暖工程的成功范 例，技術(shù)已十分成熟。項目采用招標(biāo)方式，選用國內(nèi)專業(yè)公 司進(jìn)行工程建設(shè)和設(shè)備安裝調(diào)試，技術(shù)有切實的保障。2、項目區(qū)有豐富的地水資源和太陽能資源可供利用。應(yīng)用太陽能和地下水源熱泵技術(shù)聯(lián)合進(jìn)行冬季供暖、夏季制 冷的前提是項目的工程場地具備必要的資源和場地條件 即水源條件、太陽能資源和場地條件。項目以太陽能熱水器 為主要供熱系統(tǒng)，水源作為熱泵機(jī)組從中獲取熱量進(jìn)行冬季 供暖的輔助熱源，并在夏季做為制冷

16、工質(zhì)。項目區(qū)地下水埋深淺，出水量大，可以保證項目用水。當(dāng)?shù)剌^強(qiáng)的太陽能輻 射能為太陽能熱水系統(tǒng)提供可靠的能量來源，保證項目在低 成本、低耗能的狀態(tài)下運行。五、市場分析預(yù)測1、市場環(huán)境分析地源熱泵系統(tǒng)從1998年開始陸續(xù)投放到中國一線城市的公共建設(shè)中，北京、上海、大連等城市地水源熱泵的項目 越來越多，并且開始從市政建設(shè)公共建筑向商品房經(jīng)濟(jì)適用 房轉(zhuǎn)移。2012年上半年，隨著國家節(jié)能減排政策的推進(jìn)和能源趨緊，地水源熱泵技術(shù)優(yōu)勢越來越彰顯。僅上半年國內(nèi)地水熱泵市場銷售額為20億元人民幣左后，同比增長約30%其中小型機(jī)組達(dá)到13億元，占比為67%大型機(jī)組（主要運用于北方市場）達(dá)到7億元，占全國熱泵技術(shù)

17、使用總量的33%在未來的幾年中，中國的眾多一線二線城市將面臨巨大的能源壓力。一方面，國家要求經(jīng)濟(jì)保持高速度的增長，另一方 面，又得考慮環(huán)保和可持續(xù)發(fā)展問題。所以在未來很長一段 時間地水源熱泵市場會越來越廣闊。目前，我國大力倡導(dǎo)環(huán)境保護(hù)和節(jié)約能源，使得太陽能技術(shù)日趨完善。太陽能與建筑相結(jié)合也成為目前建筑行業(yè)發(fā) 展的一大趨勢，而太陽能生產(chǎn)廠家也越來越多的開始與建筑體化的相關(guān)產(chǎn)品項目的研發(fā)。集中供熱系統(tǒng)也是大型供熱水的必然趨勢。2、市場同類競爭以目前來看，傳統(tǒng)的空調(diào)系統(tǒng)還是市場主導(dǎo)產(chǎn)品。但是從使用過地水源熱泵新技術(shù)反饋回來的顧客信息中我們可 以了解到，傳統(tǒng)空調(diào)系統(tǒng)和地水源熱泵是沒有可比性的。雖 然地

18、水源熱泵技術(shù)看起來和傳統(tǒng)空調(diào)功能性上很相似，但其 中卻有很大區(qū)別:(1) 地水源熱泵系統(tǒng)使用時間長：由于熱泵系統(tǒng)不同于空調(diào)，可以長時間工作，幾乎可以365天常年運行，所以 就對熱泵系統(tǒng)的設(shè)計、安裝、配比提出了更高的要求，空調(diào) 的技術(shù)與性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到熱泵的要求。(2) 地水源系統(tǒng)熱泵的工作穩(wěn)定性更咼：熱泵系統(tǒng)不但需要高性能的配件，包括壓縮機(jī)、蒸發(fā)器、換熱器等，更 需要科學(xué)合理的組合，需要專業(yè)的技術(shù)人員進(jìn)行全年氣候條 件的標(biāo)準(zhǔn)試驗?zāi)M才能生產(chǎn)、應(yīng)用。一旦投入使用其壽命是般空調(diào)系統(tǒng)的幾倍，保養(yǎng)得當(dāng)可使用長達(dá)50年左右。(3) 地水源熱泵系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)效益更強(qiáng)：由于制冷方式和技術(shù)設(shè)備使用不同，地水源熱泵只需要花傳統(tǒng)空調(diào)系統(tǒng)所需 的30%的用電量，就可以達(dá)到傳統(tǒng)空調(diào)的制冷取暖效果，且 還可以提供生活熱水。(4 )太陽能采暖技術(shù)與地水源熱泵系統(tǒng)結(jié)合起來，可以大大減少冬季供暖和夏季制冷