“空氣源熱泵太陽能”熱水系統(tǒng)設(shè)計(jì)探討

+太陽能”熱水系統(tǒng)設(shè)計(jì)探討中外建工程設(shè)計(jì)與顧問有限公司深圳分公司518053摘要：本文以工程實(shí)例介紹空氣源熱泵與太陽能相結(jié)合的具體設(shè)備選型、系統(tǒng)控制、系統(tǒng)保溫、水箱消毒等設(shè)計(jì)要點(diǎn)。關(guān)鍵詞：空氣源熱泵；太陽能；設(shè)備選型；系統(tǒng)控制；保溫；消毒前言隨著我國城鎮(zhèn)化的不斷加快，我國對能源的消耗和需求的日趨增加，在熱水系統(tǒng)中，各種節(jié)能的熱源及設(shè)備不斷的出現(xiàn)及應(yīng)用，其中太陽能、空氣源熱泵這兩種可再生能源在熱水系統(tǒng)得到最廣泛開發(fā)利用。太陽能熱水系統(tǒng)是將太陽輻射轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮埽怯啦豢萁叩那鍧嵲偕茉?，有著明顯的節(jié)能優(yōu)勢，但也有著明顯的局限性：能量密度低，不能滿足瞬時(shí)加熱；輻射照熱量受地理位置、季節(jié)、氣候、天氣等因素的影響大；太陽能集熱器位置對建筑的影響大等等；在日照系數(shù)大于1400h/a且年太陽輻射量大于4200MJ/m2、年極端最低氣溫不低于-45度的地區(qū)宜優(yōu)先采用，在不允許熱水供應(yīng)間斷的場所，太陽能熱水供應(yīng)系統(tǒng)應(yīng)設(shè)輔助熱源。空氣能熱泵是通過吸收空氣的熱量來制熱，在運(yùn)行過程度）度）4013113中需要消耗一定的電能，通?？諝庠礋岜媚苄П瓤蛇_(dá)3.0?4.0。但相對太陽能也具有自身的優(yōu)勢：受天氣影響較小，在最冷月平均不小于10度的地區(qū)，可不設(shè)輔助熱源；初次投資相對小；對建筑影響較小等。在XX地區(qū)常見的做法就太陽能-聯(lián)合空氣能熱水。這樣能使優(yōu)勢互補(bǔ)，既能實(shí)現(xiàn)最大的節(jié)能，又能保證全天的熱水。本文結(jié)合某個(gè)職工宿舍，與同行們一起探討熱水系統(tǒng)的系統(tǒng)選型、計(jì)算及控制。根據(jù)具體工程提出本人熱水系統(tǒng)的具體思路工程概況項(xiàng)目為九層III類集體員工宿舍，樓高28.5m,總建筑面積為5685m2。共有宿舍160間，每間4個(gè)床位，每間宿舍配有獨(dú)立衛(wèi)生間，定時(shí)早上6:00?8:00,傍晚18:00?20：00開放兩次熱水供淋浴，熱水采用直熱式空氣源熱泵、太陽能的強(qiáng)制循環(huán)集中熱水系統(tǒng)。空氣源系統(tǒng)選擇及設(shè)備選型TOC\o"1-5"\h\z三臺直熱式熱，每臺額定制熱量為39.5Y工況最高熱水用水定額L/人.d熱估算工作時(shí)間熱泵小時(shí)供熱量KW（k1=1：10）熱泵選型冬季（環(huán)境溫度按5度，熱水按55度，冷水按10度）4014116三臺直熱式熱，每臺額定制熱量為39.5Y春季節(jié)（環(huán)境溫度按15度，熱水按55度，冷水按14夏季，環(huán)境溫度按20度，熱水按55度，冷水按20度）408109太陽能系統(tǒng)XX地區(qū)地處緯度為26°08',太陽能板按正南向順坡26度擺放，根據(jù)中國氣象局信息中心氣象資料室1971?2003年實(shí)測氣象數(shù)據(jù)整理出福州的夏季太陽輻射量資料年平均日輻射量為12.32MJ/d.m2,太陽能保證率取50%,貯水箱和管路熱損失取15%，計(jì)算直接加熱集熱器面積：工況平均日輻射量MJ/dm2平均集熱效率太陽能保障率冷水溫度熱水溫度計(jì)量所需集熱器所需面積平均年12.3260x50x1555335m2XX地區(qū)最冷月平均不小于10度，采用空氣源熱泵系統(tǒng)是可不設(shè)輔助熱源，且該省屬于太陽能資源III區(qū)（資源一般），設(shè)置太陽能是為了考慮建筑條件及造價(jià)的前提下最優(yōu)的利用太陽能，至于太陽能設(shè)置的面積大小，主要在于在系統(tǒng)壽命內(nèi)，尋求初次投資與節(jié)能效益之間的平衡點(diǎn)，這個(gè)問題還應(yīng)該根據(jù)具體情況具體分析。工況月平均日輻射量MJ/dm2月平均集熱效率集熱器所需面積冷水溫度熱水溫度太陽能保證率冬季9.55150%335105529%春秋季12.3260%335155530%夏季16.8270%335205591%.熱水箱容積計(jì)算為了保證用水點(diǎn)供水的連續(xù)性及穩(wěn)定性，常設(shè)計(jì)成集熱水箱與供熱水箱雙水箱供水。集熱水箱能及時(shí)把達(dá)到設(shè)計(jì)溫度的熱水放到供熱水箱，降低集熱水箱內(nèi)的初始水溫，提高了集熱效率；供熱水箱的補(bǔ)水是由集熱水箱供給，提高了供熱水箱的初始水溫，保證了系統(tǒng)水溫的穩(wěn)定性（筆者比較推薦采用）。但是系統(tǒng)設(shè)置了兩個(gè)水箱，提高了系統(tǒng)造價(jià)，增加了二次污染。由于甲方要求僅設(shè)置一個(gè)供水箱，按定時(shí)供應(yīng)系統(tǒng)，水箱容積為最大時(shí)段（傍晚18:00?20:00）的全部熱水量，按最高日用水量的70%來考慮。V=40X160X4X0.7/1000=17.92m3,取18m3。.系統(tǒng)控制熱水箱補(bǔ)水由生活水池提升泵補(bǔ)給（電動(dòng)閥液位控制），早上8：00開始補(bǔ)水（水位保護(hù)：保證水箱水位不低于20%，如果低于20%，自動(dòng)加水至100%）。供熱水箱的熱量補(bǔ)充由空氣源熱泵（直熱式）及太陽能聯(lián)合供給，當(dāng)集熱器出水溫度T3高于熱水箱T1達(dá)到7℃時(shí)，太陽能循環(huán)泵啟動(dòng)，兩者溫差達(dá)到3℃時(shí)，集熱循環(huán)泵關(guān)閉。從節(jié)能上考慮，為避免夜間水箱帶著大量的熱水過夜，造成不必要的熱損耗。在夜間把水位設(shè)置在最高水位的50%處，高于此水位，在6：00前冷水進(jìn)水管強(qiáng)制關(guān)閉。早

上(6:00?8:00)熱水水量僅為最高日30%左右，為了優(yōu)先利用太陽能，應(yīng)推遲熱泵的開啟時(shí)間。早上(6:00?8:00)用水過后，水箱僅儲存最高日用水量20%，到下個(gè)時(shí)段用水還需熱水量50%。按冬季在陰天不考慮太陽能制熱的情況下全用空氣能熱泵加熱一整天熱水需14小時(shí)，還剩50%的熱水需加熱14X0.5=7小時(shí)左右(乘以一定的安全系數(shù))，故在傍晚(18:00?20:00)使用前8小時(shí)使用熱泵，即熱泵設(shè)定在10點(diǎn)開啟，開啟后再判斷若熱水箱溫度T1小于52度，啟動(dòng)熱泵循環(huán)泵繼續(xù)運(yùn)行；當(dāng)熱水箱溫度T1大于56度，關(guān)閉熱泵循環(huán)泵；當(dāng)然還可以根據(jù)不同的季節(jié)來設(shè)置熱泵開啟時(shí)間時(shí)間。由于是定時(shí)供應(yīng)熱水，管路系統(tǒng)循環(huán)泵沒必要一直開啟，故熱水給水回水管的溫度T2在熱水系統(tǒng)開放前1小時(shí)低于設(shè)定值(46度)且供熱水箱的溫度高于51度時(shí)啟動(dòng)熱水回水泵，直至T2達(dá)到設(shè)定值(50度)時(shí)停泵；集熱板采取防凍措施，當(dāng)集熱板的溫度低于2度時(shí)，啟動(dòng)太陽能集熱循環(huán)泵，直至集熱板的溫度達(dá)到7度。集熱器的防凍及防曬：當(dāng)集熱板的溫度低于2度時(shí)，啟動(dòng)太陽能集熱循環(huán)泵，直至集熱板的溫度達(dá)到7度；當(dāng)水