空气能结合太阳能热水工程案例.doc

空气能结合太阳能热水工程案例空气能热泵热水器作为新型的节能产品，在热水工程和采暖项目中正越来越为普通老百姓认可和首选。在采暖(热水)项目中，作为热源的提供者，热泵具有全天候工作的优点，但由于热泵是采用蒸汽压缩，逆卡诺循环的原理，压缩机的能耗在冷凝条件相同的情况下，主要是受蒸发压力的影响，蒸发压力越高，能耗越高，就是说，对空气能热泵来说，环境空气温度越高，能耗越高。然而，对于太阳能来说，环境温度越高，一般来说，就是日照强度越高，太阳能制热水能力越强，并且，太阳能热水器，在产热水过程中，全部为免费使用，但当日照强度不够时，太阳能的产热水能力将大为降低。综合这两种热水器的优缺点，将空气能热泵和太阳能结合使用，是目前热水工程最优的节能方案。我们在上海一家度假村做的一个热泵加太阳能的热水工程，从使用情况来看，节能效果明显，下面，我们来细述这个方案的实施过程。 本项目是上海横沙岛度假村的洗漱生活热水的节能改造工程。原来洗漱热水供应是采用锅炉蒸汽供热水，能耗高，污染大，急需进行节能改造。甲方要求在满足热水使用的条件下，最大可能的节能和最优的投资方案。 针对该项目，通过施工现场的考察，并经过与甲方深入地交流，了解现阶段的热水使用情况和能耗情况。我们制定了空气能热泵热水器加太阳能的方案。选用该方案，主要基于以下的考虑： 1.甲方为度假村，光照充足，太阳能和热泵主机安装在一个三层独立标准套房的房顶上，楼面安装面积400-500，安装地方太阳无遮挡，满足太阳能的安装条件。度假村共28栋别墅客房，58间标准双人间，客房满员260人。 2.节能改造计划采用目前最节能的太阳能热水器和空气能热泵热水器结合方式，使得运行费用最低。 一、计算热水热负荷和热泵主机的选型： a)工程热水日用水量： 该工程按客房满员260人，人日均60L热水计算。 V=260X60=15600L15t。 b)工程热水热负荷计算：每天的热水用水量约为15t。自来水温度按全年平均12.7计算，热水出水度为55，则每天的热水热负荷为： Q=Vc(tr-tl)/860 =150001(55-12.7)/860 738kW 式中：Q热负荷量(kW); V热水量(L); C水的比热，取1kcal/(L); Tr热水温度(); tl冷水(自来水)温度() C)机组选型，计算机组台数和工作时间 空气能热泵热水器选用KFXRS-19机组。在名义工况下，该机组制热量为18.5kW。若在名义工况下工作时间为14小时(机组每天的工作时间一般不应大于18h)，则所需机组的数量为： N=Q/(TW) =738/(1418.5) =2.85台，取N=3台。 式中：N机组数量(台); Q热负荷量(kW) T名义工况下设定的机组运行时间(h); W名义工况下机组制热量(kW) 结论：在名义工况下，采用3台KFXRS-19型机组，可以满足客房每天的热水需求。 D)冬季校核 热水工程在秋冬季节使用较多，并且此季节的白天与夜间室外温差较大，结合空气源热泵制热运行的热效率受环境温度影响的特点，建议机组在冬季的实际工作时间设定在早6：00晚10：00的时间段，此时间段当地的最低室外平均温度约为0，此时自来水平均温度约2。KFXRS-19机组在环境温度2时的制热量为12kW。则3台KFXRS-19热泵机组每天完成加热15.0T的55热水时间为： Qd=Vc(tr-tl)/860 =150001(55-2)/860 924kW Td=Qd/(NWd) =924/(312) =25.7h18h 故需要增加两台KFXRS-19主机台主机每天加热时间为： Td=Q/(NWd) =924/(512) =15.4h18h 式中：Qd冬季机组日制热量(kJ),Wd冬季机组单机小时制热量(kW) N机组数量(台)，Td冬季时机组日运行需要时间(h) 故：设计合理，采用5台KFXRS-19机组可以满足秋冬季时的制热需求。 二、太阳能选型 根据热水用水量15t，考虑太阳能的初期投资较大，所以，太阳能采取10t热水的方案去选型。 根据国家气象中心提供的2010年全国各地日均及年总辐射数据(中国气象辐射资料年册2010年，单位MJ/)和春分秋分所在月水平面上日平均太阳辐射量，查表得，平均太阳辐射量是16.61MJ/。 依据上海地区的纬度是：北纬312。推荐集热器倾角选取31，用支架安装在楼顶。 集热面积的计算： 式中： 直接系统集热器采光面积，; 日均用水量，kg; 储水箱内水的终止温度(用水温度); 水的定压比热容，kJ/(); 水的初始温度; 当地秋分所在月集热器受热面上晴好天气的日总辐照量，kJ/; 太阳能保证率; 集热器全日集热效率，取值为0.50; 管路及储水箱热损失率，此处取0.1。 对于本系统：每组集热面积5.38，每组按单根真空管2.1m，30根计算。 其他已知： =55，=4.18kJ/()，=12.7，=16.61kJ/1.3(修正系数)，=1，=0.50，=0.1，=10000L。 故=181。 所以，按34组太阳能设计，即实际集热面积182.9，基本能满足10t水的要求。即晴朗天气下(光辐照不低于16.61kJ/)，34组集热器正常工作每天可让10t水升高42.3C。 系统原理图说明 说明： 1、保温水箱作为太阳能的集热水箱，并作为水箱B和水箱C补水水箱。补水由集热水箱温度和B、C水箱的温度和水位开关控制; 2、水箱B专为58个套房供热水，有独立的供水系统和热泵系统; 3、水箱C专为别墅套房供热水，有独立的供水系统和热泵系统; 4、水箱C保留改造前系统的蒸汽管道，以备极寒天气使用; 5、水箱B增加20kW的电加热管道，以备极寒天气使用。 三、本工程热泵系统运行费用分析 1、热泵机组运行费用分析： 2、太阳能热水系统运行费用分析(略) 结论： 1、工程安装运行后，节能效果明显，用户反馈良好。经过一年来的运行，达到设计时的节能效果，预计两年左右能回收成本。 2、太阳能和热泵的结合是热水工程目前最节能