呼和浩特市某独栋别墅太阳能热泵供暖系统设计

1、摘 要随着当前全球变暖和能源危机的日益加剧，节约能源和有效地利用清洁能源逐渐地成为了人们关注和追求的方向和目标。建筑能耗管理作为控制建筑能源大量浪费的一个重要的方面,近年来研究的热度一直很高。20世纪90年代以来,各国更加高度重视对太阳能的开发和利用,使得太阳能热泵技术的广泛应用和太阳能研究的发展进入了一个更加成熟和新的技术发展阶段时期。尤其在对太阳能的利用中,太阳能热泵将利用太阳能压缩机作为传统热泵的一种低位利用热源,是一种利用太阳能的有益技术尝试。本文介绍了太阳能热泵供暖系统的研究背景和意义,设计了呼和浩特市某别墅单体太阳能热泵供暖系统,包括建筑热负荷、集热器设计计算、供热管道水力计算等相

2、关计算。以及吸热板的选择和确定、供热管道的位置、型号和热泵机组等设备。最后,对太阳能空气源热泵供暖系统和传统集中供热系统的初期投资和运行成本进行了分析。分析结果表明,太阳能空气源热泵系统每年可节约1750元,投资回收期为3.63年,在系统生命周期内可减少二氧化碳排放326.78吨,具有良好的经济性和环保性。关键词：太阳能热泵；供热；供暖系统20AbstractWith the increasing global warming and energy crisis, energy conservation and effective use of clean energy has gradual

3、ly become the direction and goal of peoples attention and pursuit. Building energy consumption management as an important aspect of controlling building energy waste, in recent years, the research focus has been very high. Since the 1990s, countries pay more attention to the development and utilizat

4、ion of solar energy, which makes the wide application of solar energy heat pump technology and the development of solar energy research enter a more mature and new stage of technology development. Especially in the use of solar energy, solar energy compressor is used as a low-level heat source of tr

5、aditional heat pump, which is a beneficial technology attempt to use solar energy.This paper introduces the research background and significance of solar energy heat pump heating system, and designs a single solar energy heat pump heating system for a villa in Hohhot, including building heat load, c

6、ollector design calculation, heating pipeline hydraulic calculation and other related calculations. As well as the selection and determination of the heat absorption plate, the location and model of the heating pipeline and the heat pump unit and other equipment. Finally, the initial investment and

7、operation cost of solar air source heat pump heating system and traditional central heating system are analyzed. The results show that the solar energy air source heat pump system can save 1850 yuan per year, with a payback period of 4.32 years, and reduce 326.78 tons of carbon dioxide emissions in

8、the life cycle of the system, which has good economy and environmental protection.Keywords: Solar energy heat pump; heating; heating system67目 录摘 要IAbstractII第一章 绪论11.1课题研究背景及意义11.2水源热泵的研究现状21.2.1国内的研究现状31.2.2国外的研究现状41.3本文研究内容及方法5第二章 方案规划72.1工程概况72.2呼和浩特市气象情况72.3设计要求72.4计算建筑热负荷82.5太阳能集热器设计计算102.6供暖管

9、路水力计算112.7通风系统设计12第三章 太阳能热泵系统设计143.1吸热板143.2供暖管路位置及型号确定143.3热泵机组选型153.4设备初步选型16第四章 系统经济分析184.1经济效益184.1.1系统初投资184.1.2系统运行费用194.1.3投资回收期194.2环保效益204.3本章小结20第五章 总结与展望21参考文献22附录25致谢26第一章 绪论1.1课题研究背景及意义发展新一代能源和发展节约能源产业是当前解决清洁能源短缺的重要两个关键手段和途径。我国太阳能供热和采暖系统以其突出的优点和节能环保的特点,具有广阔的市场和应用发展前景1。随着世界经济的进一步发展和现代科学信

10、息技术的进步,世界上人类对能源的消费量已经得到大幅度地增加,能源与生态环境的问题已经发展成为当今世界两大突出的一个社会和经济问题2。全球能源危机和日益严重的生态环境污染已经发展成为威胁人类发展和生存的最重要经济威胁。如何预防和解决这一生态环境问题已经发展成为全人类共同重视和关注的一个重要课题。北京作为世界上空气污染最严重的国家和城市之一,北京将改善和调整其能源消费结构的政策作为预防和控制北京空气污染的重要政策之一3。从节能建筑可持续发展的综合利用角度看,天然气和石油等能源作为重要的不可再生能源,必须进一步提高可再生能源综合利用效率或积极寻找其他具有替代性可再生的能源。水源热泵和采暖机组是综合利

11、用可再生的能源生产水泵提供热能或制冷的理想设备。目前,人类经济社会主要消耗的可再生能源,包括天然气和建筑可利用能源。这些化石能源有限且根本不可充分进行再生,最终将导致资源枯竭。而天然气和煤炭、石油等这些传统化石能源将对生态环境和水资源造成严重的污染。目前我国可再生能源的消费量大,利用率低。据统计,建筑的能耗已增加大约占人类经济社会总能耗的30%50%。未来太阳能和采暖系统在节能建筑中的广泛应用将进一步成为可再生能源综合利用和促进节能建筑可持续发展的重要手段和措施之一。人们研究和利用可再生能源的主要工作重点已经从太阳能转移到可再生利用能源的综合开发和利用上。引起了国际社会人们的重视和关注。光热、

12、光电、光化学等对太阳能开发利用的研究和技术应用发展迅速4。由于全球太阳能开发利用受全球季节和温度以及天气的变化影响较大,热能源的流通量相对较低,各种太阳能直接热利用发电系统的建设和应用范围也受到了限制。随着人们生活能源利用水平的进一步提高,供热系统用户对太阳能供热的综合利用要求也越来越高,太阳能供热综合利用的一些缺点和局限性日益得到显现5。在综合利用太阳能热辐射持续时间较短的一些国家和偏远地区,其供热系统应用范围受到很大的限制。白天,集热板工作温度的升高会直接导致集热器工作效率的下降。但是,当夜间或者下雨天集热板的太阳辐射能量不足时,就不太有可能使集热板实现全天候连续的供暖。如果集热板采用其它

13、辅助方式进行加热,将消耗大量的其它可再生能源。太阳能热泵的利用率水平越高,建筑热泵的能耗也就越高。据目前的统计,建筑热泵的能耗已经达到占我国社会经济总能耗的30%-50%,太阳能热泵采暖系统在大型建筑物利用中的广泛应用将发展成为可再生能源综合利用和促进节能建筑可持续发展的重要技术和措施之一。因此人们更加关注可再生利用能源的综合开发和利用。目前太阳能以其取之不尽、用之不竭、价格低廉、安全、无妨碍交通、清洁无环境污染等的特点,受到了人们的喜爱和重视。光热、光电、光化学等领域的太阳能开发和利用相关技术的发展迅速。由于建筑中太阳能的利用率受季节和天气的变化影响较大,热燃料的流通量相对较低,各种情况下的

14、太阳能直接热利用供暖系统的实际应用范围也受到了限制。随着现代人生活水平的进一步提高,供热系统用户对太阳能供热的需求也越来越高6,太阳能直接利用的一些缺点和局限性也日益得到显现。在一些太阳能热辐射持续时间较短的发达国家和一些偏远地区,其实际应用范围受到很大的限制。白天太阳能集热板温度的升高会直接导致太阳能集热器供暖效率的下降。当夜间或者下雨天的太阳辐射能量不足时,不可能很好地实现全天候连续的供暖。如果集热器采用辅助方式加热,将消耗大量的其他太阳辐射能源7。其供暖的周期长,传统的太阳能燃气热水器一般需要在建筑屋顶集热板上安装太阳能热水箱。1.2水源热泵的研究现状近年来,对水源热泵系统新工质的研究较

15、多10。在大量科学计算的实验数据基础上,有许多专家学者成功提出了一种广泛应用于中低温地热水源热泵系统的低温度环境损害非共沸二元混合工质,并在理论上结合了实验,得到了包括能效比等重要参数的数据和其变化,并从表面给出了该工质系统的基本运行原理和情况,不仅充分证明了二元混合工质的优良循环利用性能,而且十分有利于热泵系统的智能管理和控制,为该系列新技术在实际热泵工程中的推广应用和研究奠定了坚实的基础11。遗憾的消息是,目前还没有详细的资料介绍二元混合物的具体结构组成和与实验材料的配比。由于目前水源热泵的合理应用范围已受到多个国家和地区的政策限制,不同国家和地区不同的环境保护政策、不同的条件以及水质地层

16、和结构对于水源、钻井的投资和老化回注困难等技术的应用提出了不同的技术要求;而初期的投资,不同国家和地区的钻井运行和维护费用也不尽相同,因此对于水源热泵需要进行更合理的应用技术和经济评价。这也被认为是进一步地推广应用于水源净化热泵的重要技术关键12。由于我国幅员辽阔,不同国家和地区的水源具体情况不同,水源热泵并不都能实际适用,对于水源热泵在各个典型国家和地区的实际应用还存在缺乏的分析。此外,关于水井的老化、回注困难等相关技术问题13,一般的文献都很笼统,没有明确地说明水井的一般使用寿命、实际维护和应用中一些可能需要遇到的技术问题以及如何发现和解决。目前对于水的净化处理方法和其经济适用性分析的相关

17、文献研究较少。但是水源热泵主要采用的是闭环式净化系统,地表水、河水、海水等天然水经加热或冷却后回排至水源地,也应从生态学角度进行探讨14。在联合开采技术和应用方面,水源探测和热泵联合开采的技术需要改进,但是相应的探测和开采技术成本和费用需要进一步降低15。为了有效避免这种可能同时发生的地面沉降,还是应尽量地使用同含水层的抽水与灌溉水平衡,即尽量在同一含水层抽水进行灌溉(目前这项综合开采技术仍难以实现,应通过结合回注的方式进行考虑)根据当地的情况)。综合应用的技术合理性和应用的经济性还没有进一步得到详细的论证16。从大量的文献中我们可以清楚地看出,太阳和水源土壤的总平均加热阻力系数仅为2.78,

18、如何进一步提高加热阻力cop的数值值得进一步深入研究17。此外,还希望可以因地制宜地进一步开展对土壤、水、空气、太阳能、地热、余热等双水源热泵甚至太阳能三热泵的综合应用研究,扩大水源热泵的综合应用范围,满足用户的太阳能需求18。1.2.1国内的研究现状在我国,也有相关的研究。在碳、氨燃料日益枯竭的严峻形势下,发展太阳能更为有利19。太阳能发展的最大障碍是天气变化的影响,天气变化极不稳定。克服这一缺陷并有效利用它,是各国科学家面临的紧迫任务20。到目前为止,我国已经取得了大量可喜的成果,太阳能利用也取得了许多成果21。例如太阳能热水的推广和回用、被动式太阳房的改造等,但是,如何保证冬夜不间断供热

19、的情况并不多见22。我国对于太阳能热泵的应用研究在国际上起步较晚。中国天津大学赵军等对于串联式太阳能热泵辐射热水器在采暖系统的应用进行了一系列的实验理论研究和应用理论的分析。中国上海交通大学王汝珠等对直膨式串联太阳能热泵热水器的应用进行了一系列实验的分析和研究。哈尔滨工业大学的于燕顺对太阳能地源热泵系统在寒冷地区的设计和应用情况进行了初步的研究。通过对系统内部加热和降温条件的变化进行动态分析和模拟,得出了寒冷的地区使用太阳能集热器的保证率和太阳能集热器平均使用面积的确定方法。天津大学、东南大学、青岛建筑工程学院、上海交通大学等先后对太阳能地源串联供热系统的结构进行了相关设计实验和应用理论的研究

20、,并在实践中取得了一定的研究成果23。通过天津大学对太阳能集热器串联供水系统的实验研究和理论分析表明,该串联供水系统在夏季全年运行可靠。东南大学青岛建筑工程学院对这种串联式的太阳能供暖系统进行了实验研究24。冬季太阳能热泵机组的运行稳定,平均cop为2.71,节能环保效果明显。日用电量约分别为1kWh (夏季)2kWh (冬季),其中的分体供热结构特别适用于建筑高层或多层建筑25。由于对太阳能热辐射的长期不连续性,有必要在地热和太阳能的应用中减少使用的热量26。根据使用热量的大小可以分为两种:一种蓄热是短期的供热,占到年需水量的10%20%,可直接达到年需水量的50%80%,用于对房间的供暖和

21、对生活设备用水的供暖27。它已被广泛地使用,以更好地满足人们日常生活中对热水的需求,利用季节性的热量28。国外专家和学者主要的研究领域是太阳能空气源热泵系统的性能优化及系统的设计性能参数对系统的应用影响。由于我国幅员辽阔,太阳能热泵资源的地理分布和对人们的使用生活习惯也与其他的国家大不相同。但目前的深入研究仅限于西安地区太阳能热泵资源一、二区,对西安地区太阳能热泵资源三区的深入研究内容较少,对西安地区太阳能空气源热泵系统的其运行管理工况和其模式的深入研究也相对较少。因此,有必要进一步结合当地的主要太阳能热泵资源和其气候的条件,结合太阳能工程实际,研究对呼和浩特地区的太阳能空气源热泵系统的其运行

22、状况和其运行的方式,研究该地区热泵系统的资源节能和利用经济性29。1.2.2国外的研究现状在国外,由于其太阳能热利用技术相对成熟,对于太阳能热泵和供暖系统的开发和研究也相对较国内早30。随后,日本、美国、瑞典、澳大利亚等发达国家纷纷投入大量的人力物力,深入开展了太阳能热泵的研究和技术开发,在大型宾馆、住宅、学校、医院等多个国家和地方成功实施了一批大型太阳能热泵示范应用工程31,图书馆、游泳池等。近年长期以来,土耳其、印度尼西亚等发展中国家也对他们的太阳能热泵丽洁系统进行了大量的科学研究32。从太阳能产业技术发展的角度来看,美国的太阳能王系列太阳能热泵供暖设备和来自澳大利亚的量子系列太阳能热泵丽

23、洁系统热水器都被认为是典型的太阳能产品和例子。在美国和欧洲,人们对于太阳能丽洁系统热进行了大量的科学研究,并在市场上建立了许多实际研究和应用的项目33。其中例如,在奥地利和德国,1350米太阳能碎石水集热器和2750米太阳能热水系统蓄热器的设计和组合同样可以很好地满足7365平方米的年供热利用需求,供热利用面积约为39平方米，在斯坦福特,510平方米太阳能碎石水集热器和1500平方米太阳能碎石水蓄热器的设计和组合同样可以很好地满足3800平方米的年平均供热需求的34%,而供热面积利用率约为34%。此后,国内外的学者对于太阳能与热泵系统的性能、运行的条件及其他影响热泵供热效率的主要因素等问题进行

24、了深入研究。米切尔jw等人。他们采用先进的trnsys模拟软件对不同供热形式的并联太阳能热泵系统的总体供热方式及其性能和应用进行了综合模拟,认为以新鲜空气为主要供热源的并联式太阳能新鲜空气热泵系统的总体供热性能是实用的,其总体供热方式和性能明显优于传统的串联式和双热源式35。Lessmann RC等人。优化了太阳能热泵系统的结构，计算了系统的投资回收期。结果表明，太阳能集热器面积和水箱容积是系统设计的重要因素，集热器面积和水箱容积的选择不当将影响系统的经济性。因地制宜，90平方米的采暖面积需要30平方米集热器和3.5立方米水箱36。Kanayama开发了一个模拟程序，通过测试和研究不同形式的太

25、阳能热泵系统来评估太阳能热泵热水系统的性能37。Ullah-mz等国家的学者通过设计和搭建新加坡太阳能热泵热水系统国家实验室的测试平台。测试结果表明,当新加坡水箱出口的温度从30缓慢变化到50时,系统的集热效率一般为40%75%,cop为49。在此项研究的基础上,通过设计和优化系统,每平方米太阳能集热器对应的水箱出口容积为100l38。水源热泵空调机组的概念是20世纪60年代在日本和美国首次正式提出的,它以天然水资源为主要介质提取的能量主要用于其供热或供冷,经过多年的不断探索和研发,该水源热泵技术已在我国取得越来越大的技术成就39。其主要产品已逐步走向商业化。尽管到目前为止,水源热泵空调系统已

26、经在日本和美国的许多城市和地方被广泛采用,如大型商业建筑、住宅、学校等。这项技术进入20世纪70年代后,日本也迅速应用和推广,广河在日本横滨、东京等日本主要城市的许多大型建筑工程案例中也应用了这项水源热泵技术,直到80年代,我国也开始应用了可再生水源热泵的空调系统41,从南部的广州深圳到南部的哈尔滨和上海南京,再延伸到北部的哈尔滨和北京大连,这些主要城市也在许多的地方都应用了可再生水源热泵的技术,即北京市电力运输村采用了可再生利用水源热泵的空调系统。它的功率和能耗大约是我国传统电力锅炉的四分之一41。1.3本文研究内容及方法本系统的设计主要采用太阳能水源集热板与其他水源太阳能热泵相结合的方式进

27、行供暖。水源太阳能集热板是一种重要的可再生资源。冬季温暖或天气晴朗时,利用水源太阳能集热板产生的空气和热水进行供热,无任何污染、节能,运行的成本几乎全部为零。太阳能水源热泵系统利用水源太阳能产生的热水和空气中的剩余能量产生的热水进行供热,节能环保。通过业余时间阅读、消化、熟悉与太阳能相关的教材、书籍和研究相关文献,完成了太阳能水源热泵系统的总体设计,包括太阳能集热管道面积的计算与其选择、建筑热泵总负荷的计算、太阳能水源集热器的结构设计与计算,供热系统和管道水力的计算、通风供热系统的设计等。第二章 方案规划2.1工程概况该热水供暖项目建设基地为内蒙古呼和浩特市一栋开放式两层楼的小别墅,设有一个多

28、功能厅、接待室、车库等多种功能的办公用房。建筑层高3.3米,建筑面积约600平方米,采暖面积约500平方米。系统设计的主要目标和内容一般就是本项目建筑维修结构的热耗计算、供暖系统和太阳能热水供暖系统设计方案的选择和确定、散热器的类型和选择、太阳能集热器的面积和供暖系统体积的计算以及建筑水力的计算。该热水供暖项目公司总部位于美丽的中国北方,供热系统根据需求建筑为一栋私人高层住宅。屋顶建筑房间内部采用太阳能热泵供暖系统(热泵式供暖可选)24小时热水供暖,屋顶房间内部安装太阳能集热器,屋顶供暖房间内部设置太阳能热水箱。2.2呼和浩特市气象情况经纬度:北纬: 40.82 东经:111.65冬季大气压力

29、为1019.9Pa冬季:室外计算温度为0 最低日平均温度为-22宣外平均风速为Vw=2.8m/s最冷月相对温度:81%室内设计温度参数如表2-1所示：表2-1 室内设计温度参数房间功能多功能厅卧室接待室车库工人房公卫室内设计温度（）181818516202.3设计要求为了有效地地保证室内围护工作人员的热舒适性,根据室内工作人员室内空气的传热温度与整个围护结构内物体表面的最大热辐射温差分别确定了整个围护结构的最小传热温度和最大传热带的阻力。为了验证围护结构的热阻满足传热最小热阻的要求，本设计首先计算不同围护结构型式下不同室内温度对应的最小传热热阻，然后根据被困结构计算出所需的保温层厚度，以满足需

30、要。不同室温下的最小传热阻力见表2-2：表2-2 呼和浩特市不同室内设计温度下的最小传热热阻围护结构类型冬季围护结构室外计算温度的计算公式冬季围护结构室外计算温度（）室内计算温度为18的最小热阻（）室内计算温度为20的最小热阻（）I00.3450.383II-2.70.3980.435III-4.830.5250.5712.4计算建筑热负荷基本热耗的计算(包括屋顶、门、墙、地、窗的热耗);本户型别墅热负荷的计算仅适用于考虑建筑围护结构的传热系统热耗和建筑冷空气渗透系统热耗,在热负荷的计算中,人员热增益和照明暂不能将热耗作为有利的考虑因素。(1)围护结构基本设施耗的热量按照以下式进行计算: （2

31、-1）式中:K-围护结构的传热系数，W/（） F-围护结构的面积， a-围护结构的温差修正系数 -室内空气计算温度， -室外供暖计算温度，围护结构传热系数参照系数见表2-3。(2)围护结构附加耗热量: （2-2） 式中: Q-附加耗热量 kW/h -朝向附加率(或称朝向修正系数) -风力附加率(或称风力修正系数) -高度附加 -外门附加根据暖通规范的规定：根据表2-4规定的数值，选择不同的方位修正率为宜。冬季的平均中央空调风速一般为2-3m/s,暖通中央空调规范的相关规定一般不需要考虑中央空调附加的风速。只有建在对高原、滨江、沿海、荒野无遮蔽的高层建筑物,以及建在城市工业厂区内特别突出的高层建

32、筑物,才能合理地考虑需要增设5%-10%的具有垂直外维护作用的结构。高附加热耗是一种充分考虑房屋高度对建筑外部维修房间及其结构热耗影响的一种附加热耗。根据暖通规范:当外部维修房间高度增加率超过4米时,每1米热耗增加2%,但总热耗的增加率不可能超过15%。所以提高建筑外部维修结构的热附加消耗: （2-3）(3)冷风渗透耗热量按下式计算: （2-4）风力附加耗热量是考虑室外风速变化而对维护结构基本耗热量的修正。我国大部分式中:V-经门、窗隙入室内的总空气量， -供暖室外计算温度下的空气(密度，） C-冷空气的定压比热，这里为1kJ/kg -室内空气计算温度， -室外供暖计算温度，表2-3 围护结构

33、传热系数参照表 结构类型具体结构及参数传热系数外墙外水泥砂浆抹灰加浅色喷浆：20mm砖墙：240mm加气混凝土保温层：120mm内粉刷加油漆：20mm0.91外窗双层透明中空玻璃，窗高1.8m3.05内墙240mm普通砖墙，两侧有20mm水泥砂浆磨面，涂白色外墙涂料1屋面砖红色粘土装饰瓦屋面，瓦材下面设100mm保温层2二层顶棚水泥砂浆找平层：20mm泡沫混泥土保温层：100mm现浇钢筋混凝土楼板：70mm麻刀灰抹面：20mm0.97外门单层实木4.63外门双层实木2.34内门单层实木2.81一层顶棚1：2.5水泥砂浆抹面：20mm现浇钢筋混凝土楼板：70mm麻刀灰抹面：20mm2.33窗铝合

34、金门窗，双层玻璃3.03 表2-4 朝向修正率 朝向东、西南东南、西南北、东北、西北修正率-5-1530-10150102.5太阳能集热器设计计算 太阳能平板集热器的选型:太阳能平板集热系统一般采用太阳能平板集热器,太阳能平板热水器一般采用太阳能平板集热器。其日产水量可以满足各类型建筑物的日用水需要,太阳能平板集热器的产品总体设备设计和集热系统使用寿命均在15年以上。产品符合b/t17581-1998和gb/t17049-2005的产水量要求。太阳能集热器的管道系统按照规定的集热面积进行布置。根据目前国家给太阳的排水设计规范,热水管道温度可以设计为60,自来水管道温度15,太阳系统的热水管道温

35、度设计为45,太阳集热器的系统温升为-5c5c-30天。根据水上公寓和别墅6人的平均居住人口,每人每天平均需要60的生活热水约120公斤,则总每天需要的热水量可以设计为6120=720kg.平均每小时用水量为720/24=30kg/h每天饮水高峰期平均饮用矿泉水量的平均持续时间为4小时(18:00-22:00)高峰用水量总和为304=120kg高峰用水时需热量为1206=720kg该别墅采暖循环所需循环水量为G，由公式: （2-5）式中：G -循环水量，kg/h -本系统各采取房间热负荷的累计值，kW/h t -本系统的实际供、回水温差，根据现场的情况,在南星工程面顶部布置11组卧式标准tmo

36、rz18-18p卧式集热器,集热管南北向水平布置,与南北屋面同坡,集热器东西向串联,在北星工屋面顶部东西向布置11组卧式标准tiorz18-18p卧式集热器,集热管南北向水平布置在东西两个方向,集热器东西向串联;集热水箱全部位于楼梯间顶层梁柱框架结构的平台上。楼梯间的集热循环管道全部采用国标热镀锌管进行暗装。2.6供暖管路水力计算 水力计算步骤(1)在轴侧图上进行管段编号,立管编号并注明各管段的热负荷和管长(2)首先确定最不最便利环路。本技术系统环路为同期工程单线双管环路系统,一般情况需要优先选取最远环路立管的最近环路路段作为最不大便利环路,如下见图3-1。(3)按各主线路段管径长度计算最不能

37、便利环路各主线管段的管径图3-1 系统最不利环路a、虽然传统供水和回水输送引入的出口连接处与系统外网的连接处由于供水返回的出水压差较大,但是由于考虑其受到传统供水和回水输送系统中各环路的系统压力平衡性能损失较大而且易于严重影响系统压力平衡,设计时一般应尽量采用国际推荐的平均的比摩阻值为r。大致采用公式为60120pa/m来通过计算和分析确定最不可能需要的地下水利环路各个可供回收排水管段的溢流压力值和管径。b、根据各管段的热负荷,求出各供热管段的平均热流量,计算公式如下: （2-6）式中:Q-管段的热负荷，W -系统的设计供水温度， 系统的设计回水温度，c、根据平均比摩阻和各管段的流量查供热工程

38、附录表4-1,选定合适的管径、流速和压降。(4)确定各管段的长度(5)确定局部阻力损失(6)求各管段的压力损失P=P+Pj(7)求环路的总压力损失(8)综合计算富裕系统的大气压力梯度损失平均值。为了充分考虑影响到工程施工的富裕度及其体积的情况,可能我们需要考虑增加一些在工程系统结构设计中和成本计算中未明确需要计入的富裕度和压力的经济损失。因此,要求整个系统的经济平均值至少应有10%以上的富裕度。(9)通过对系统调节节流阀的精确调节对系统上的每个阀门和系统管径的调节长度分别进行了精确调节,把系统的不平衡率很好地精确控制在15%的功能平衡程度范围之内。入口处的电流剩余压力循环流和输出端的压力,用电

39、流调解阀自动节流消耗掉。2.7通风系统设计通风系统采用最先进的新风系统。住宅新风机管理系统在原有厨房、卫生间内部设有与排风机、排风管等配套的设施,卧室、客厅内部设有独立的进风口。排风机在系统运行时,将其原有的室内空气从进风口排出,使得室内空气产生较大的负压。在室内外新鲜空气对流和压差的相互作用下,室外的新鲜空气通过系统的进风口直接进入室内,达到室内通风的主要目的。新风空调系统的应用是我国建筑现代化和科学工程技术进一步发展的必然选择。我国建筑节能的发展离不开先进的新风系统,人的健康也离不开先进的新风空调系统。尤其特别是在室内以及人们居住的环境中,空气质量直接地影响着环境和人们的健康,人们越来越开

40、始更加重视家庭住宅的室内新风空调系统。目前,我国对于新风系统的应用认识越来越多,新风空调系统将发展成为直接影响人们日常生活的各种重要必需品之一。一与窗式的通风不同,窗式的通风不能直接过滤空气,室外的污垢通过空气随风流动直接吹进室内;新风壁挂炉通风交换供暖系统设有室内空气自动过滤新风装置,保证了送入室内的空气和新风洁净无尘。在壁挂炉采暖的季节和中央空调使用季节,开窗通风换气往往会导致室内消耗大量的能源,特别是壁挂炉独立的新风供暖系统,冬季壁挂炉燃气的成本和夏季室内空调用电的成本将直线幅度的上升;而壁挂炉新风燃气交换供暖系统的总换热器将对冬季壁挂炉冷空气交换入口和夏季壁挂炉热空气交换入口之间进行大

41、幅度的预热和冷却,热回收率可以达到80%以上,既高效又环保节能。二排风机与排风机的区别在于排风机一般安装在厨房和卫生间,排风机只能排风,不能将室外新鲜空气引入房间;而室外新风交换系统的优点是可以将更多的室内脏新鲜空气直接吸引出新的房间,也就是可以将室外的新鲜空气直接引入新的房间,从而有效保证了室内空气的质量。室内的排气扇有很大的噪音,新风通风热交换系统几乎完全听不到排气扇的噪音。三空气净化器与其他空气净化器的产品主要区别之处在于,空气净化器的产品只能直接净化存在于房间某些重要部位的新鲜空气(除臭、杀菌等),不具备将自己室内脏透了的空气直接排出其他房间、将室外的新鲜空气直接送入其他房间的空气净化

42、功能,即没有新风换气的功能,达不到室内的卫生标准,与传统的新风换气净化系统有很大的本质区别。家用新风空气交换系统主要由总热交换器、新风管、排风管、新风出口、排风及其控制部件组成。家用全热空气交换器产品可直接吊装或摆放在室内厨房、卫生间、储藏室、大厅等隐蔽处,通过新的排气管与各房间的家用新风污油出口进行连接。冬季,室内温湿污油的冷空气与室外干冷污油空气同时进行热湿空气的交换。当室外的新鲜空气通过专业的换热器时,由室内空气通过新风加热加湿后自动送入室内。室内脏空气经室外的新风污油空气冷却除湿后自动排出室外。夏季,室外新鲜潮湿的热空气和室内脏污的冷空气分别具有中等的相对温度和中等相对湿度。室内脏空气

43、主要用于热湿空气的交换。室内新鲜潮湿污油的冷空气由室外的新风污油空气加热加湿后自动排出室外。当输送排风空气交叉时,能量的交换充分,热回收率可高达80%以上,实现了高效环保的节能。该热湿交换装置还在室内配有了专业的污油空气过滤器,对室内新鲜空气进行高效的过滤,保证污油空气送入室内的新鲜空气清洁无尘。第三章 太阳能热泵系统设计3.1吸热板 在太阳能平板集热器中,太阳能吸热板(简称核心)是其核心部件。吸热板是太阳能转化为热能的关键部件,对集热器的性能有着重要的影响。吸热板的常用胶接材料有很多种,包括铜、铝合金、铜铝复合材料、不锈钢、镀锌钢、塑料、橡胶等,等。平板吊顶太阳能电池集热器流体管和吸热板上的

44、各种通流材料必须同时确保不会与流体或与其他流体相连的其他流体或材料之间发生任何电化学反应。例如,大多数的饮用水含有大量的氯离子和其他重金属的阴离子(如铜和硫酸铁),这将直接导致铝流道的严重点蚀。此外,经验研究表明,流体管和吸热板的简单机械夹紧将对流体管和集热板的热效率和强度产生很大的影响。通过采用低温钎焊、熔焊和采用高温钎焊的胶接可以很好地达到上述三种胶接目的。因此选择合适的流体管板胶接系统也是非常重要的。为了有效加强室内太阳能向其他热能的转化,吸热板的表面(面向外辐射的太阳)一般都会涂有一层涂层,以有效增强对其他太阳能的转化和吸收。由于优质的铜吸热板具有较高的导热性和良好的耐腐蚀性,故一般选

45、用优质的铜吸热板作为主要的吸热板。3.2供暖管路位置及型号确定为了有效减少热介质在输送和使用过程中的热介质损失,节约能源,保证热介质的正常使用和温度,必须对供热的管道保温材料及其附件采取保温的措施。热介质管道保温措施的采取原则和方法如下:a、室外保温热水管道内部保护采用彩钢橡胶保护管保温,厚度不可得小于40m,外部的保护较厚层b、室内主给回水管、主立管、暗供热支管c、管道敷设在易结冰的地方d、供热管道需要保温时,管道经过的房间或场所有关民用建筑水泥采暖管道的设计及其施工材料安装的节能手册请参见节能标准表3-1。管道保温层的墙体厚度不尽然有可能厚。管道内的保温层越厚,表面积越大。如果其管道表面积

46、涂层厚度极限超过一定的涂层厚度测量限制,管道的涂层厚度和材料损耗量就会随着其管道表面积的厚度极限或者厚度限制增加而不断增加。因此,管道的涂层厚度和管体保温层不能采用超过其管体表面的一定厚度极限的涂层厚度,以才能便于施工达到一个安全经济合理的保温管道目的。表3-1 保温层极限厚度参数公径（mm）3240507080100125150200250极厚（mm）4555658095110115120125130管道保温施工：(1)下水管道保温保护工作一般应在下水管道墙体防腐、水压试验检查合格后方可继续进行。如保温管道内部需先保温或已预保温,应按工程规定的时间预留施工时间在保温管道内部的各个接口处循环做

47、上焊缝,并经专门的管道水压试验检查合格后方可进行焊缝修补处并防腐保温。(2)排水管道上的法兰、阀门、套筒式二次保温器及压缩机等保温设备附件一般不保温。两侧应预留70-80m的坡度间距,保温层的顶端部应涂抹60-70度的倾斜坡度。(3)保温管壳的连接链条应错开绑扎,有连接缺陷的保温管接头用普通水泥石棉灰填实后作为保护层。管壳保护层可用普通水泥石棉灰填实后制成石灰麻面,厚度不小于10mm。保护层表面处理应光滑均匀。普通水泥石棉灰膨胀岩壳的规格见表3-2(4)以保温壳为保温层的直管段,每5-7mm预留一道5mm宽的伸缩缝。表3-2 常用水泥膨胀岩管壳规格 公称直径（mm）管壳厚度（mm）组合块数（块

48、）材料保温长度（mm）公称直径（mm）管壳厚度（mm）组合块数（块）材料保温长度（mm）154021288055240.23050268.515060223.54055256.221970215.75055250.327370213.33.3热泵机组选型水源热泵目前主要在北方寒冷的冬季地区应用,但在广大的南方地区却很少见到。主要原因是南方地区主要采用空气源热泵,冬季对空调供暖的依赖性不如北方明显。根据对太阳能辅助热水系统的具体性能要求,非雨雪的晴天辅助热泵系统的太阳能补充热负荷供水温度为20721wh,辅助热源系统则采用高压电加热进行补贴。如遇雨雪天水温达不到系统设定的温度时,辅助能源供热系统

49、自动停止启动。也可考虑选用一台水源辅助热泵作为热水机组。具体性能参数见设计表3-3:表3-3 性能参数 型号主机尺寸净重阻力能效等级额定制热量小时制水热量额定输入功率最高出水温度LSHP52R520x580x1670mm98kg50kpa五级64.54kW600L14.68kW65水源热泵机组主要设备见表3-4。表3-4 水源热泵机组主要设备表 编号设备名称型号数量参数备注1热回收型水源热泵机组LSHP52R1台夏季：制冷量52.86kw输入功率10.9kw（源水测进出水温度18/29）冬季：制热量64.54kw输入功率14.68kw（源水测进出水温度15/8）置于机房2潜水泵2台G=5.4T

50、/h;H=50m;N=3kw一用一备3空调水泵2台G=8T/h;H=24m;N=1.5kw一用一备4热水循环水泵2台G=2T/h;H=18m;N=0.75kw一用一备5地暖水泵2台G=4.5T/h;H=16m;N=0.55kw一用一备3.4设备初步选型1.一般系统根据家用空调冷负荷温度确定空调机组的型号,在热负荷较高的区域检查机组的热负荷。传统的系统一般使用较大的热负荷或冷负荷温度来辅助选择合适的系统。以35出水温度的平均制冷量或18以上出水温度的平均供热量可以作为空调机组选择家用水源热泵空调空调机组的主要依据。无电加热锅炉的系统冷负荷损失可选用2水源热泵机组,房间的热负荷损失一般需要在房间内

51、有足够供热能量的高压电加热炉进行补偿。三。水冷泵加热加温系统制冷进出口水制冷温度的设计选择基本设计原则:一般的所用水温为汽油制冷15-35,制热10-32,厂家按照国标规定的温度国标标准参数温度标定进水制冷系统进出口所用水温为30/35,热压水泵汽油加热进水系统制冷进出口所用水温为20。四。室内用电的水量、风量的标准确定和室内使用管理原则:一般的使用情况下,每千瓦时的室内水流量为0.19,风量为140-250。实际的室内制冷量和温度实际制冷的热量将根据室内温度设计的干、湿球温度而发生变化,应根据室内温度设计的干、湿球温度的实际变化情况进行适当调整和及时修正。循环式热水系统温度控制系统的结构设计

52、:该循水环系统通常由一个辅助的热水冷却塔、换热器、储热罐、辅助的热水加热器、泵及其内部相应的排水管道等等部分组成。对饮用水环水环境温度的自动控制作用范围一般为15-35。在这个使用条件下的空气温度控制功能范围内,一般不一定需要直接手动打开辅助的空气冷却式风塔或者直接打开辅助的空气加热器。水源热泵的直接回水系统一般情况都采用一次泵回水系统,操作简单,管理方便。为了考虑到整个系统的可靠运行,系统必须同时设置多台备用循环泵。一般情况建议可以将水源热泵系统多台备用循环泵进行并联。为了更好地保证每台所使用的水源热泵系统机组都在运行时能够有效地得到所需的水流量,一般情况建议直接回水系统每条支管采用相同的直

53、接回水程序;最好在每条支管上的连接处增加一个平衡阀。同时考虑到整个建筑物的使用特点,为了更好地便于直接回水管道的安装,有时候还可以考虑采用不同的直接回水系统解决方案。20第四章 系统经济分析对太阳能-水源热泵采暖系统与传统集中方式供暖系统使用经济效益分析方法对系统的经济效益和环保效益等方面进行研究分析,并进行比较分析。4.1经济效益4.1.1系统初投资由设备购置费、安装报酬、辅助工程施工费等组成系统的初投入。通过查询相关资料和询问厂家得到设备购置费(含安装费)，传统电加热锅炉采暖系统和太阳能水源热泵此案系统初投资费用如表4-1和表4-2。表4-1 传统集中供暖系统初投资费用设备名称费用(元)总

54、价(元)散热器660011700管道及配套设备3300安装费1800表4-2太阳能-水源热泵采暖系统初投资费用设备名称费用(元)总价(元)集热器360020600循环泵3300换热器600储热水箱1800生活水箱1700水源热泵5600管道及相关设备2200安装费18004.1.2系统运行费用整个采暖期太阳能-水源热泵采暖系统共消耗电能7998kWh，按呼和浩特市居民用电价格0.49元/kWh计，系统运行时消耗的电费为3919元。对于传统集中供暖系统，用户只需要按照建筑面积交纳采暖费用即可，根据呼和浩特市2018-2019年度收费标准，该地区采暖费用为7.5元/月，故采用集中供暖系统用户需花费

55、采暖费用为6000元。传统集中供暖系统命和太阳能-水源热泵采暖系统分别以10年、15年,通过计算,可以计算出系统的年费用,见表4-3。表4-3系统总年费用计算表采暖系统初投资(元)运行费用(元)年费用(元)传统集中供暖1170060007200太阳能水源热泵2060039194750由以上剖析可以得出初步结论,太阳能-水源热泵采暖系统初投资开支较大,但年费用比传统集中供暖节省1750元, 因为国家会相应出台相关政策给予补贴处于推广阶段的太阳能水源热泵,所以太阳能-水源热泵采暖系统的实际投资经费比传统集中供暖来说要低。4.1.3投资回收期投资回收期就是使累计的经济效益等于最初的投资费用所需的时间。投资回收期就是指通过资金回流量来回收投资的年限,即系统初步投资增加值和节省费用的比值。z=Ww （4-1）式中Z投资回收期