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太陽能+空氣能熱泵采暖系統在建筑上應用

放大字體  縮小字體 2020-06-13  來源:技術資料  熱度:132
太陽能+空氣能熱泵采暖系統在建筑上應用

包頭市漢諾威工業裝備科技有限責任公司  栗世芳 付加庭

  一、工程概況

  本項目為內蒙古一機集團的新能源改造項目,該工程位于一機集團一棟辦公樓,是部隊官兵訓練、活動的地方,位置遠離城區,業主只能使用煤鍋爐進行采暖,鍋爐房衛生環境差,燃煤燃燒對室外環境造成嚴重污染,而且業主需要經常半夜起來加煤兩三次,使用很不方面;節能改造前每個采暖季能耗為1034208 (MJ),耗電量為287280 kW·h。

  項目所在地包頭市位于蒙古高原的南端,瀕臨黃河、山地、平原三個地形區域,地理坐標為東經109°83′,北緯40°65′。屬于太陽能資源介于二類至三類地區:全年日照時間總共2882.2小時;每天的集熱時間8小時,一年300天的晴朗天氣,陽光輻照量平均在1100W/m2。冬季最冷天是11月到1月,持續90天。 冬季采暖季共6個月,從10月15日開始到次年4月15日結束。

  該項目共有4棟建筑需要采暖,為餐廳和辦公室,建筑全部為一層樓,磚混結構,總計采暖面積約950?,改造前采用小型燃煤鍋爐采暖,采暖末端為鑄鐵暖氣片。通過包頭市漢諾威工業裝備科技有限公司對該項目的改造,采用太陽能+空氣能熱泵相結合的采暖系統取締燃煤鍋爐,環保節能,系統全自動化控制,室內溫度恒定18℃~22℃,不需要人工維護管理;建筑提供采暖及非采暖季生活熱水需求。當連續陰雨天或惡劣天氣條件下,太陽能收集熱量不足以滿足建筑采暖及熱水需求時,由超低溫空氣源熱泵提供建筑采暖及熱水需求。室內采暖末端鑄鐵暖氣片,設計水溫70℃。改造后,一個采暖季耗電61560 kW·h。系統節能改造后節能率為78.6%。對采用清潔能源進行節能減排,大力推進清潔能源的應用具有推動作用,必將成為北方嚴寒寒冷地區冬季采用清潔能源采暖的經典案例和標桿工程。

  二、設計參數

  1、地理位置及氣象數據

  內蒙古包頭市(地理坐標:東經109°83′,北緯40°65′),屬半干旱中溫帶大陸性季風氣候。據《包頭市2011年國民經濟和社會發展統計公報》,全年平均氣溫為7.2℃,年平均風速1.2 m/s,年降水總量421.8mm,年日照時數2882.2小時。

  2、輻照資料

  輻照資料依據包頭市氣象資料,太陽輻照量資料如下:

  表1:太陽輻照量表

  采暖季日均輻照量:18.22MJ/(?·d)

  3、基礎水溫(冷水計算溫度)

  根據用戶提供數據,冷水計算溫度為10℃。

  4、采暖熱負荷

  根據現場勘察及實際計算得知,采暖熱負荷為80W/?。

  5、空間利用率

  本項目空間利用率選取為100%。

  6、太陽能保證率

  由于建筑為后山靶場,遠離城市管網,能源稀缺,從節約常規能源、系統投資效益方面考慮,太陽能保證率選取50%。

  7、設計依據參數

  8、設計指標及設計思路:

 ?。?)提供建筑面積為950?的餐廳、辦公樓24小時采暖需求;

 ?。?)非采暖季提供6000L/d的生活熱水;

  三、系統組成

  太陽能集熱器、超低溫空氣源熱泵、儲能裝置、換熱裝置、管路、儀表、保溫材料、支架、控制系統等

  四、系統原理圖

  五、設計特點

  1、系統可靠性高、使用壽命長:一般太陽能系統的壽命為10年。而漢諾威太陽能集熱系統防凍、防漏、無腐蝕、耐高溫、耐嚴寒,即使部分集熱管因自然或其它意外損壞,系統也能正常使用;使整體系統的壽命延長至20年以上,也保證了系統的高效性和經濟性,而且使得整個系統運行更加可靠、穩定,機組效率更高,運行更平穩。

  2、系統熱效率高:采用國際先進的相變儲能技術制造的集熱器,系統集熱效率高、熱損失少,顯著減少輔助能源的消耗。

  3、環保友好:太陽能采暖、熱水技術,有效利用太陽能資源和相變儲能技術,不消耗化石能源,無污染物排放,是綠色環保的技術。

  4、超低溫空氣源熱泵:通過對空氣源熱泵供熱壓縮機和換熱器技術改進并采用寒冷地區專用制冷劑和智能除霜技術,使超低溫空氣源熱泵更好地適應北方嚴寒寒冷地區的采暖市場。

  5、節約能源:太陽能是取之不盡用之不竭的自然能源,結合吸收和儲存太陽能輻射能量,有效平衡冬季和夏季冷熱需求,不僅節約能量消耗,而且符合自然運行規律。

  6、建筑相結合:采暖系統設計綜合考慮建筑美觀及使用性能、用戶使用情況、集熱器規格及性能參數、系統配置及運行方式、使用和維修、節能與安全、經濟效益等因素進行設計,力求太陽能與建筑完美結合。

  五、能效分析

  1、對項目實施檢測分析內容

 ?。?)節能改造前用能情況:節能改造前能耗為每個采暖季1034208 (MJ),耗電量為287280 kW·h。

 ?。?)節能改造內容:拆除原來的煤炭鍋爐及水設施,安裝太陽能采暖與空氣源熱泵相結合的PLC全自動控制系統。

 ?。?)節能改造產生的節能效果分析:

 ?、俟澞芨脑烨?,一個采暖季耗電287280 kW·h。

 ?、诠澞芨脑旌?,一個采暖季耗電61560 kW·h。

 ?、酃氏到y節能改造產生的效果為:節能78.6%。

  2、節能改造效益和投資回收期分析:

 ?、莒o態回收期:經過計算可知,該系統回收期為2.8年。

  3、能耗監測內容

 ?。?)使用獨立計量電表與遠程監控系統結合實時監控檢測

 ?、俦O控設備圖:

 ?、诒O控數據表:

 ?。?)節能量測算結果:

  節能改造之前每個采暖季耗電量為287280 kW·h,節能改造之后每個采暖季用電量為61560kW·h,一個采暖季節約電量為225720kW·h,

  故節能量為:78.6%。

 ?。?)節能效益測算結果:

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