解決方案
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空氣源熱泵及電鍋爐大型冷暖項(xiàng)目中,如何利用水箱蓄能來(lái)節(jié)能降耗?
作者: 發(fā)布于:2019-2-28 10:05:44

空氣源熱泵及電鍋爐大型冷暖項(xiàng)目中,如何利用水箱蓄能來(lái)節(jié)能降耗?


  我做空氣源熱泵機(jī)組在大型冷暖項(xiàng)目中應(yīng)用是從2012年大連開(kāi)始的,隨后在新疆和田地區(qū)大面積地展開(kāi),到目前為止,國(guó)內(nèi)和國(guó)外尚未形成一套完整的成熟的設(shè)計(jì)、安裝、運(yùn)行方案,系統(tǒng)冬季的節(jié)能運(yùn)行與節(jié)能設(shè)計(jì)仍處在摸索階段,以下提出的內(nèi)容和方式,是我多年來(lái)摸索實(shí)踐并在北方大規(guī)模應(yīng)用的經(jīng)驗(yàn)方法,希望能起到拋磚引玉的作用,以供讀者參考。

  一、節(jié)能設(shè)計(jì)的內(nèi)容

  設(shè)計(jì)兩大原則

  (a)空氣源熱泵機(jī)組的出水溫度盡量低(35-45℃)

  (b)空氣源熱泵機(jī)組的運(yùn)行時(shí)間段要選擇在環(huán)境溫度較高的時(shí)間段,或選擇在有谷電價(jià)的時(shí)間段中運(yùn)行

  為實(shí)現(xiàn)空氣源熱泵主機(jī)在環(huán)境溫度較高的時(shí)間段運(yùn)行,或在選擇在谷電價(jià)的時(shí)間段運(yùn)行,需要用水箱蓄能和建筑物蓄能的方式把熱能儲(chǔ)存起來(lái),在其它的時(shí)間段釋放熱能,從而到達(dá)節(jié)能降低運(yùn)行費(fèi)用的目的。


  二、水箱蓄能

  由于水的比熱容較大4186j/kg(即4186j/升),水是廉價(jià)的蓄熱介質(zhì),所以工程上通常選用水箱蓄熱的方式。

  1.方式一:僅用空氣源熱泵給水箱加熱的蓄熱方式

  由于空氣源熱泵機(jī)組的產(chǎn)水溫度低,水箱蓄能的最大溫差是15℃左右(水溫從35℃升到50℃),所以1立方米水的最大蓄熱量只有15000千卡=17.44kwh(1kwh=860千卡,1千克水溫度上升1攝氏度,吸收的熱量為1千卡,1Kwh折合860Kcal(千卡);均忽略能量轉(zhuǎn)化效率,余同)。

  高位水箱的作用:為系統(tǒng)補(bǔ)水、系統(tǒng)水的冷熱膨脹預(yù)留空間,沒(méi)有蓄能的作用,不參與末端的水循環(huán);

  蓄能水箱的作用是為系統(tǒng)儲(chǔ)存熱量(冷量),參與末端的水循環(huán)。

  蓄能水箱的容積=水箱需要儲(chǔ)存的熱能/溫差(此公式忽略熱損失)

  如,熱負(fù)荷指標(biāo)是45w/㎡,1000平的建筑儲(chǔ)存10個(gè)小時(shí)的熱量,需要的水箱容積是:(450kwh×860千卡/kwh)/15=25.8立方米,

  考慮到水箱散熱的熱損失,水箱的容積應(yīng)再增加15%的余量,水箱的容積應(yīng)是25.8×1.15=30立方米,即盛水30噸。

  由此可見(jiàn),這種水箱蓄能的缺陷:增加安裝成本,占據(jù)空間大、承重超出了建筑的設(shè)計(jì)要求,散熱損失大、運(yùn)行費(fèi)用高。

  2.方法二:用電鍋爐+空氣源熱泵主機(jī)給水箱加熱的蓄能方式

  現(xiàn)在介紹第二種方法,采用電鍋爐+空氣源熱泵主機(jī)給水箱加熱的蓄能方式。

  首先把空氣源熱泵主機(jī)把水箱中的水溫從35℃提升到50℃,電鍋爐再把水溫提升到95℃,合計(jì)提升溫差60℃。所以,1立方米的水蓄熱量是60000千卡=69.77kwh。

  水箱的容積=水箱需要儲(chǔ)存的熱能/溫差

  例如,熱負(fù)荷指標(biāo)是45w/㎡,1000㎡的建筑儲(chǔ)存10個(gè)小時(shí)的熱量,需要的水箱容積是:(450kwh×860千卡/kwh)/60=6.45m3,

  考慮到水箱散熱的熱損失,水箱的容積應(yīng)再增加15%的余量,水箱的容積應(yīng)是6.45×1.15=7.4m3,即盛水7.4噸。

  電鍋爐的制熱功率=水箱儲(chǔ)存的熱能×45/60÷電鍋爐的工作時(shí)間(忽略電發(fā)熱轉(zhuǎn)換效率)

  例如,熱負(fù)荷指標(biāo)是45w/㎡,1000㎡的建筑儲(chǔ)存10個(gè)小時(shí)的熱量,需要電鍋爐的功率是:450kwh×45/60÷10h=33.75kw

  考慮到散熱等損失,電鍋爐的功率應(yīng)再增加15%的余量,因此,實(shí)際上電鍋爐的制熱功率應(yīng)是33.75×1.15=38.8kw。

  由此可見(jiàn),這種蓄能方式水箱的容積是前者的1/4,大幅度地減少了水箱的占地面積及建筑物的承重負(fù)擔(dān)。

  3.方式三:利用峰谷電水箱蓄熱

  在晚間谷電價(jià)的時(shí)間段中,空氣源熱泵機(jī)組把蓄熱水箱的水溫從35℃提升到50℃,電鍋爐再把水溫提升到95℃。

  每1kg水溫度升高60℃的蓄熱量為60千卡=0.06977kwh

  即1T水(容積1立方米)的蓄熱量為:69.77kwh。

  如,西安1000㎡非節(jié)能建筑,按熱負(fù)荷指標(biāo)為60W/㎡計(jì)算,

  儲(chǔ)存8個(gè)小時(shí)溫度升高60℃熱能需要水箱的容積是:

  60*8kwh/69.77kwh=6.878m3;

  所以水箱的容積約為7m3(如空氣源熱泵機(jī)組15度溫差容積為28m3)。


  這種蓄熱方式的優(yōu)勢(shì)在于:

  (a)有效地利用了低谷電,對(duì)整個(gè)電網(wǎng)來(lái)講,起到了“削峰填谷”的作用,對(duì)用戶(hù)來(lái)講,降低了運(yùn)行費(fèi)用(有的項(xiàng)目谷電價(jià)0.3元/kwh,峰電價(jià)1.2元/kwh);

  (b)與使用蓄熱電鍋爐相比,設(shè)備的造價(jià)低;

  (c)與使用蓄熱電鍋爐相比,設(shè)備占據(jù)空間少,重量輕,減少了建筑的承重負(fù)荷。

  三、蓄熱水箱的安裝要領(lǐng)

  1.要使用保溫水箱,減少水箱的熱損失

  2.承重符合建筑物的設(shè)計(jì)要求,在建筑物設(shè)計(jì)承重范圍之內(nèi)

  3.具體安裝方式

  二次循環(huán)系統(tǒng)水箱側(cè)的流量在溫度調(diào)控閥的可控流量范圍之內(nèi)的項(xiàng)目,采用混水器+溫度調(diào)控閥的方式。溫度調(diào)節(jié)閥依靠混水器與末端的循環(huán)水溫控制熱水箱與混水器之間的循環(huán)水的流量,使末端循環(huán)系統(tǒng)的水溫在要求的范圍之內(nèi)。

  這種方式適合蓄熱量較小的項(xiàng)目。


  (左側(cè)是一次循環(huán)系統(tǒng),右側(cè)是二次循環(huán)系統(tǒng),二次循環(huán)系統(tǒng)的作用是將水溫平衡在末端需求的水溫段上)

  二次循環(huán)系統(tǒng)水箱側(cè)的流量在溫度調(diào)控閥的可控的流量范圍之外的項(xiàng)目,采用板式換熱器+變頻水泵的方式,變頻水泵依據(jù)板式換熱器與末端的循環(huán)水溫控制熱水箱與板式換熱器之間的循環(huán)水的流量,使末端循環(huán)系統(tǒng)的水溫在要求的范圍之內(nèi)。

  這種方式適合蓄熱量較大的項(xiàng)目。


  (左側(cè)是一次循環(huán)系統(tǒng),右側(cè)是二次循環(huán)系統(tǒng),二次循環(huán)系統(tǒng)的作用是將水溫平衡在末端需求的水溫段上)

  此外,除了水箱蓄能,實(shí)際上更推薦利用建筑本身來(lái)蓄能。這是因?yàn)椋悍蠂?guó)家節(jié)能建筑標(biāo)準(zhǔn)的建筑物,維護(hù)結(jié)構(gòu)熱惰性指標(biāo)D>6,尤其是地暖項(xiàng)目,建筑物本身就是一個(gè)巨大的蓄能體。

  建筑物蓄能的特點(diǎn):不需要再投入其它的蓄能設(shè)備,不占建筑物空間,不用考慮建筑物的承重問(wèn)題,設(shè)備的投入少,同時(shí)蓄熱量大。因此,在節(jié)能建筑的前提下,應(yīng)充分利用建筑蓄能,盡量不使用水箱蓄能的方式。