熱泵技術(shù)應(yīng)用課件

1、空氣源熱泵輔助加熱太陽能集中熱水 系統(tǒng)設(shè)計的設(shè)計和應(yīng)用 page 2摘摘 要要空氣源熱泵輔助加熱太陽能熱水系統(tǒng)的分析空氣源熱泵輔助加熱太陽能熱水系統(tǒng)的分析工程設(shè)計案例工程設(shè)計案例空氣源熱泵輔助太陽能熱水系統(tǒng)目前存在的問題空氣源熱泵輔助太陽能熱水系統(tǒng)目前存在的問題結(jié)語結(jié)語各種類型熱水加熱裝置耗能和經(jīng)濟性對比各種類型熱水加熱裝置耗能和經(jīng)濟性對比 目錄目錄page 3 摘要 太陽能、空氣能作為可再生能源，在建筑節(jié)能中越來越受到人們的重視。本文對空氣源熱泵輔助加熱太陽能集中熱水系統(tǒng)的特點、適用范圍、運行工況以及系統(tǒng)設(shè)計進行分析和探討，從而實現(xiàn)太陽能熱水器與建筑一體化設(shè)計，促進空氣源熱泵輔助加熱太陽能熱

2、水技術(shù)在建筑領(lǐng)域的推廣應(yīng)用。page 4一、空氣源熱泵輔助加熱太陽能熱水系統(tǒng)的分析 空氣源熱泵輔助太陽能熱水系統(tǒng)是將空氣源熱泵機組和太陽能熱水空氣源熱泵輔助太陽能熱水系統(tǒng)是將空氣源熱泵機組和太陽能熱水裝置兩種高效熱水設(shè)備有機組合在一起，通過精確的智能控制系統(tǒng)，在光裝置兩種高效熱水設(shè)備有機組合在一起，通過精確的智能控制系統(tǒng)，在光照充足的情況下利用太陽能加熱，在太陽能不足時開啟空氣源熱泵熱水機照充足的情況下利用太陽能加熱，在太陽能不足時開啟空氣源熱泵熱水機組，代替?zhèn)鹘y(tǒng)的電熱管對水加熱，以滿足不同用戶的需求。該系統(tǒng)同時具組，代替?zhèn)鹘y(tǒng)的電熱管對水加熱，以滿足不同用戶的需求。該系統(tǒng)同時具備了環(huán)保節(jié)能和運

3、行穩(wěn)定的功能，既保證了熱水溫度又降低了運行成本，備了環(huán)保節(jié)能和運行穩(wěn)定的功能，既保證了熱水溫度又降低了運行成本，具有應(yīng)用推廣價值。具有應(yīng)用推廣價值。page 51.1 空氣源熱泵輔助太陽能熱水系統(tǒng)的構(gòu)成 空氣源熱泵輔助太陽能熱水系統(tǒng)主要有3部分構(gòu)成：即太陽能熱水裝置、空氣源熱泵熱水機組、控制器部分。另外有熱水保溫水箱、連接管道等輔助部分。（1 1）太陽能熱水裝置。其主要部件為太陽能集熱器）太陽能熱水裝置。其主要部件為太陽能集熱器。它的最大優(yōu)勢是在日照充足的條。它的最大優(yōu)勢是在日照充足的條件下，整個體系運行成本幾乎為零，而且使用維護簡單、壽命長、安全，這也是目前在件下，整個體系運行成本幾乎為零，

4、而且使用維護簡單、壽命長、安全，這也是目前在太陽能比較豐富的地區(qū)應(yīng)用廣泛且作為主要能源的重要原因。其缺點是：當(dāng)天氣條件不太陽能比較豐富的地區(qū)應(yīng)用廣泛且作為主要能源的重要原因。其缺點是：當(dāng)天氣條件不利（如光照不足、夜間等情況）或者屋面可放置集熱器的面積有限時，不能保證用戶所利（如光照不足、夜間等情況）或者屋面可放置集熱器的面積有限時，不能保證用戶所需的熱水溫度，此時必需用電輔助加熱，但耗能會大大增加。需的熱水溫度，此時必需用電輔助加熱，但耗能會大大增加。（2 2）空氣源熱泵熱水機組。該機組是一種利用電動機驅(qū)動，采用蒸汽壓縮循環(huán)，將低溫）空氣源熱泵熱水機組。該機組是一種利用電動機驅(qū)動，采用蒸汽壓縮

5、循環(huán)，將低溫?zé)嵩矗諝饣蛩┑臒崃哭D(zhuǎn)移到較高溫的被加熱水中，來制取生活熱水和采暖熱水的新熱源（空氣或水）的熱量轉(zhuǎn)移到較高溫的被加熱水中，來制取生活熱水和采暖熱水的新型設(shè)備?？諝庠礋岜脽崴畽C組作為高效集熱并轉(zhuǎn)移熱量的裝置，可以將低溫?zé)崮芟蚋邷匦驮O(shè)備?？諝庠礋岜脽崴畽C組作為高效集熱并轉(zhuǎn)移熱量的裝置，可以將低溫?zé)崮芟蚋邷責(zé)崮苻D(zhuǎn)移。它的最大優(yōu)勢是只要室外環(huán)境溫度在機組運行范圍內(nèi)（熱能轉(zhuǎn)移。它的最大優(yōu)勢是只要室外環(huán)境溫度在機組運行范圍內(nèi)（-1050 -1050 ）就可以全）就可以全天候直供熱水，彌補了太陽能熱水裝置本身存在的缺陷，節(jié)約了用電。天候直供熱水，彌補了太陽能熱水裝置本身存在的缺陷，節(jié)約了用電。

6、（3 3）控制器部分。該部分主要有溫度傳感器、壓力控制器、恒溫控制器、電磁閥、電子）控制器部分。該部分主要有溫度傳感器、壓力控制器、恒溫控制器、電磁閥、電子控制芯片等組成，用來自動調(diào)節(jié)熱水達到所需溫度?？刂菩酒冉M成，用來自動調(diào)節(jié)熱水達到所需溫度。page 61.2 空氣源熱泵輔助太陽能熱水系統(tǒng)主要在4種情況下運行( 1) 太陽能集熱系統(tǒng)直接加熱生活熱水。在日照充足的白天, 系統(tǒng)按此工況工作, 此 時太陽能熱水循環(huán)泵的工作由系統(tǒng)控制器根據(jù)太陽能集熱器和太陽能儲熱罐水溫進行控制。( 2) 空氣源熱泵輔助太陽能集熱系統(tǒng)加熱生活熱水。當(dāng)陰雨天或光照不足, 太陽能集熱系統(tǒng)不足以使生活熱水箱溫度達到設(shè)計

7、水溫時, 水箱感溫元件檢測水溫啟動空氣源熱泵熱水機組加熱, 當(dāng)水箱水溫達到設(shè)定值時, 空氣源熱泵熱水機組自動關(guān)閉。( 3) 太陽能和熱泵機組同時加熱生活熱水。在日照良好情況下, 如果熱水系統(tǒng)的耗熱量大于太陽能集熱系統(tǒng)的有效供熱量或太陽能集熱器的數(shù)量較少, 不能滿足熱水系統(tǒng)的用熱需求, 則太陽能和熱泵機組同時工作向熱水系統(tǒng)供熱。系統(tǒng)采用自動溫差控制循環(huán)加熱, 根據(jù)太陽能熱水系統(tǒng)的運行情況、環(huán)境狀況, 結(jié)合空氣源熱泵的性能特點來自動切換熱泵機組的運行, 最大限度少開機或不開機, 從而確保熱水在不低于55 e 供應(yīng)下限的前提下, 為太陽能的充分利用提供保障,同時也為機組的節(jié)能利用和安全運行提供可靠的

8、保證。( 4) 空氣源熱泵機組直接加熱生活熱水。在連續(xù)的雨雪天氣, 熱水系統(tǒng)所需熱量完全由空氣源熱泵機組提供。此時, 太陽能系統(tǒng)處于待機狀態(tài), 熱泵機組單獨工作對熱水箱加熱。page 71.3 空氣源熱泵輔助太陽能熱水系統(tǒng)的控制原理 圖圖1 1 空氣源熱泵輔助加熱太陽能熱水系統(tǒng)原理空氣源熱泵輔助加熱太陽能熱水系統(tǒng)原理page 8二、各種類型熱水加熱裝置耗能和經(jīng)濟性對比 以將1 t水從平均溫度15 加熱至平均55 為例，環(huán)境溫度為常溫狀態(tài)，所需的熱量為。各種類型熱水系統(tǒng)熱效益見表1，各種類型熱水加熱裝置經(jīng)濟性對比見表2。名稱理論熱值性能系數(shù)cop%實際熱值電3583kj/kwh953404kj/

9、kwh天然氣35833kj/m7526875kj/m煤17920kj/kg6411469kj/kg空氣源熱泵熱水器3583kj/kwh40014332kj/kwh表表1 1 各種類型熱水系統(tǒng)熱效率各種類型熱水系統(tǒng)熱效率page 9 表2 各種類型熱水加熱裝置經(jīng)濟性對比名稱加熱水量所需熱源熱源單價所需費用計算公式總費用/元電熱水器1t電0.727元/kwh（q/y)z，式中q代表所需熱量，y代表實際熱值，z代表熱原單價35.77燃氣鍋爐天然氣3.16元/m19.7燃煤鍋爐煤0.7元/kg10.22空氣源熱泵熱水器電0.727元/kwh8.49空氣源熱泵輔助太陽能熱水系統(tǒng)太陽能（輔助加熱為電能）0

10、.727元/kwh（輔助加熱部分費用）08.49注：因氣候、日照、太陽能集熱板面積、系統(tǒng)安裝等原因，太陽能輔助加熱存在注：因氣候、日照、太陽能集熱板面積、系統(tǒng)安裝等原因，太陽能輔助加熱存在不確定性，故本系統(tǒng)費用在一定范圍內(nèi)波動；不確定性，故本系統(tǒng)費用在一定范圍內(nèi)波動；page 10 從表從表1 1，表，表2 2中可以看出，空氣源熱泵輔助太陽能熱水系統(tǒng)是目前最經(jīng)濟的中可以看出，空氣源熱泵輔助太陽能熱水系統(tǒng)是目前最經(jīng)濟的熱水系統(tǒng)。太陽能熱水系統(tǒng)受天氣因素影響很大，需經(jīng)常開啟輔助加熱管。而熱水系統(tǒng)。太陽能熱水系統(tǒng)受天氣因素影響很大，需經(jīng)常開啟輔助加熱管。而傳統(tǒng)的輔助加熱模式與電熱水器并無兩樣，能耗較

11、大，使用空氣源熱泵技術(shù)替?zhèn)鹘y(tǒng)的輔助加熱模式與電熱水器并無兩樣，能耗較大，使用空氣源熱泵技術(shù)替代傳統(tǒng)的電熱管加熱，能耗就大幅降低。代傳統(tǒng)的電熱管加熱，能耗就大幅降低。page 11三、工程設(shè)計案例1. 1. 設(shè)計說明設(shè)計說明 太陽能熱水系統(tǒng)采用熱管式集熱器。太陽能集熱器、太陽能集熱水箱太陽能熱水系統(tǒng)采用熱管式集熱器。太陽能集熱器、太陽能集熱水箱均安裝在居民生活小區(qū)的屋頂，實現(xiàn)一體化結(jié)構(gòu)。系統(tǒng)配置空氣源熱泵熱均安裝在居民生活小區(qū)的屋頂，實現(xiàn)一體化結(jié)構(gòu)。系統(tǒng)配置空氣源熱泵熱水機組作為太陽能熱水系統(tǒng)的輔助熱源。水機組作為太陽能熱水系統(tǒng)的輔助熱源。2. 2. 工程概況工程概況 本項目為上海某大學(xué)已建學(xué)生

12、公寓加建太陽能集中供熱系統(tǒng)，用于學(xué)本項目為上海某大學(xué)已建學(xué)生公寓加建太陽能集中供熱系統(tǒng)，用于學(xué)生洗浴，熱水用量為生洗浴，熱水用量為17.5 t/d(17.5 t/d(根據(jù)實際情況根據(jù)實際情況) )，熱水溫度為，熱水溫度為55 (55 (溫度可溫度可以調(diào)節(jié)以調(diào)節(jié)) )，公寓樓共，公寓樓共6 6 層，本次太陽能集中供熱水系統(tǒng)安裝在建筑層，本次太陽能集中供熱水系統(tǒng)安裝在建筑6 6 層樓層樓屋頂上，實現(xiàn)一體化結(jié)構(gòu)。屋頂上，實現(xiàn)一體化結(jié)構(gòu)。page 123.3.太陽能系統(tǒng)設(shè)計計算太陽能系統(tǒng)設(shè)計計算3.1 3.1 設(shè)計用氣象參數(shù)設(shè)計用氣象參數(shù) 上海的地理位置，年太陽輻照量為上海的地理位置，年太陽輻照量為4

13、497.261mj/m24497.261mj/m2，年日照時數(shù)為，年日照時數(shù)為1997.5 1997.5 h h，年平均溫度為，年平均溫度為1616，年平均日太陽輻照量為，年平均日太陽輻照量為12.3mj/m212.3mj/m2，屬于太陽能資源可，屬于太陽能資源可利用區(qū)域。利用區(qū)域。3.2 3.2 太陽能集熱系統(tǒng)面積的確定太陽能集熱系統(tǒng)面積的確定)1 (/)(lcdtiendwwcjfttcqa 式中：式中： 為直接系統(tǒng)集熱器采光面積，為直接系統(tǒng)集熱器采光面積， ； 為日均用水量，為日均用水量， ； 為水的密度，為水的密度， ； 為儲水箱內(nèi)水的終止溫度為儲水箱內(nèi)水的終止溫度( (用水溫度用水溫

14、度) )，； 為水的定壓比熱容，為水的定壓比熱容， ； 為水的初始溫度，為水的初始溫度，（式中?。ㄊ街腥?515）；）； 為集熱器受熱面上年均日輻照量，為集熱器受熱面上年均日輻照量， ； 為太陽能保證率，無量綱為太陽能保證率，無量綱( (式中取值式中取值0.4)0.4)； 為集熱器全日集熱效率，無量綱（式中取值為集熱器全日集熱效率，無量綱（式中取值0.50.5）；）； 為管路及儲水箱熱損失率，無量綱（式中取值為管路及儲水箱熱損失率，無量綱（式中取值0.20.2）。）。 經(jīng)計算得出經(jīng)計算得出 =234=234。ca2mwqkglkg /endtwcit)./(lkgkjtj2/mkjfcdlca

15、page 133.3 太陽能集熱循環(huán)泵設(shè)計 太陽能集熱系統(tǒng)流量按照 取值，本系統(tǒng)取 計算，則系統(tǒng)的循環(huán)流量為 。系統(tǒng)的集熱循環(huán)熱水管路與儲熱水箱連接，管路配置管道式熱水循環(huán)泵，并配置備用泵。根據(jù)施工現(xiàn)場的條件，結(jié)合現(xiàn)場情況，選擇水泵型號。2/02. 0015. 0msl2/018. 0mslsl/212. 43.4 3.4 儲熱系統(tǒng)設(shè)計儲熱系統(tǒng)設(shè)計 根據(jù)日用量，設(shè)置根據(jù)日用量，設(shè)置1 1個個18t18t的不銹鋼方形水箱作為太陽能集熱循環(huán)系的不銹鋼方形水箱作為太陽能集熱循環(huán)系統(tǒng)的儲熱水箱。統(tǒng)的儲熱水箱。page 14 4.空氣源熱泵熱水系統(tǒng)設(shè)計計算4.1 設(shè)計參數(shù) 考慮冬季工況下滿足熱水供應(yīng)要求

16、，最低環(huán)境溫度按-10 設(shè)計；最低補水溫度5 ；熱水額定溫度55 ；設(shè)計循環(huán)恒溫補水加熱式；每天熱水用量17.5t。4.2 熱泵機組運行時間確定 根據(jù)熱泵機組國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定和該工況的性質(zhì)，擬定取機組最冷工況的運行時間為18 h，滿足系統(tǒng)每日供水的需求。page 154.3 日耗熱量的計算根據(jù)設(shè)計資料，學(xué)生公寓樓所需的熱水總用量最大為17.5t，水溫要求在55。86400/ )(lrrrdttcqq式中：式中： 為最高日平均耗熱量，為最高日平均耗熱量， ； 為最高日熱水量，為最高日熱水量， ，取，取 ； 為水的比熱，為水的比熱， ； 為熱水密度，為熱水密度， ； 為熱水設(shè)計溫度，為熱水設(shè)計溫度，；

17、 為冷水設(shè)計溫度，為冷水設(shè)計溫度，。經(jīng)計算得出經(jīng)計算得出 =42.4=42.4 。dqkwrqdm /3dm /5 .173c)/(kkgjlkg /rtltdqkw4.4 熱泵機組制熱量的選擇11/24tqkqdg式中：式中： 為熱泵機組設(shè)計小時平均供熱量，為熱泵機組設(shè)計小時平均供熱量， ； 為最高日平均耗熱量，為最高日平均耗熱量， ； 為熱泵機組設(shè)計工作時間，為熱泵機組設(shè)計工作時間， ； 為安全系數(shù)（式中取為安全系數(shù)（式中取1.051.05）。）。經(jīng)計算經(jīng)計算 =59.36=59.36 。gqkwdqkw1th1kgqkwpage 16 考慮溫度及結(jié)霜影響取綜合影響系數(shù)為考慮溫度及結(jié)霜影響

18、取綜合影響系數(shù)為0.750.75，則機組的名義制熱，則機組的名義制熱量量 。根據(jù)機組的名義制熱量進行熱泵機組的選擇。根據(jù)機組的名義制熱量進行熱泵機組的選擇。4.5 4.5 機組選型配比機組選型配比kwq7975. 0/36.594.6 空氣源熱泵系統(tǒng)循環(huán)水泵tcqqgx)2 . 115. 1 (式中：式中： -循環(huán)流量，循環(huán)流量， ； -設(shè)計小時供熱量，設(shè)計小時供熱量， ； -空氣源熱泵機組被加熱水溫升（空氣源熱泵機組被加熱水溫升（）一般為）一般為5 577。xqhl/gqhkj /tpage 17揚程：揚程：)( 3 . 1pebhhhh 式中：式中： -循環(huán)泵揚程（循環(huán)泵揚程（kpakpa）；）； -換熱器阻力損失換熱器阻力損失kpa.kpa.； -熱泵機組內(nèi)蒸發(fā)器的阻力損失（熱泵機組內(nèi)蒸發(fā)器的阻力損失（kpakpa）由設(shè)備商提供；）由設(shè)備商提供； -連接管路損失（連接管路損失（kpakpa）。）。 根據(jù)空氣源熱泵熱水機組的循環(huán)流量，查看水泵揚程流量曲線，選根據(jù)空氣源熱泵熱水機組的循環(huán)流量，查看水泵揚程流量曲線，選擇水泵型號。擇水泵型號。hbhehphpage 18四、空氣源熱泵輔助太陽能熱水系統(tǒng)目前存在的問題n 投資較大 由于空氣源熱泵輔助太陽能熱水系統(tǒng)是2種高效熱水裝置的結(jié)合，因此首次購用成本較大，但應(yīng)用成本較低，相信今后在市場競爭中會生產(chǎn)出性價比更高的產(chǎn)品。n 系統(tǒng)