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  太阳能和空气源热泵互补恒压供热水项目



       项目概况及设计思路

       本项目建设单位为上海***食品有限公司,现员工浴室洗浴热水由天然气锅炉供应,目前热水使用存在能源消耗较高,高峰时热水量不能满足使用要求的情况。建设单位要求设计太阳能节能热水系统解决目前存在的问题。

建设单位要求:男女浴室各选取3个洗浴喷头从早上9时至凌晨2时由太阳能系统不间断供应热水,热水供应时间每天为17小时,根据用水定额4分龙头每小时出水量为0.4-0.5T(按0.5T计),则6只龙头小时供热水量为3T,则每天热水量为51吨(3T*17=51T),正常洗浴热水温度为37~40℃,热水供水压力为1.5KG,则太阳能系统设计标准按每天供应45°热水50吨以上计算。


               小时水量定额

           热水用水量及一般水温要求


本项目设计为太阳能及空气源热泵互补热水系统项目,日热水总量设计为40吨(55度)或(45度)热水50吨;由于受建设单位场地限制,热水水箱设计为2台6吨不锈钢保温水箱(单台有效容积5吨),太阳能集热面积按10吨配置集热面积为150平米,系统主加热动力为4台清华同方TFS-SKR840S空气源热泵系统可以满足热水使用要求;该系统相比燃气锅炉系统年能耗可确保降低75%以上,同时系统水电分离彻底无安全隐患。

 

   为达到热水使用的舒适性,项目的热水供水方式为恒压供水,温控回水保证热水供应的舒适性及各用水点的水压平衡;

太阳能控制柜为PLC控制系统,可实现远程监控等功能。

太阳能集中热水供应系统热源及加热方式:

1)由太阳能集热系统和热泵热水器提供55℃以上热水共同作为热源。

2)太阳能采用强制循环加热系统,集热器采用真空管集热器。

3)太阳能集热器热媒通过加热后送至太阳能贮热水箱中。

4)太阳能恒温水箱温度未达到设定值时,由空气源热泵提供的55℃热水加热至设定值后供水(设定值温度可调节)。

                太阳能系统节能回报率比较

本项目建成后,将对节约能源费用做出积极的贡献。相比建设单位天然气锅炉加热系统,本项目每年可以产生如下节能效果。

项目

太阳能+热泵

天然气锅炉

 40吨水15℃升温到55℃每天需提供能量(Kcal)

1376000

1376000

 理论热值  (Kcal/Kwh)

860

8,500

效率

400%

75%

每天能源耗用

488.4Kwh/d)

263.6m3/d)

燃料单价(元/Kwh 元/m3)

0.8(峰谷均价)

4.2 

每年燃料费用(元)

142612

404098

固定资产追加投资(元)

300000 

/

回收年限(年)

1.20

/

太阳能热泵互补系统相比燃气锅炉加热同等量的热水每年可节约能源消耗约25万元;设备投资回收期为1.2年。


一、太阳能光热/空气能热泵/系统介绍

太阳热水系统是将太阳能转换成热能加热水的装置。系统由数台集热器、水箱、循环管道、热水泵、控制系统和必要时配合使用的辅助热源组成。

阳光充足时,直接由太阳能集热系统供应热水。太阳光不足或阴雨天气时,启动辅助热源如空气源热泵对水箱进行循环加热。

(二) 清华同方空气能热泵热水系统介绍

一、原理简介

传统的方式可以设计成燃油、燃气、电锅炉,运行费用也非常高,热泵热水器的运行费用是燃气、燃油,电锅炉的1/3-1/5,并且避免了燃气热水器产生的NO,NO2,SO2等对身体有害的气体,同时该设备水电彻底分离,用户绝对不会有触电的危险。

清华同方空气源热泵热水系统是由清华同方参与组建,以清华大学的技术研究成果为依托,与国际领先技术相衔接,针对现代环境特点,研发、生产的高技术含量的产品。

在各种热水方式运行下,清华同方热泵热水机组的年运行费用是燃油锅炉的1/4,燃气锅炉的2/5,电锅炉的1/5,甚至更低,且无需占用机房。

对比空气源热泵、煤锅炉、天然气、人工煤气、电热水器、0#柴油不同方式供热水的经济型比较图表请参见如下:


                    

二、中央热水系统技术方案

(一)太阳能热泵互补中央热水系统方案简介

项目采用太阳能和空气源热泵互补热水系统。

现场情况及主要技术指标


日用热水总量最大为40(55℃)-50(45℃)吨。

回水系统:由设定的回水温度控制回水电磁阀启停;

 

供水方式:采用24小时恒压供水

 供水温度:40℃-55(可调)


1、系统特点及功能

利用太阳能热水系统作为主加热系统,利用空气能热泵作为补充加热系统,供水系统采用恒压水泵供水,温控回水。

 节能


利用太阳能热水系统(充分利用免费的太阳能热量)作为预加热系统,利用空气能热泵作为补充加热系统,以达到最佳节能的目的。

太阳能循环加热系统原理说明:

集热循环 每日太阳辐射达到一定强度时,集热器温度开始上升,当温度达到控制器的设定温度时,集热器循环水泵开始启动,将储热水箱的水输送到集热器阵列,同时热水流入恒温水箱,这样可以保证在太阳能工作的第一时间系统就可以得到恒定的热水,当太阳能继续工作时,热水可以通过溢流的方式到达储热水箱完成热循环,这样经过一天的循环两个水箱的水温都可达到正常的使用温度。

1) 定时上水:系统可根据用水时间定时定量上水,保证储热水箱内有充足的水位;

2) 低水位自动上水:当储热水箱内的水位低于设定的安全水位时,上水电磁阀延时3分钟自动打开,将自来水注入到集热水箱中;

 用水端管路的回水控制


按照设定的管道温度,自动启动用水端管路电磁阀,恒压泵启动将用水端管路里的冷水自动抽到供热水箱中,并将供热水箱中的热水送入到管路中,做到一打开笼头,就有热水。

整个系统为全自动运行,无需专人看管。


方便用户,运行操作均为自动控制执行模式。

太阳能智能互补控制系统,具有全天候智能化管理热水互补系统的能力。

2、太阳能系统安装位置

     1、2台不锈钢保温水箱放置在浴室屋顶东侧并采取加固措施;

2、热泵机组放置在屋顶不锈钢保温水箱旁并采用减震措施;

3、太阳能系统初步拟定安装在锅炉房屋顶,通过循环管道于水箱连接。

热水系统设计中所遵行的技术标准如下表所示。

GB/T18713-2002

太阳能热水系统设计、安装及工程验收技术规范

GB/T17581-1998

真空管太阳能集热器

GB/T17049-1997

全玻璃真空管太阳能集热器

GB/15513-1995

太阳能热水器吸热体、连接件及其配件所用弹性材料的评估方法

GB/T 21362-2008

商用或工业用及类似用途的热泵热水机

GB4706.32-2004

家用和类似用途电器的安全 热泵、空调器和除湿机的特殊要求

GB/T18430.1-2001

蒸汽压缩循环冷水(热泵)机组工商业用和类似用途的冷水(热泵)机组

GB/10870-2001

容积式和离心式冷水(热泵)机组性能试验方法

GB4706.1-1998

家用和类似用途电气的安全第一部分:通用要求。

GB50207-1994

屋面工程技术规范

GBJ17-88

钢结构设计规范

GBJ10-89

钢筋砼设计规范

GBJ9-87

建筑载荷规范

GB50057-1994

建筑物防雷设计规范

GB/T4272-1992

设备及管道保温技术通则

JB4088-1999

日用管状电热元件

GB4343.1-2003

电磁兼容家用电器、电动工具和类似器具的要求第1部分:发射

GB17625.1-2003

电磁兼容限值 谐波电流发射限值(设备每相输入电流<16A)

GB50019-2003

采暖通风+与空气调节设计规范

GB50015-2003

建筑给水排水设计规范

GB/T50106-2001

给水排水制图标准

GBJ1687

建筑设计防火规范

1、系统主加热系统清华同方空气源热泵

热水系统主加热系统—清华同方空气源热泵选型计算

⑴ 热泵选型通常需要满足以下基本条件,在当地冬季环境温度最低时,热泵满负荷运行时间<设备允许工作时间,并能够满足设计容量与出水温度的要求。

⑵ 选型计算通常取年平均值,上海市年平均环境气温为15℃左右,年平均水温假设也是15℃的条件下。

根据热负荷计算公式:

              Q=V* c(tr-tl)k/860(k.cal/ kW.h)

式中:Q——系统热负荷(kW.h);

            V——设计热水量(L);

            c ——水的比热,取1k.cal/(L?℃);

            tr——设计热水温度(℃);

            tl——自来水补水温度(℃)

             k——考虑水系统热损失的安全系数,取1.1

   热水系统工程,地点:上海;日用水量:50 m3,水温:45℃。

计算过程:

   第一步:查询气象参数

    上海:年平均气温16℃;

          冬季室外计算干球温度-4℃;

          相对湿度75%;

          冬季平均气温5℃左右;

          自来水温度是15~20℃;

             气候条件适合空气源热泵热水机组的使用

计算过程:

   第二步,标准工况下确定总用水量,并根据总热水量确定总热负荷。

  总用水量50m3/天。考虑到其它综合因素取安全系数K=1.1,则总热负荷:

   Q=V* c(tr-tl)K/860(kcal/ kW.h)

    =50000*(45-151.1/860=1744kW.h

计算过程:

    第三步,选定机组的型号,计算机组数量。

        设定机组工作时间13h/天。

    设选用TFS-SKR840(S)机组,该机组名义工况下的制热量为36kW。

    计算机组数量:

    N=Q/T.W =1744/13*36=3.73台 ≈ 4

      结论: 4TFS-SKR840热泵热水机组能够满足该项目日产5045热水的要求。

热泵机组性能参数TFS-SKR840(S)

产品型号性能数据

TFS-SKR840(S)

1

名义制热量※

kW

36

2

额定功率※

kW

8.25

3

电源形式

 

380-3-50

4

额定电流※

A

17

5

最大运行电流※

A

19.4

6

内置水泵

功率

kW

0.82

(可选)

电流

A

1.3

7

辅助电加热(可选)

功率

kW

12

电流

A

18.2

8

名义产水量

L/h

840

9

名义水流量

m3/h

5.78

10

最大水流量

m3/h

7.8

11

水阻力损失

kPa

70

12

最高出水温度

60


 空气源热泵运行特点

1) 优先谷电区间运行

用水单位的浴室是在晚上2点左右结束供水;然后系统补水进入集热升温阶段,换句话说热泵系统总是优先工作在谷电区间,其避峰节能对企业意义重大。

2) 可以全天候工作

热泵热水系统可以全天候工作,阴雨天气、闷热天气和晚间,空气中蕴藏着的巨大潜热是热泵节能得天独厚的条件,适合上海地区安装使用,具有很好的集热性能。

2、太阳能热水系统选型及主要部件介绍

10吨太阳能系统集热面积计算:


根据上述公式计算:每吨水平方米需要15平方米集热面积,本项目10吨热水共需集热器面积150                                               

通过计算,本项目共需安装集热器150㎡,根据本建筑的主体结构,太阳能热水系统中的太阳能集热器适合安装在锅炉房屋面层,选择集热器型号为:JT58-1850集热器安装倾角30°。


1、集热器介绍

(1) 真空集热管材质:采用透光度高、硬度高、膨胀率低的高硼硅3.3玻璃。

(2) 生产技术: 引进国际太阳能行业的先进的三靶镀膜技术,制造的AZURRO太阳能真空集热管。

(3) 结构:采用双层真空结构,减少了因对流、辐射、传导带来的热量损失。

(4) 产品工艺特点:

★应用离子水清洗工艺,使管壁与吸收层结合更彻底更牢固,膜色均匀,在使用中20年不褪色,大大提高了集热管的寿命。

★金属反射层采用特殊材料,采用三耙镀膜(铝耙、铜耙、不锈钢耙)工艺生产。

★采用全自动控制系统,自动控制镀膜工艺和真空度检测。

★在400度及零下35度的恶劣环境中均能正常集热。

集热元件性能:

名称

性能参数

国家标准

吸收涂层的太阳吸收率

α≥0.94

α≥0.86(AM1.5)

半球发射率

ε≤0.06

ε≤0.09(80℃±5℃)

闷晒性能参数

H≤2.639MJ/m2

H≤3.8MJ/ m2

空晒性能参数

Y≥415.51 m2℃/KW

Y≥175 m2℃/KW

平均热损系数

ULT<0.53W/ m2℃

ULT<0.90W/ m2℃

(5) 集热单元产品特点:

集热管:采用全玻璃真空太阳集热管,采用先进的镀膜技术生产。

内胆:采用进口0.6mmSUS304-2B食品级不锈钢,经过高频压力焊与全自动氩弧焊接而成,不仅水质纯净,而且具有较长的使用寿命;

保温层:采用45mm进口聚氨酯高压发泡设备整体发泡而成,保温效果超群。

支架:为了确保该系统的安全稳固,充分发挥其良好的集热性能利用4#国标热镀锌角钢,角钢按房顶角度、一定方向进行整体焊接,并对其做防腐处理。

3、管路系统、管道保温及防护系统

本系统的所有管路均采用PPR稳态复合管道进行联连,管道不生锈、不变形,大大延长管道使用寿命。

管道防护采用壁厚为30mm及以上的橡塑管进行保温,同时用厚度为0.4mm的铝皮对橡塑管进行表面包装和防水处理,并用专用M3×6不锈钢自攻螺丝固定,并在直管的铝皮包装连接处也采用凹凸型连接,以避免直管铝皮连接处漏水而影响保温性能

4、各种优质配件

本系统的其它配件,均采用世界知名/国内知名品牌。如各种阀门采用国内知名品牌永德信,电线采用国内知名品牌——起帆。

5、安全措施配置

l 防雷安全保护措施

1)严格按现场的结构设置规范的防雷装置,并按焊接工艺标准焊接,焊接牢固;

2)避雷采用国标,采用标准的避雷针;

l 防漏电保护措施

1)系统工程各电器设备有可靠的接地保护,计划导线的截面积应能承受设备的负荷,控制箱里应有漏电保护器,过载保护器;

2)采用达标的线材、电器元件,进口漏电开关和热继电器;

3)导线与导线连接牢固,布线时,严禁把导线搞破,各种电器设备有较完善的防雨装置, 安装完毕必须作防漏电测试。

三、工程项目报价及项目进度

(一)工程报价(详见报价清单)

工程总价包括了设备的供货、安装、调试、试运行、技术服务、培训和24个月的免费技术服务。

上述工程需业主公司将AC380V/50Hz的三相五线制电源接至双方约定的系统控制箱安装位置。

本项目预计完工周期为12天,含调试2天。

四、质保、售后服务

对于本公司设计建造的热泵中央热水系统工程,本公司承诺提供如下售后服务:

 系统质保期:自调试合格交付使用起2年;

维修服务:提供终生维修服务;

故障修理:在收到报修电话后6小时内到达现场;

定期检修:在系统质保期内,提供每年1次的定期寻访。


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