太阳能与水源热泵结合采暖工程.docx
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太阳能与水源热泵结合采暖工程
第二章市场分析预测
一、太阳能与地水源热泵结合技术原理
1、地源热泵概述
地源热泵系统是随着全球性的能源危机和环境问题的
出现而逐渐兴起的的一门热泵技术,上世纪七十年代能源危
机的爆发,促使地源热泵系统研究得到了突飞猛进的发展,
并逐渐用于实例当中。
地源热泵系统由于具有节能效果好,
环保效益高、合理使用可再生的浅层低位能等优越性,成为
了传统暖通空调与热水供应的优良替代技术,地源热泵技术
克服了传统暖通空调和热水供应中能源的单向性、能耗高、
污染环境等问题,真正达到了人与自然和谐相处的境界。
地源热泵技术有着突出的技术优点:
高效、节能、环保、
无污染。
地源热泵系统在冬季供热时,不需要锅炉或任何辅
助电加热,而且经过设计的地源热泵系统还可以做到一机三
用——供热、供冷、提供生活热水。
它不但系统简单操作时
仅需一个人就可以完成且维护与运行费用低。
系统的使用年
限在五十年以上,机组的时候寿命也可以达到
家用空调和其他供暖系统所不能达到的。
2、地水热泵的基本原理
20年,这是
地源热泵是利用浅层低能进行供热与供冷的新型能源
利用技术。
利用水与地能(地下水、土壤或地表水)进行冷
热交换来作为供热或供冷的冷热源。
简单的来说就是利用埋
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第二章市场分析预测
在地下的管材设备在冬季时提取地下深处中的“热量”
,供
给室内采暖。
相反夏季则是把室内的热量取出,重新返还到
地下,最后满足冬季和夏季中需要的暖气和冷气。
水源热泵系统与地源热泵系统工作原理基本相同,不同
的是取源方面水源系统从热源上可以有城市污水源、工业尾
水源和地下水资源的区别,水资源热泵系统作为地缘系统的
一种形式,通过水源热泵机组可将江水或原生污水、工业尾
水中难以利用的低品位热能提取出来,经过系统的优化整合
以后实现对建筑物的供热或制冷。
采用水源热泵系统供暖可实现电热转换率可达到
300—
400%,即使考虑到发电热效率为33%,其总体转换效率也达
到了100—133%,远高于区域锅炉房集中隔热系统,在夏季
作为空调使用可比传统空调降低30—40%的制冷电能耗,机
房的占地面积仅有锅炉系统的1/3,不需储煤和堆渣场地等。
3、工艺流程
基本工艺流程是,由水源热泵机组把地下水抽上来加
热,再由压力泵把热水送到供热终端,冷却水由管道回放到
地下,实现水资源的循环利用,达到供热的目的。
第一循环是热量采集循环,将管道接入水井,通过水泵
把地下水的热源带入蒸发器,在蒸发器中与第二循环进行能
量交换,被提取热量后的地下水,通过回水管注入回水井中。
第二循环是蒸发冷凝循环。
通过与第一循环采集的水源
2
第二章市场分析预测
能量进行交换,工质吸收后蒸发,变为低温低压气体,然后
进入压缩机内经压缩后成为高温高压气体,进入冷凝器中。
在冷凝器中与第三循环的空调水进行交换,放热后变为液态
水流出冷凝器,敬节流阀减压后又进入蒸发器内吸收第一循
环中的热量变为气体,进行新一轮的工质蒸发冷凝循环。
第三循环是房间的能源利用循环。
循环系统中的空调水
不断流经冷凝器,与第二循环中得工质进行能量交换,吸热
后带入室内散热器中,公房间取暖,从而实现水源的能量采
集与利用。
工艺流程图如下:
地水热泵技术工艺流程图
水源热泵机组
冷凝器?
压缩机
蒸发器?
热水供应
冷水回水
供
热
建
筑
膨胀阀
取
水
井
回
水
井
4、太阳能集热系统
工程设计内容
太阳能集热工程是项目供热的核心工程,太阳能热水系
统主要有太阳集热(管)器、水箱、支架、控制系统、管路
及循环系统、辅助加热系统等组成。
工程设计选用热管真空
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第二章市场分析预测
集热管,主要基于以下特点:
1、热管传热,管内不进水,避免了因结水垢而引起水
道堵塞和管内结垢影响输出功率等问题。
2、抗冷热冲击好,运行安全可靠,避免损坏一支集热
管而造成整套热水系统不能运行的问题。
3、特殊防冻技术,在-45℃以下的严寒条件下,仍无冻
坏之忧。
4、热管式集热管热容小,启动快,热量输出快。
水箱:
水箱内胆采用日本进口SUS304食品级不锈钢板,
外壳为蓝色彩钢板,保温材料采用聚氨酯发泡
80mm。
循环水泵:
进口水泵;噪音低,使用寿命长,功率可比
同级水泵低3—5倍。
控制系统:
实现自动化智能控制,它采用硬件控制和专
用微电脑芯片技术相结合的控制方式,关键元器件采用进口
产品,并实现可远程操作,水温、水位控制手动、自动控制;
操作系统简单可靠。
管道及保温:
采用品牌PP-R管、管件。
管道保温采用
30mm厚高压发泡聚乙烯O型保温管,外扎铝玻。
系统工作原理
本系统采用定温分区进水和温差控制循环及定温管道
循环三种结合的运行方式,系统全自动运行。
太阳能集热系统工作原理图
4
第二章市场分析预测
系统调节
水温监测
地热泵站
智
能
控
制
循环泵监测
供
热
水
箱
用
户
循环泵
循环泵
太阳能集热器
给水泵
井源水
(1)、温差循环
集热器接受太阳光辐射,温度上升;当温度传感器(集热器温度)
测的温度比温度传感器(水箱温度)高8度时(可调整),集热器循环
水泵开始启动,将储热水箱中低温的水输送到集热器阵列,同时太阳
能集热器中高温度的热水流回储热水箱,当温度传感器(集热器温度)
测的温度比温度传感器(水箱温度)高2度时(可调整),循环泵停止
工作。
循环泵的高效间歇运行,确保循环泵的使用寿命和运行效果。
把太阳系统产生的热量带入水箱中储存。
(2)、温控补水
随着温差循环的不断进行,水箱中的水温升高,当温度传感器(水
箱温度)测的温度高于设定度时,补冷水电磁阀打开,开始向水箱补
冷水,当温度低于另一设定度时停止补冷水,又进入温差循环阶段。
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第二章市场分析预测
当水箱中加满水时,将不再补冷水,而一直保持温差循环,把热量全
部带到水箱中。
(3)、防冻循环
在冬季当温度传感器(管路温度)测的管路的温度低于
4度时,
循环泵启动,进入防冻循环状态,当温度高于10度时,循环停止。
确保在寒冷的冬季不会把管路冻坏。
(4)、地水热泵辅助热水系统连接
采用热泵热水管道经电磁阀直接由水箱上部进入水箱,
水箱内可以设置换热盘管,热水管道实现自动控制,当太阳
能水温无法满足时,地水热泵站自动启动供应热水,送至储
热水箱,当温度达到设定值控制电磁阀停止进热水,此时关
闭集热循环功能。
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第二章市场分析预测
二、工程总体设计基本原理
工程由两部分组成:
太阳能集热系统为夏季提供生活用
热水,冬季提供采暖与生活用热水。
地水源空调在冬季提供
取暖热水,夏季提供冷空气。
采用调控系统将二者集合在一
起,形成完整的空调系统,可大大节约能源。
工程设计基本原理图
太阳能集热系统
热水间
热水间
水温调节间
用
户
地水源热泵站
水源供给调节
中央风机
冷气供给
(地
下冷水)
地下水井区
回灌管道(夏季)
回水网(冬季)
(1、热水:
冬季地下冷水直径进入太阳能,金太阳能系统加热后供给生活热水,在太阳不
好时和地源热泵配合使用,使用地源热泵加热生活水。
2、冷暖:
上述系统夏季制冷直接采
用地下热水,不经过地源热泵机组制冷
)
1、运行系统设计
(1)、太阳能热水供应系统
集热供水系统由太阳能集热器、保温水箱、智能控制系
统、管路配件等有机组合而成,整个系统自动运行,使用安
全、维护方便、节能环保。
可根据用水量、安装场地、用户
要求进行灵活的排列组合。
根据用户的需要和实际情况,可
选配辅助加热器,以满足阴雨天使用热水的要求,实现光电
互补、微电脑智能化控制,确保全年每天
24小时供应热水。
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第二章市场分析预测
太阳能集热系统与冷水泵站相连接,冷水被加热后,进
入保温水箱,然后进入智能调控系统,把水温调节到适合的
温度,供给用户生活用水。
在冬季同时与地水源热泵站协同,
为用户提供取暖用热水源。
太阳能热水供应原理图(只有太阳能系统供暖,本系统会造成热源的浪费,
应该使用太阳能
循环系统和室内管线相互独立的系统,
太阳能集热器热量和室内系统进行热交换,
这样不会
排走多余的热量,可在设计两个水箱,一个热水箱(水的温度可高可低于恒温水箱)和;一
个恒温水箱,室内循环水通过在恒温水箱的盘管和恒温水箱进行热交换
)
太阳能集热系统
保温水箱
智能控制系统
保温管网
冬季供暖
大型集中供暖
中央风机
取
暖
用
热
水
生
活
用
热
水
泵站调节
住户分散供暖
室内分体风机
供
水
井
回
水
井
冷却水回收
废水排放
太阳能集热供水系统全年提供生活用热水,冬季提供取暖热
水源,用风机转换成热空气,供给室内取暖。
生活用废水排入废
水管道。
冬季取暖用热水冷却后回放到回水井。
在夏季太阳能集
热系统多余的热水还可直接放入回水井,储存在地下储水层里,
供冬季使用。
(2)、地水源空调系统
地水源空调系统由热泵站、配水间、风机和供水管网组成。
为弥补冬季太阳能集热系统供热的不足,有热泵站提供辅助热
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第二章市场分析预测
源,热水进入保温箱,与太阳能热水一起进入智能控制系统,为
用户提供热源。
夏季利用地下水温度低的特点,将冷水与风机结
合,由风机把冷空气送入室内,为住户提供冷空气,制冷后的循
环水最后进入回水井。
地水源空调系统主要功能在夏季提供制冷工质,通过抽取低
温地下水,用风机转换为冷空气,达到室内降温的目的。
地水源空调系统原理图(下图制热系统为太阳能和地源热泵,冬季使用地源热泵
和太阳能结合使用,夏季只是用地下水和室内风机配合使用即可,不需要地源热
泵)
制热系统
保温水箱
智能控制系统
保温管网
冬季供暖
地水源泵站
大型集中供暖
中央风机
高
温
水
源
生
活
用
热
水
供
水
井
回
水
井
住户分散供暖
室内分体风机
冷却水回收
中央风机
废水排放
夏季制冷
大型集中制冷
低
温
水
源
住户分散制冷
室内分体风机
加热水回收
从上图可以看出,冬季取暖由太阳能集热系统和地水源热泵
系统共同供给热源,以满足用户需要。
夏季制冷由地水源系统供
给,生活用热水由太阳能加热系统供给。
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第二章市场分析预测
该项工程的核心是风机与水源控制。
通过水源温度控制,实
现在不同季节进行供热和制冷的功能转换。
三、项目建设的必要性
1、环境保护的需要。
水源热泵技术可利用浅层地热能
资源进行供热,具有良好的节能与环境效益。
自1932年第一
台水源热泵在瑞士应用以来,水源热泵技术在西方发达国
家应用已有70年历史。
近年来,随着我国经济的发展和人们
节能环保观念的增强,水源热泵技术受到人们的普遍关注,
在国内具备条件的地方得到了日益广泛的应用。
太阳能集热
技术已经十分成熟,可作为主要热源供应来源,为项目区提
供全年热水供应。
2、节约土地资源和水资源的需要。
水源热泵技术占地
面积少,水资源消耗量低,是资源节约型的技术,符合国家
土地资源和水资源保护的有关政策,也符合项目区节约土地
资源的实际要求。
3、节约能源的需要。
水源热泵机组可利用的水体温度
冬季为12-15℃,水体温度比环境空气温度高,所以热泵循
环的蒸发温度提高,能效比也提高。
而夏季水体为15-18℃,
水体温度比环境空气温度低,所以制冷的冷凝温度降低,使
得冷却效果好于风冷式和冷却塔式,机组效率提高。
据美国
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第二章市场分析预测
环保署EPA估计,设计安装良好的水源热泵,平均来说可以
节约用户30~40%的供热和制冷空调的运行费用。
如果与太
阳能集热技术结合起来使用,可大大减少电力使用,节能效
果更为显著。
四、项目建设的可行性
1、技术条件成熟。
在我国热泵技术的研究于五六十年
代开始,并于六十年代生产出第一台空气
-水热泵,但由于
设计及制造上的原因,并未真正投入商业应用,从八十年代
开始,我国在热泵技术的研究和产品的开发取得了较大的发
展,且基本上以R12作为热泵工质,并以空气作为热源,对
于采用地下热源(地下水、土壤热源等)为热泵热源的应用
仅仅从九十年代中期开始。
采用低温地下水作为热源的应用
已得到了成功的应用,并在逐步推广。
太阳能热水器在国内
得到了广泛的应用,已有许多大型太阳能采暖工程的成功范
例,技术已十分成熟。
项目采用招标方式,选用国内专业公
司进行工程建设和设备安装调试,技术有切实的保障。
2、项目区有丰富的地水资源和太阳能资源可供利用。
应用太阳能和地下水源热泵技术联合进行冬季供暖、夏季制
冷的前提是项目的工程场地具备必要的资源和场地条件
即水源条件、太阳能资源和场地条件。
项目以太阳能热水器
为主要供热系统,水源作为热泵机组从中获取热量进行冬季
供暖的辅助热源,并在夏季做为制冷工质。
项目区地下水埋
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第二章市场分析预测
深浅,出水量大,可以保证项目用水。
当地较强的太阳能辐
射能为太阳能热水系统提供可靠的能量来源,保证项目在低
成本、低耗能的状态下运行。
五、市场分析预测
1、市场环境分析
地源热泵系统从1998年开始陆续投放到中国一线城市
的公共建设中,北京、上海、大连等城市地水源热泵的项目
越来越多,并且开始从市政建设公共建筑向商品房经济适用
房转移。
2012年上半年,随着国家节能减排政策的推进和能源趋
紧,地水源热泵技术优势越来越彰显。
仅上半年国内地水热
泵市场销售额为20亿元人民币左后,同比增长约30%。
其中
小型机组达到13亿元,占比为67%。
大型机组(主要运用于
北方市场)达到7亿元,占全国热泵技术使用总量的33%。
在未来的几年中,中国的众多一线二线城市将面临巨大的能
源压力。
一方面,国家要求经济保持高速度的增长,另一方
面,又得考虑环保和可持续发展问题。
所以在未来很长一段
时间地水源热泵市场会越来越广阔。
目前,我国大力倡导环境保护和节约能源,使得太阳能
技术日趋完善。
太阳能与建筑相结合也成为目前建筑行业发
展的一大趋势,而太阳能生产厂家也越来越多的开始与建筑
一体化的相关产品项目的研发。
集中供热系统也是大型供热
12
第二章市场分析预测
水的必然趋势。
2、市场同类竞争
以目前来看,传统的空调系统还是市场主导产品。
但是
从使用过地水源热泵新技术反馈回来的顾客信息中我们可
以了解到,传统空调系统和地水源热泵是没有可比性的。
虽
然地水源热泵技术看起来和传统空调功能性上很相似,但其
中却有很大区别:
(1)地水源热泵系统使用时间长:
由于热泵系统不同
于空调,可以长时间工作,几乎可以365天常年运行,所以
就对热泵系统的设计、安装、配比提出了更高的要求,空调
的技术与性能远远达不到热泵的要求。
(2)地水源系统热泵的工作稳定性更高:
热泵系统不
但需要高性能的配件,包括压缩机、蒸发器、换热器等,更
需要科学合理的组合,需要专业的技术人员进行全年气候条
件的标准试验模拟才能生产、应用。
一旦投入使用其寿命是
一般空调系统的几倍,保养得当可使用长达
50年左右。
(3)地水源热泵系统经济效益更强:
由于制冷方式和
技术设备使用不同,地水源热泵只需要花传统空调系统所需
的30%的用电量,就可以达到传统空调的制冷取暖效果,且
还可以提供生活热水。
(4)太阳能采暖技术与地水源热泵系统结合起来,可
以大大减少冬季供暖和夏季制冷的电力消耗。
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第二章市场分析预测
3、市场分析与展望
与燃煤锅炉、电力空调相比,运行费用低,而且环境保
护效果更好。
在城市居民日益重视环境污染的今天,项目建
设一定会对这一新兴节能技术的推广起到重要作用,并且得
到广大城市居民的欢迎。
而且地(水)源热泵一旦投入使用,
回报一定是巨大的,这一点毋庸置疑。
在实际的运用上不但
能在3-5年内全部收回成本。
大型太阳能集热工程在智能控
制技术的支持下,可以实现极低耗能自动运转,运行成本低,
设备可靠性高大大降低能耗,这是电力空调不可比拟的。
随
着工程设计水平的提高,采暖与制冷将成为建筑工程设计的
有机组成部分,传统的电力小型家用空调将逐步被热泵空调
所替代。
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- 太阳能 水源 结合 采暖 工程