太阳能、空气源热泵系统、锅炉供暖联合供热方式的探讨
(一)工程名称 ：开滦集 团机关浴池燃油锅炉供 热水改造为太阳能、空气源热泵、锅炉供暖管网联合 为浴池制取热水 。 (二)工程地点 ：唐山市开滦集团公司机关院内。 (三)浴池现供热水方式：有一台燃油锅炉，每天 生产大约40吨洗浴用热水。 (四)工程内容 ：取消浴池的燃油锅炉，改为太阳 能、空气源热泵、锅炉供暖管网联合为浴池供应热 水。 (五)建筑情况 ： 1、此浴池位 于开 滦集 团公 司院内，为单 层框 架 式结构建筑，层高约为4m，屋顶为现浇屋面，两侧向 中间坡度约 15。，东西长 33m，南北 l0m； 2、浴池南侧为一个宽度 3m，与建筑东西同长度 的花圃，可用来摆放水箱 ； 3、浴池屋顶正中有一个 10t高位水箱，此水箱为 碳钢板焊接水箱、外围实体墙砌筑保温层，高度为屋 顶以上 2m左右 ； 4、浴池西侧为职工食堂，东西方向约 15m，食堂 西墙外约 2m处为暖气主管道，如考虑冬季采用板式 换热器换热，可由此处做一次循环水的接口； 5、浴池西侧 20m左右为职工宿舍楼 ，3层砖混建 筑，东西 长约 45m，南北 约 13m，屋 顶 面积约 为 58Om ，现浇混凝土屋顶，南北散水坡度约为 5。； · 62 · (六)关于浴室用水特点及用量 ： 1、浴室分男女两部分，共计淋浴喷头(带花洒) 50个 ，为单管供水方式 ； 2、男浴室布置有 大一小两个 泡澡 池，容量约 为 15吨； 3、全天两次用水； 4、第一次为每天 12：0o～14：00，第二次为每天 16：30 ～18：3O； 5、日用水量：日消耗热水量为 41．4t；此方案设 计按 50t／，天计算 ； (七 )燃料用量消耗 ： 目前每月的燃油量为 9076升 ，燃油价格 6．5 升 ；现在每月的燃油费用支 出590o0元。 二、工程方案说明： l、取消燃油锅炉，安装太阳能、空气源热泵、安 装板式换热器。主要通过 太 阳能 来制 取洗浴用 热 水 ，但由于现场只能安装 450 太 阳能面积不能满 足 50t的热水需求 ，故投入辅助能源 。既充分利用热 泵、板式换热器、低谷电。为了节约能源，最大限度 地降低辅助能源的消耗是控制运行方式的关键。这 三种辅助能源比较：冬季运行时的板式换热器成本 最低，低谷电热泵运行费用其次，故 ： 冬季太阳能不能满足的情况下，以附近锅炉供 暖管网板式换热器为主要辅助 能源，对水箱进行循 环加热(暖气一次水量可调 ，太阳能可以满足用水要 求时，可减少或关闭板换)，当板式换热器不能满足 时，系统自动在白天转换到热泵机组制取热水； 为了节约能源，新的工程方案是：450 太阳能 +3台空气源热泵 +15IIf板式换热器 。 2、太阳能集热面积 ： 按 日用水量 50t(45℃ 一48℃)，太 阳能四季使用 并综合场地情况及一次性投入、资金回收年等因素， 确定太阳能集热面积为 ：45O (计算过程略)，布置 在办公楼或者宿舍楼屋顶(已核算，能满足安装要 求)； 3、关于辅助能源：3台热泵 +15 板式换热器 由于太阳能系统受阴雨环境影响较大，为保证 全天候正常供水需求，采用辅助能源予以补充，具体 方式如下 ： 春秋夏三季，采用空气源热泵热水机组 1FS— sKR1600M(s)3台，作为辅助能源，在阴雨天，太阳 能不能满足热水制取要求时，启动热水机组进行补 充 ，热泵机组 的选型原则为 ：春秋夏 3季 阴雨天时 ， 全功率运行能够在 15h内，满足50t热水需求； 冬季运行，采用空气源热泵热水机组 TFS— SKRl60oM(S)3台 +15 板式换热器，冬季采暖期 www.zhulong.com 张 明昭 ：太 阳能 、空 气源热 泵 系统 、锅 炉供 暖联合 供 热方 式的探 讨 以太阳能为主，空气源热泵与板式换热器为辅的方 式制取热水 ，当深冬极 限天气 出现 ，板式换热器不能 满足热水制取 时，热泵机组 原则上在夜 间低 谷 电时 段对水箱循环加热(此功能可做成 PLC自动控制 ，也 可手动 )； 3、关于系统的最佳运行模式： 由于 45O 太 阳能面积不能满足 50t的热水需 求，故每天投入辅助能源是必需的，如何充分利用热 泵、板式换热器、低谷电，最大限度地降低辅助能源 的消耗是控制运行方式的关键，就辅助能源而言，这 三种辅助能源 比较 ：冬季运行 时 的板式换热器成本 最低 ，低谷电热泵运行费用其次 ，故 ： 冬季太阳能不能满足的情况下，以板式换热器 为主要辅助能源，对水箱进行循环加热(暖气一次水 量可调，太阳能可以满足用水要求时，可减少或关闭 板换)，当板式换热器不能满足时，系统 自动在 白天 转换到热泵机组制取热水 ； 4、关于浴池供水方式 ： 仍然沿用浴池屋顶 l0t水箱作为供水恒温水箱； 1O吨水箱中的恒温水来源由50t水箱利用水泵 调取 ； 为保证 1Ot水箱的恒温，在调水管线中间加装手 动浑水装置(参照凤南浴池操作方式)此种方式调整 灵活、工人的操作简单、水温控制精度较高，更加适 用淋浴与泡澡池供水温度不同的实际情况； 5、关于水处理 ： 硅磷晶使用浓度达到 1—3ppm时，可与 自来水 中的钙(Ca)、镁(Mg)离子形成络合物起阻垢分散作 用。同时与铁 Fe2+等金属离子在管内壁形成具有 亲和力的分子膜，从而隔绝水中溶解氧与金属的化 学反应，预防铜铁等金属结合点发生电偶腐蚀。形 成的这种分子膜(1 )能自动修复形成长期稳定的 防腐体系，起防锈防腐作用；彻底解决黄锈水现象。 6、关于板式换热器 ： (1)采用四平换热设备有限公司生产的V系列 板式换热器； (2)技术指标： 供热管网一次水 ：65c【=／45℃； 水箱循环二次水：10qc／5O℃； 压力 ：1．OMpa； (3)设备选型：BR0．12一l5 ； 7、关于水箱 ： (1)采用双层不锈钢保温水箱，保温层厚度 50删 咀； (2)箱体采用食品级 Sus304—2B不锈钢材料制 成的组合模块现场装配； (3)水箱 内胆采用 304食品级不锈钢氩弧焊接 而成，厚度 1．2—2．5耻 。保温采用聚氨酯高压发 泡，发泡厚度 为 5OIIlIn。外胆 采用 2O1不 锈钢板模 块。内部拉筋，内外均设有不锈钢爬梯，顶部设有维 修人孑L。 (4)水箱保温性能 12h温降为 ：2℃ 一4℃ ； 8、关于智能控制系统 ： (1)采用触摸式 PLC可编程智能控制器； (2)实现太阳能自动运行、空气源热泵热水机组 自动运行 、板式换热器 自动运行的联控 ； (3)一体式控制器，触摸式人机对话，彩屏显示 系统运行状态 ； 安全保护措施： 防风措施： 太阳能集热器支架采用标准模块式组装支架， 采用喷塑防腐，确保整体稳定、耐用；每排支架采用 连接件连接，形成整体，整体支架与墙体或基础底座 进行锚接，增加抗风能力 。 防雷措施 ： 与建筑一起形成网架避雷装置，屋面以上太阳 能系统的设计高度只比屋面高出不足 1．8m。将太 阳能支架与建筑避雷网架连接，形成整体防雷网架。 具体操作参照 GB50057《建筑物防雷设计规范》执 行。 防漏电措施： 系统内的设备，采取严格接地措施 ，并测量确认 接地良好防止漏电伤人；电器选择优质国标器件，并 严格按照电器规范来设计安装；所有电器均设有漏 电保护，一旦漏电立即切断供电确保人机安全。 水泵保护措施 ： 任何水泵长时间空转就会造成损坏，本系统中 设有水位保护，水位信号将传递给每套二级控制系 统和变频控制柜，一旦缺水，所有水泵立即停转。 5．结论 太阳能、空气源热泵作为可再生能源，在建筑领 域的能源利用中发挥着越来越重要的作用，它们的 应用是解决我 国能源和环境 问题 的重 要措施之一。 本文详细阐述 了太阳能系统与空气源热泵系统、供 暖管网系统联合供热、制冷的原理，分析了太阳能系 统与空气源热泵系统的优化运行模式 ，为可再生能 源的合理利用提出建议。
