低品位多熱源聯(lián)供熱水系統(tǒng)的節(jié)能分析

趙向哲

（咸陽市天然氣有限公司，陜西 咸陽 712000）

低品位多熱源聯(lián)供熱水系統(tǒng)的節(jié)能分析

趙向哲

（咸陽市天然氣有限公司，陜西 咸陽 712000）

本文基于對空氣源熱泵、太陽能及廢水余熱回收聯(lián)合熱水系統(tǒng)的研究，較深入地探討了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及運行原理。結(jié)合熱源供熱負荷提出較合理地運行策略，在節(jié)能及應(yīng)用方面低品位多熱源熱水聯(lián)供系統(tǒng)的優(yōu)勢十分明顯。

多熱源；供熱水系統(tǒng)；節(jié)能分析

1 前言

太陽能來源于太陽輻射能量，由內(nèi)部氫原子發(fā)生氫氦聚變將巨大核能釋放而產(chǎn)生的能量。人類所需大部分能量都來源于太陽，太陽能具有普遍﹑無害﹑巨大﹑長久等優(yōu)點。隨著太陽能熱利用技術(shù)的發(fā)展，其應(yīng)用日益廣泛，該技術(shù)充分利用太陽能集熱器熱能轉(zhuǎn)換原理，在集熱時具有不連續(xù)性，并隨季節(jié)具有較大差異等實際情況，目前難以獨立達到大量熱水的實際需求，需要結(jié)合具有較好穩(wěn)定性的熱源進行聯(lián)合應(yīng)用?？諝庠礋岜脽崴到y(tǒng)相對于其它類型設(shè)備較為節(jié)能，是將不同類型熱源進行轉(zhuǎn)換利用的一種節(jié)能設(shè)備。廢水余熱回收設(shè)備能夠回收余熱并在水源熱泵﹑板式換熱器等裝置中進行儲存，使洗浴廢水中熱量得到有效利用，盡可能避免浪費能源。隨著空氣源熱泵熱水機組與太陽能熱水系統(tǒng)聯(lián)合供熱水工程的應(yīng)用，因一年四季都可以對低品位熱能均能進行充分利用，太陽能-空氣能-污水余熱回收能量復(fù)合系統(tǒng)具有更為顯著地節(jié)能效果。

2 SAW熱水系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及原理

2.1 SAW熱水系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

SAW熱水系統(tǒng)將各類余熱回收設(shè)備聯(lián)合進行應(yīng)用以充分滿足熱源的有效提供，在其結(jié)構(gòu)上具有空氣源熱泵熱水機組﹑太陽能集熱器﹑循環(huán)水泵﹑蓄熱水箱﹑回收余熱裝置﹑管網(wǎng)及控制系統(tǒng)等多個組成部分。

2.2 SAW熱水系統(tǒng)原理

SAW熱水系統(tǒng)在組成結(jié)構(gòu)上主要包括太陽能集熱﹑熱泵熱水﹑回收污水余熱及加熱等三個設(shè)備。自來水在循環(huán)過程中有效利用回收余熱裝置進行預(yù)熱，采用多個措施確保實現(xiàn)SAW熱水系統(tǒng)的多個功能的正常循環(huán)。在太陽能集熱系統(tǒng)中，一般具有太陽能集熱器﹑蓄熱水箱﹑換熱器﹑膨脹罐﹑循環(huán)泵及循環(huán)管路。熱水側(cè)利用專用系統(tǒng)對溫差進行必要的控制，對工質(zhì)丙二醇采用循環(huán)泵進行強制循環(huán)；冷水側(cè)工質(zhì)水采用控制循環(huán)泵對溫差進行有效控制達到強制循環(huán)的目的。利用換熱裝置對兩側(cè)熱量進行傳遞實現(xiàn)對冷水升溫，工質(zhì)降溫的作用。

空氣源熱泵系統(tǒng)主要是由蓄熱水箱﹑熱泵機組﹑循環(huán)泵及循環(huán)管路等設(shè)備構(gòu)成，熱量與熱水實際需求在太陽能熱水系統(tǒng)中相差較大時，其空氣源熱泵就會進行自動啟動加熱。在回收污水余熱系統(tǒng)中，主要是由板式換熱器﹑水源熱泵﹑循環(huán)泵及蓄熱水箱等設(shè)備構(gòu)成，在回收余熱的過程中，由于存在循環(huán)泵的作用，自來水通常會由板式換熱器換熱后向蓄熱水箱流入，再預(yù)熱流入水源熱泵的冷水后在蓄熱水箱中聚集。該系統(tǒng)能夠?qū)Σ煌N類的能源轉(zhuǎn)換實現(xiàn)綜合利用的作用，對其進行優(yōu)化整合后，形成新型清潔能源利用系統(tǒng)，對現(xiàn)有能源結(jié)構(gòu)進行不斷優(yōu)化，使消耗的能源得到有效降低，從而使建筑達到節(jié)能及能源實現(xiàn)可持續(xù)利用的效果。

3 SAW熱水系統(tǒng)熱負荷的分析

3.1 熱負荷分析

SAW熱水加熱系統(tǒng)中，污水源熱泵能夠提供相對穩(wěn)定的的熱量，受建筑面積具有一定差異的不利影響，太陽能熱水系統(tǒng)無法提供較充足的熱量，而且太陽能輻照強度隨季節(jié)的不同而產(chǎn)生一定的變化，而空氣源熱泵熱水系統(tǒng)在光照強度方面只具有較小的影響。

由于環(huán)境溫度本身具有較明顯的差異，對于該系統(tǒng)將產(chǎn)生一些影響，夏季只能提供相對較少的熱量，冬季能夠提供的熱量相對較多一些；而在氣候隨時產(chǎn)生變化的條件下，太陽能集熱器無法實現(xiàn)持續(xù)穩(wěn)定的供熱，基于余熱回收系統(tǒng)能夠有效提供充足熱量的條件下，熱泵與太陽能提供的熱量具有負相關(guān)關(guān)系。在夏季室外環(huán)境及補水都具有相對較高的溫度，一年之中系統(tǒng)夏季只需要較少的熱負荷總量。太陽能在夏季中，其具有相對較高的輻射強度，因此一年四季中該系統(tǒng)能提供熱負荷最佳的季節(jié)就是夏季，因此可優(yōu)先考慮應(yīng)用太陽能集熱系統(tǒng)。

在冬季室外環(huán)境及冷水都具有相對較低的溫度，系統(tǒng)在一年四季中需要最多的熱負荷總量。在冬季太陽能輻射強度一般比較低，太陽能熱水系統(tǒng)在冬季只能提供較少的熱負荷，所以更應(yīng)該對空氣源熱泵熱水機組的應(yīng)用進行考慮。比較一年的四個季節(jié)，室外環(huán)境及補水溫度在春秋季節(jié)比較適宜，系統(tǒng)需要的熱負荷總量也如此。因太陽能輻射強度在春秋季相對居中，更應(yīng)該對太陽能與空源熱負荷進行合理調(diào)配。

針對一年四季進行比較，熱水與污水余熱回收熱負荷在各季節(jié)中都能保持相對穩(wěn)定。太陽能系統(tǒng)受天氣變化影響，其供熱負荷也發(fā)生相應(yīng)變化，季節(jié)與天氣條件將引起太陽能供熱負荷變化通常需要熱泵進行必要的補充。

3.2 用能過程中的合理性策略

為實現(xiàn)優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)，使空氣能﹑太陽能﹑回收污水廢熱等低品位熱源得到充分合理利用，熱水由SAW熱水系統(tǒng)聯(lián)合提供，可在用能過程中采取以下四個合理性策略。

一是SAW熱水系統(tǒng)保持熱水熱負荷總量相對比較穩(wěn)定時，系統(tǒng)總熱負荷由太陽能﹑空氣能及污水余熱回收熱負荷構(gòu)成。二是因污水余熱回收熱負荷相對比較穩(wěn)定，系統(tǒng)運行成本由空氣能熱泵熱水機組及太陽能集熱系統(tǒng)的運行成本所決定，也就是系統(tǒng)熱負荷主要是太陽能熱與空氣能的熱負荷。三是相同季節(jié)﹑天氣﹑太陽光具有較高輻射強度的情況下，可有效利用太陽能集熱系統(tǒng)進行加熱，并采用空氣源熱泵對相關(guān)設(shè)備進行熱負荷的補充。在投入資金﹑單位能耗沒有明顯差別的情況下，太陽能集熱系統(tǒng)比空氣源熱泵熱水機組的的運行成本低。四是在冬季﹑陰雨天氣時，太陽能不能達到較高的輻照強度，系統(tǒng)主要熱負荷來源則是空氣源熱泵熱水機組，SAW熱水系統(tǒng)運行策略可對空氣源熱泵機組﹑太陽能集熱系統(tǒng)作為輔助熱源進行優(yōu)先采用。

結(jié)語

綜上所述，本文較深入地探討了SAW熱水系統(tǒng)結(jié)構(gòu)﹑原理及其常見循環(huán)方式，并對其各功能占用的能源比例進行了詳細分析，同時針對系統(tǒng)的用能合理性提出可行的運行策略，有效驗證了在系統(tǒng)實際運行中用能與運行策略的合理性，對于提高節(jié)能效果具有非常重要的作用。

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[3]孔祥強，李瑛，楊前明．太陽能熱泵系統(tǒng)綜合實驗臺的研制[J]．實驗室研究與探索，2012．

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