太陽能+空氣源熱泵的熱水供應(yīng)系統(tǒng)設(shè)計

盧 春 萍

(河北建筑工程學(xué)院，河北 張家口 075000)

太陽能+空氣源熱泵的熱水供應(yīng)系統(tǒng)設(shè)計

盧 春 萍

(河北建筑工程學(xué)院，河北 張家口 075000)

太陽能集中熱水系統(tǒng)受到天氣的影響難以全天候運行，需要設(shè)置輔助加熱裝置.以廣州市賓館熱水供應(yīng)為例，對太陽能空氣源熱泵的熱水系統(tǒng)進行設(shè)計，包括空氣源熱泵熱水機組選型計算、太陽能集熱管面積計算、儲熱水箱的確定、集熱循環(huán)水泵的確定.

太陽能;空氣源熱泵;集中熱水系統(tǒng);設(shè)備選型

0 前 言

本設(shè)計為廣州市某賓館，該賓館有100套標(biāo)準房間，滿員200人，每天使用的熱水量為20噸.

考慮節(jié)能環(huán)保及運行費用要求，采用太陽能與空氣源熱泵綜合供應(yīng)熱水系統(tǒng)，在陽光充足時利用太陽能提供熱水，在陰雨天氣(太陽能資源不足時)利用空氣源熱泵熱水機組來補充供應(yīng)熱水.

1 方案設(shè)計

(1)本方案須考慮產(chǎn)熱水設(shè)備、貯水設(shè)備、自控電氣系統(tǒng)、管道動力系統(tǒng)及其之間的管道連接.

(2)設(shè)備選用原則

考慮經(jīng)濟、節(jié)能、環(huán)保等要求，宜采用空氣源熱泵機組供應(yīng)熱水，保證用水溫度及用水量，最大程度節(jié)能.

(3)室內(nèi)外設(shè)計參數(shù)

1)夏季室外設(shè)計計算參數(shù)

干球溫度：34.2 ℃；濕球溫度：27.8 ℃；相對濕度68%；室外平均風(fēng)速：1.7 m/s；大氣壓力：1004.0 KPa.

2)冬季室外設(shè)計計算參數(shù)

采暖計算溫度：8 ℃；空調(diào)計算溫度：5.2 ℃；相對濕度：72%；室外平均風(fēng)速：1.7 m/s；大氣壓力：1019.0 KPa.

(4)系統(tǒng)設(shè)計溫度標(biāo)準：

1)夏季：環(huán)境溫度：按照標(biāo)準工況20 ℃設(shè)計；進水溫度：按平均溫度15 ℃設(shè)計；熱水出水溫度：按55 ℃計算；

2)冬季：環(huán)境溫度：按照標(biāo)準工況5 ℃設(shè)計；進水溫度：按平均溫度10 ℃設(shè)計；熱水出水溫度：按55 ℃計算.

2 熱水供應(yīng)系統(tǒng)設(shè)計

2.1 熱水需求基本狀況

加熱方式：陽光充足時，采用太陽能加熱；陽光不足時，啟動空氣源熱泵加熱；

集熱單元：采用真空管集熱器；

系統(tǒng)組成：系統(tǒng)由太陽能集熱陣列、水箱及保溫、電控、自動補水、輔助連接等部分組成.

2.2 系統(tǒng)原理圖(見圖1)

圖1 太陽能+空氣源熱泵熱水系統(tǒng)原理圖

2.3 空氣源熱泵熱水機選型計算

(1)夏季：進水溫度：平均溫度15 ℃；出水溫度：55 ℃；每天所需熱水量20 t；需要的熱量為：

Q=mcΔt=20×103×4.19×(55-15)=3352000KJ

式中：m——每天所需熱水量，t/d；c——水的比熱容，4.19KJ/kg·K；Δt——水的溫升，K.

選型臺數(shù)：

式中：q——單臺空氣源熱泵制熱能力，KW；t——加熱時間，一般取12小時.

選取4臺芬尼克茲熱泵PASHW060SB-C型機組，額定輸入功率為4.7KW，熱效比為4.3，制熱量為20.0KW.

(2)冬季：進水溫度：按平均溫度10 ℃設(shè)計；熱水出水溫度為55 ℃計算；每天所需熱水量20t；需要的熱量為：

Q=mcΔt=20×103×4.19×(55-10)=3771000KJ

式中：m——每天所需熱水量，t/d；c——水的比熱容，4.19KJ/Kg·K；Δt——水的溫升，K.

PHNIX熱泵PASHW060SB-C型機組，每小時額定輸入功率為4.20KW，熱效比為3.28，制熱量為13.77KW，計算運行時間，校核4臺機組是否滿足冬季要求.

可見，運行時間均符合要求，所以選取4臺芬尼克茲熱泵PASHW060SB-C型機組，滿足賓館熱水系統(tǒng)冬、夏季的要求.

2.4 太陽能熱水系統(tǒng)選型計算

(1)集熱器的相關(guān)選擇.

1)全年太陽輻照情況.

根據(jù)GJBT-965《太陽能集熱系統(tǒng)設(shè)計與安裝》，列出廣州(東經(jīng)113°17'，北緯23°8')太陽輻照量情況如下：

2)集熱器的方位、安裝傾角.

集熱器方位角朝向正南放置；熱水供應(yīng)全年使用，集熱器安裝傾角設(shè)為當(dāng)?shù)鼐暥?

3)集熱器的計算.

表1 太陽輻照量

注:表中傾斜面角度為當(dāng)?shù)鼐暥龋?/p>

集熱器前后排之間的日照間距S計算：集熱器安裝方位角為正南γ=0°，集熱器安裝高度為H，前后排最小不遮光間距S=H·coth·cosγ0；太陽高度角計算：廣州緯度φ=23.13°，對應(yīng)春分(或秋分)的赤緯角δ=0°，對應(yīng)9:00的時角ω=3×(-15)=-45°，集熱器方位角γ=0°，則：sinh=sinφ×sinδ+cosφ×cosδ×cosω=0.65，得：h=40.54°；則：sinα=cosδ×sinω/cosh=-0.93，太陽方位角α=-68.43°，則：γ0=α=-68.43°，則：集熱器前后排間距S=H·coth·cosγ0=0.43H，其中H=3 m，則：S=1.3 m.

(2)貯熱水箱的確定.

根據(jù)GB50015-2003(2009版)建筑給排水設(shè)計規(guī)范，太陽能集熱系統(tǒng)貯熱水箱有效容積Vrx=qrjd·Aj，其中：qrjd為集熱器單位采光面積平均每日產(chǎn)水量，直接供水系統(tǒng)qrjd=40～100(L/m2·d)；Aj為集熱器總面積；計算結(jié)果Vrx=55 m3；水箱選取30 m3×2.

(3)集熱循環(huán)水泵.

流量：依據(jù)匹配集熱器的面積而定，保證集熱系統(tǒng)的流量為0.015～0.02(L/m2·S)，流量G=786.2×0.02=15.7L/s=56.5m3/h.

揚程：需要考慮以下各阻力：集熱系統(tǒng)最不利環(huán)路的阻力15.6Kpa；集熱器阻力1.5KPa(單組集熱器阻力0.5KPa)；貯熱水箱進水口與集熱系統(tǒng)出水管高差2.5m(25KPa)；揚程為46.3KPa(考慮了10%的附加量).

循環(huán)水泵選型：依據(jù)流量、揚程選取ISR熱水循環(huán)泵.

3 結(jié)束語

對于太陽能集中生活熱水供應(yīng)系統(tǒng)，空氣源熱泵是一種比較理想的輔助加熱設(shè)備，該系統(tǒng)可以全天候滿足生活熱水的供應(yīng)，具有環(huán)保、節(jié)能，具有較好的社會效益和經(jīng)濟效益，尤其適合于在充分利用太陽能的前提下，仍然需要大量使用輔助熱源的太陽能熱水系統(tǒng).

[1]GB50364-2005《民用建筑太陽能熱水系統(tǒng)應(yīng)用技術(shù)規(guī)范》[S]

[2]GB18713-2002《太陽能熱水系統(tǒng)設(shè)計、安裝及工程驗收技術(shù)規(guī)范》[S]

[3]GJBT-965《太陽能集熱系統(tǒng)設(shè)計與安裝》[S]

The Design of Hot Water Supply System of Solar Energy and Air Source Heat Pump

LUChun-ping

(Hebei Institute of Architecture and Civil Engineering,Zhangjiakou 075000,China)

Influenced by weather condition,it is difficult to run for hot water supply system of solar energy all the time,and the auxiliary heating device need setting.Taking hot water supply in a hotel of Guangzhou city as an example in this paper,the heat pump system of solar energy and air source was designed,including the calculation of equipment selection of the air source heat pump,the calculation of the collector area,the determination of the heat storage tank,and the determination of the circulating pump of the heat collection.

solar energy;air source heat pump;hot water system;equipment selection

2015-04-12

盧春萍(1966-)，女，教授,碩士，能源與環(huán)境工程學(xué)院，熱動教研室；研究方向：供熱節(jié)能.

TU 85

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