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1、地源热泵专题 阳能辅助加热的土壤源热泵应用研究 北京萨斯特能源技术有限公司 陈北领 肖双江 摘 要冬季土壤温度较低，而且以热负荷为主的北方地区，若完全采用土壤源热泵供暖，则地埋换热器和机组的初投资均比较高，连续 运行的效率也较低，因此，可利用太阳能集热器作为辅助能源。以宝佳制衣厂太阳能辅助土壤源热泵系统供冷、供热、全年提供生活热水为例， 从初投资、运行费用、环境效益三方面与传统空调系统进行比较，该系统比完全土壤源热泵系统更经济。 关键词 太阳能集热器土壤源热泵地埋换热器辅助热源节能 of as y n of is is f of by is be as a of it on coof by a
2、s an he is o，1 原理介绍 我国北方地区土壤温度比较低，而且冬季热负荷较大。作 为土壤源热泵系统，为了满足冬季热负荷的需要，势必要加大 地热换热器的配置，将造成系统初投资的增加。此外当热泵机 组长时间连续运行时，导致土壤温度降低，机组的效率下降。为 了提高系统的经济性，可考虑采用辅助热源。太阳能是地源热 泵系统理想的辅助热源。太阳能辅助加热的土壤源热泵复 合系统见图1。 2项目概况 本工程包括1栋厂房、6栋职工宿舍、1栋食堂、1个库房 及1栋办公楼，共有建筑面积 793m ，见照片1。企业有职 工3 000人。厂房内原有的建筑夏季采用风冷式空调制冷，冬 季采用燃油锅炉集中供暖；厂区
3、生活热水与采暖系统共用燃 ；用时间控制的方式定时集中供应。厂区道路、绿化 图1 太阳能辅助加热的土壤源热泵复合系统 面积为38 1 22m ，可有效利用的空地面积为8 完全 符合利用土壤源热泵供热、制冷及利用太阳能蓄热供生活热 水的条件。 陈北领，1977年12月生，(硕士)研究生 地址：北京市海淀区金源时代商务中心2号楼机：1 3439028686 E63 7车羞巽毋罐专通 负荷计算 见表1和表2。 照片1 宝佳制衣厂建筑 表1空调冷、热负荷计算表 冷负荷指 热负荷指 供冷冷 采暖热 建筑名称 面积(m ) 标( 标( 负荷(W) 负荷(W) 食堂 6 199 200 80 1 239 80
4、0 495920 办公室 1 222 120 60 146 640 73320 宿舍1 4 282 100 60 428 200 256920 宿舍2 3 526 100 60 352 600 211 560 宿舍3 1 900 100 60 190 000 114 000 宿舍4 1 792 100 60 179200 107 520 宿舍5 2 784 100 60 278400 167 040 宿舍6 1 526 100 60 152 600 91 560 宿舍16合计 15 810 1 581 000 948600 562 100 70 756 200 529340 库房 3 000
5、66 60 200 000 180 000 排房 2 000 100 70 200 000 140 000 总计 35 793 4123 640 2367180 表2生活热水耗热量表 每个龙头用水标准 小时热水量 龙头数 耗热量(1龙头h，43(m3h) 245 255 62 2 834 4系统设计和机房配置 1_4水流量同为47州h，h。 2 利用太阳能集热时，半闭阀门时关闭电磁阀。 3 供生活热水时，1启内循环泵2关闭，4当太阳能集热效果不理想时，开启热泵机组，同时，开启内循环泵路为d。 5 6 蓄热水池与太阳能集热箱的温差为启内循环泵7太阳能效果好时，恒温水箱水泵启动方式：当 8采用热泵
6、机组供生活热水时的运行方式 水箱的水均加热到5(7C。 启内循环泵w 当连续多日阴雨天时，开启水泵蓄热水箱和恒温 9防冻循环，当室外温度低于5环水泵时启动电伴热带。当其高于1()时停止 10太阳能做为地源热泵热源在光照良好的情况下，太阳能负荷秋季太阳能负荷热水负荷时，太 阳能作为地源热泵的辅助热泵。 回灌循环当秋季太阳能负荷热水负荷时回灌地下，储存能源。开启水泵启阀门如下表 ： n 啦 鹊 副 蛄 喇 6 阁 r L r ， ， ， I， ， ， 一 i ， ， ， ， 丹 ， I 亓，。 雎 。 女 t n ， ， 、 i t 一 ， 甚量一 卜 &触_ 厂Il |硐土 胃月1 鳓 图2卫生
7、热水系统流程图和控制说明 冬季供暖和夏季制冷所需的热、冷负荷均由土壤源热泵 提供。配置2台40冷=680提供所需负荷。由表1可知，厂房、宿舍、库房、办公、食堂等 由于工程采暖和生活热水热负荷比较大，i#地区 空调区域，只要主机房的供冷制热能力同时满足办公、厂房、库 太阳辐射日照时间长，系统采取太阳能辅助采暖土壤源热泵 房的空调要求，系统操作采用时间段转换运行方式，上班时间 的复合系统。施工情况见照片2。 照片2 太阳能和地埋管区域施工 (上午8：300，下午13：300)供厂房；晚上休息时 间(19：000)供员工宿舍；其他时间供食堂。这样划分为 不同的功能区，按时间段转换方式既可保障整个厂区
8、的空调 效果又达到节能目的。但是为了保证冬季按时间段转换时其 它功能区值班采暖温度的需求，土壤源热泵主机的供热能力 配置考虑了值班采暖负荷。夏季制冷供水温度为7C，回水温 度为12C；冬季采暖供水温度为45C，回水温度为40C。水泵 设置两大。冬季采暖时，2台(51 60)大的水 为使用采暖的建筑区提供采暖热水，在防冻季节开启小 (607 52)的热水泵向未使用采暖的建筑区提供值 班采暖热水。 采用太阳能真空集热管和地源热泵联合蓄能定时供热： 在厂区宿舍的屋面布置太阳能真空集热管，在厂区建1个 90m。的蓄热水箱，全年充分利用太阳能为厂区供热。为保证阴 雨天气生活热水的连续供应，设置1台供热出
9、力为540温地源热泵机组辅助供热。同时，其中1个30m。的水箱为 43温水箱的出水管与现有锅炉系统的生活 热水供热水管连接，实现向每个用水点供生活热水，同时，生活 热水的回水管接入恒温水箱。平时，主要由太阳能集热管供热， 夏季、过渡季节在18时开启地源热泵主机，运行2小时将 90m。的生活热水箱加热，冬季从16时开启热泵，运行4小时 将90m。的生活热水箱加热。卫生热水系统流程见图2。空调、 生活热水系统设备配置见表3、表4。 表3空调机房配置表 电机功率 数量 设备名祢 型 号 技术参数 备 注 (台) 夏季供、回水温 0垮=6807源热泵主机 65 2 0热=540季供、回水温 度45=9
10、6m h 空调水泵 6022 22 2 供空调区 H=36m L=35m3h 空调水泵 6075 7 5 2 供非空调区 H=35m L=174m h 地源水泵 45304 30 2 一用一备 H=38m 表4生活热水系统配置表 设备名称 型号 技术参数 (数量(台) 太阳能真空集热管 4700 13 328根 蓄能水泵 020034 L=60m3h：H=m 5 5 1 恒温水泵 0034 L=50=12 5m 3 1 生活热水泵 1 L=62 6=19m 5 5 1 蓄热水箱 90 430 5经济分析 51运行费用计算参数(见表5、表6、表7) 52 2种系统供热、制冷、生活热水系统的比较(
11、见表8) 表5空调机房运行费用计算参数表 机房设备电 机房平均 每天运行 电价 季节 运行期天数 机功率(功率(时间(h) 【元(kWh)】 夏季 419 1848 18 130 0 70 冬季 419 1848 24 130 0 70 表6太阳能+地源热泵生活热水系统年运行费计算参数 机房设备电机 太阳能集热占 热泵运行占时 电价 每天运行 季节 天数(天) 功率(时间比倒() 间运行() kWh)】 时间(h) 夏季 194 90 90 10 070 2 过渡季节 194 155 80 20 070 3 冬季 194 120 70 30 0 70 4 表7燃油锅炉生活热水系统的运行费用计算参数表 冷水温度 运行天数 每日生活热水 耗热量 油价 季节 耗油(t) () (天) 耗热量(元夏季 20 90 6 323 569103 64 4 2 过渡季节 15 155 7698 1 193 191 134 4 2 冬季 4 120 10 722 1 286667 145 4 2 表8 2种系统供热、制冷、生
