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(yáng)市天然氣有限公司，陜西 咸陽(yáng) 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(yáng)市天然氣有限公司，陜西 咸陽(yáng) 712000）

本文基于對(duì)空氣源熱泵、太陽(yáng)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(yùn)行原理。結(jié)合熱源供熱負(fù)荷提出較合理地運(yùn)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(shì)十分明顯。

多熱源；供熱水系統(tǒng)；節(jié)能分析

1 前言

太陽(yáng)能來(lái)源于太陽(yáng)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(lái)源于太陽(yáng)，太陽(yáng)能具有普遍﹑無(wú)害﹑巨大﹑長(zhǎng)久等優(yōu)點(diǎn)。隨著太陽(yáng)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(yáng)能集熱器熱能轉(zhuǎn)換原理，在集熱時(shí)具有不連續(xù)性，并隨季節(jié)具有較大差異等實(shí)際情況，目前難以獨(dú)立達(dá)到大量熱水的實(shí)際需求，需要結(jié)合具有較好穩(wěn)定性的熱源進(jìn)行聯(lián)合應(yīng)用。空氣源熱泵熱水系統(tǒng)相對(duì)于其它類型設(shè)備較為節(jié)能，是將不同類型熱源進(jìn)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(jìn)行儲(chǔ)存，使洗浴廢水中熱量得到有效利用，盡可能避免浪費(fèi)能源。隨著空氣源熱泵熱水機(jī)組與太陽(yáng)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(duì)低品位熱能均能進(jìn)行充分利用，太陽(yáng)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(jìn)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(jī)組﹑太陽(yáng)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(gè)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(yáng)能集熱﹑熱泵熱水﹑回收污水余熱及加熱等三個(gè)設(shè)備。自來(lái)水在循環(huán)過(guò)程中有效利用回收余熱裝置進(jìn)行預(yù)熱，采用多個(gè)措施確保實(shí)現(xiàn)SAW熱水系統(tǒng)的多個(gè)功能的正常循環(huán)。在太陽(yáng)能集熱系統(tǒng)中，一般具有太陽(yáng)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(duì)溫差進(jìn)行必要的控制，對(duì)工質(zhì)丙二醇采用循環(huán)泵進(jìn)行強(qiáng)制循環(huán)；冷水側(cè)工質(zhì)水采用控制循環(huán)泵對(duì)溫差進(jìn)行有效控制達(dá)到強(qiáng)制循環(huán)的目的。利用換熱裝置對(duì)兩側(cè)熱量進(jìn)行傳遞實(shí)現(xiàn)對(duì)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(jī)組﹑循環(huán)泵及循環(huán)管路等設(shè)備構(gòu)成，熱量與熱水實(shí)際需求在太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)中相差較大時(shí)，其空氣源熱泵就會(huì)進(jìn)行自動(dòng)啟動(dòng)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(guò)程中，由于存在循環(huán)泵的作用，自來(lái)水通常會(huì)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(shí)現(xiàn)綜合利用的作用，對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化整合后，形成新型清潔能源利用系統(tǒng)，對(duì)現(xiàn)有能源結(jié)構(gòu)進(jìn)行不斷優(yōu)化，使消耗的能源得到有效降低，從而使建筑達(dá)到節(jié)能及能源實(shí)現(xiàn)可持續(xù)利用的效果。

3 SAW熱水系統(tǒng)熱負(fù)荷的分析

3.1 熱負(fù)荷分析

SAW熱水加熱系統(tǒng)中，污水源熱泵能夠提供相對(duì)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(yáng)能熱水系統(tǒng)無(wú)法提供較充足的熱量，而且太陽(yáng)能輻照強(qiáng)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(qiáng)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(duì)于該系統(tǒng)將產(chǎn)生一些影響，夏季只能提供相對(duì)較少的熱量，冬季能夠提供的熱量相對(duì)較多一些；而在氣候隨時(shí)產(chǎn)生變化的條件下，太陽(yáng)能集熱器無(wú)法實(shí)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(yáng)能提供的熱量具有負(fù)相關(guān)關(guān)系。在夏季室外環(huán)境及補(bǔ)水都具有相對(duì)較高的溫度，一年之中系統(tǒng)夏季只需要較少的熱負(fù)荷總量。太陽(yáng)能在夏季中，其具有相對(duì)較高的輻射強(qiáng)度，因此一年四季中該系統(tǒng)能提供熱負(fù)荷最佳的季節(jié)就是夏季，因此可優(yōu)先考慮應(yīng)用太陽(yáng)能集熱系統(tǒng)。

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

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

3.2 用能過(guò)程中的合理性策略

為實(shí)現(xiàn)優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)，使空氣能﹑太陽(yáng)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(guò)程中采取以下四個(gè)合理性策略。

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

結(jié)語(yǔ)

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(duì)其各功能占用的能源比例進(jìn)行了詳細(xì)分析，同時(shí)針對(duì)系統(tǒng)的用能合理性提出可行的運(yùn)行策略，有效驗(yàn)證了在系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行中用能與運(yùn)行策略的合理性，對(duì)于提高節(jié)能效果具有非常重要的作用。

[1]代彥軍，王如竹．太陽(yáng)能空調(diào)制冷技術(shù)最新研究進(jìn)展[J]．化工學(xué)報(bào)，2010．

[2]趙芳，楊前明，孔祥強(qiáng)等．太陽(yáng)能輔助熱泵多功能復(fù)合機(jī)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)火用分析[J]．流體機(jī)械，2011．

[3]孔祥強(qiáng)，李瑛，楊前明．太陽(yáng)能熱泵系統(tǒng)綜合實(shí)驗(yàn)臺(tái)的研制[J]．實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2012．

TU83

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