青海鹽湖佛照藍科鋰業股份有限公司太陽能集熱加溫供水工程補熱方案設

【摘要】由于太陽輻照的周期性和受天氣影響的敏感性，太陽能供熱系統運行模式比傳統供熱方式要不穩定并且具有不確定性，所以需要制定合理可靠的補熱方案實現長期穩定的供熱，通過技術經濟比選，選定將線性菲涅耳式太陽能聚光集熱方式作為主熱源，空氣源熱泵作為輔助熱源進行供熱。

【關鍵詞】太陽能熱利用；線性菲涅耳；補熱方案；空氣源熱泵

由于該項目地處于我國太陽能資源最豐富區，太陽輻射強，日照小時數高。加上海拔高、空氣稀薄、大氣透明度好、陽光穿透力極強，具有極好的自然條件。據氣象資料，格爾木地區年輻射量高達6950MJ/m2，年日照數高達3558h。我國太陽能光熱技術，經過多年的發展，已日趨成熟，尤其是中低溫集熱技術，既無技術難題，也無工藝障礙，完全可用于工程實際，本項目的主熱源將采用太陽能集熱方案。

我國空氣能行業雖然起步晚，但近年來發展十分迅速，從早先依賴外國輸入技術為主到不斷學習、吸收、改進再到現如今已轉變成自主研發為主的成長過程。特別是一批中國優秀民族品牌，目前中國已經成為了空氣源熱泵的應用大國，本項目的輔助熱源采用空氣源熱泵系統來滿足生產所需。

一、工程設計任務

該項目因生產工藝要求，全年330天以上需求熱水每小時600t，水溫度為40℃，用量基本均衡。原水為市政供水輸送至現場，冬季水溫5℃左右，夏季12℃左右。本工程擬采用太陽能集熱方式，將原水由12℃加熱升溫至80℃，再通過與冷水混合至40℃，以保證鹽湖藍科鋰業公司生產用水需求，供應量為600t/h，24h連續供應，以保證全年330天以上的熱水供應。本項目由太陽能熱水系統和空氣源熱泵系統聯合運行，其中太陽能熱水系統承擔絕大部分熱水制取任務，熱泵系統作為備用和補充。太陽能熱水系統制取80℃的熱水，進入到太陽能蓄熱水箱，一部分存儲，一部分供給生產使用。在太陽能不足或沒有陽光時，熱泵系統運行。

二、太陽能熱水系統概述

通過技術經濟比選，選定將線性菲涅爾式聚光集熱方式作為熱源，根據光熱功率的產能計算，初步擬定72組線性菲涅爾式集熱單元，導熱油作為傳熱介質，100℃的導熱油流經線性菲涅爾式集熱場管路，集熱場聚光加熱導熱油。在供熱廠房附近設一個3000m3的調節水罐，將市政供水管網的自來水引至調節水罐，在調節水罐的出口端設2臺套變頻水泵（一用一備）以600m3/h的流量輸送至油水換熱器，導熱油作為傳熱工質，在導熱油循環泵的推動下，經集熱場加熱至260℃左右的導熱油進入換熱器，加熱水使之升溫至80℃，換熱器產生的熱水則通過管路輸送到現場兩個3000m3的蓄熱水罐中。由于24h需40℃的熱水為14400m3，因此現場需用熱水罐的80℃的熱水與市政低溫自來水進行混合以滿足生產所需。本項目采用太陽能加熱方式，方案為白天滿負荷運行，將多余產生的熱水儲存起來，到了晚上用白天儲存的熱水進行生產供給。

三、空氣源熱泵系統（補熱方案）設計

1.空氣源熱泵技術簡介

空氣源熱泵技術是基于逆卡諾循環原理建立起來的一種節能、環保制熱技術，通過自然能（空氣蓄熱）獲取低溫熱源，經系統高效集熱整合后成為高溫熱源，用來取（供）暖或供應熱水，空氣源熱泵以極少的電能，吸收空氣中大量的低溫熱能，通過壓縮機的壓縮變為高溫熱能，傳輸至水箱，加熱熱水。

2.系統概述

由太陽能熱水系統和空氣源熱泵系統聯合運行，其中太陽能熱水系統承擔絕大部分熱水制取任務，熱泵系統作為備用和補充。太陽能熱水系統制取80℃的熱水，進入到太陽能大水箱，一部分存儲，一部分供給生產使用。在太陽能不足或沒有陽光時，熱泵系統運行。

3.熱泵熱水系統工作模式

熱水系統有三種工作模式，分別是太陽能熱水系統單獨供熱、熱泵熱水系統單獨供熱、熱泵與太陽能聯合供熱。

模式一：太陽能熱水系統單獨供熱

太陽能熱水系統在陽光充足時，冷水箱中的冷水以600m3/h的流量輸送至油水換熱器，導熱油作為傳熱工質，在導熱油循環泵的推動下，經集熱場加熱至260℃左右的導熱油進入換熱器，加熱冷水使之升溫至80℃，換熱器產生的熱水則通過管路輸送到現場兩個3000m3的蓄熱水罐中。由于24h需40℃的熱水為14400m3，因此現場需用熱水罐的250m3/h的80℃的熱水與350m3/h市政低溫自來水進行混合以滿足生產所需的600m3/h的40℃的熱水。本項目采用太陽能加熱方式，方案為白天滿負荷運行，將多余產生的熱水儲存起來，到了晚上用白天儲存的熱水進行生產供給。

模式二：空氣源熱泵供熱

當由于天氣原因，太陽能熱水系統不能制取熱水時，空氣源熱泵在加熱水箱內制取40℃的熱水。熱水泵從加熱水箱中抽取熱水，供生產使用。熱泵系統供水之前，需要提前運行1-2小時左右，先將加熱水箱內的水循環加熱到40℃，然后向外供水。此時可連續供水，同時補入冷水。加熱水箱水位降低后，自來水補水電動閥打開，向加熱水箱補水。加熱水箱的補水在市政自來水水量不能滿足時可用現場3000t冷水箱冷水箱補水。補水量與熱泵系統的供熱水量向適應。補水由液位控制，液位由浮球液位控制器控制。熱水泵從加熱水箱中抽水時，根據加熱水箱水溫的變化進行變頻調控。水溫降低后，降低運行頻率，減少抽水量，從而減少補水量，盡快提高水溫。當降低到最低運行頻率時，就不在降低。

模式三： 熱泵與太陽能聯合供熱

當由于天氣原因，太陽能熱水系統供熱出力下降，這時運行熱泵與太陽能聯合供熱模式。首先熱泵系統在加熱水箱中將水加熱至40℃，然后通過導水泵將40℃熱水導入自冷水水箱或者太陽能水箱。具體向那個水箱導水，由系統的總控制發出指令，通過切換導水電動閥實現。為實現經濟運行，優先考慮谷電時間段運行。

四、結語

綜上所述，太陽能集熱加溫供水的補熱方案采用空氣源熱泵系統是切實可行的，可以滿足工程要求，可大大的提高供熱保證率，并且兩種技術路線進行聯合供熱可起到相輔相成的作用。

參考文獻：

[1]《熱泵技術與應用》，張昌，機械工業出版社。

[2]《空氣源熱泵系統設計》，馬最良，中國建筑工業出版社。

[3]《青海鹽湖佛照藍科鋰業股份有限公司太陽能集熱加溫供水工程可行性研究報告》，陜西省水利電力勘測設計研究院