消防中心浴室空气能热泵结全太阳能热水工程方案书

    2地理位置及气候

 

    泰州市在北亚热带湿润气候区,受季风环流的影响,具有明显的季风性特征。这里四季分明,夏季高温多雨,冬季温和少雨,具有无霜期长,热量充裕,降水丰沛,雨热同期等特点。泰州市的气温最高在7月,最低在1月,冬夏季南北的温差不大,年平均气温在14.4℃~15.1℃,年平均降水量1037.7mm,降雨日为113d,但受季风的影响,降水变率较大,且南北地域之间亦存在着差异。泰州市地区的温度带属亚热带、干湿区属湿润区。泰州地区一般在3月底、4月初进入春季,6月上、中旬进入夏季,9月中旬开始进入秋季,11月中旬转入冬季。大致每年冬季有4个多月,夏季有3个多月,春、秋季各2个多月。

 

    3设计依据

    1.建筑给水排水设计手册

    2.建筑给水排水设计规范(GB50015—2003)

    3.建筑给水排水和热水供应设计规范

    4.给水排水国家建筑标准设计图集

    5.商业或工业用及类似用途的热泵热水机(G21362-2008)

 

    6.热泵热水系统选用与安装(06SS127)

    7.热泵产品样本及说明书

    8.热泵智能环境模拟实验室的运行数据

    9.太阳能集中热水系统选用与安装(O6SS128)

    10.客户提供的数据

 

    4设计参数

    最冷月冷水设计温度:5℃;

    热水最高设计供水温度:55℃;

    设计总用水量为3.5t;

    水的比热:C=4.187kJ/kg·℃=1kJ/kg·℃

    当地年平均日辐照量:12156kJ/(m2·d)

 

    5设计计算

    5.1每天耗热量计算

 

    3.5t热水,3.5t冷水加热到55℃的日耗热量按公式计算得:213.66kW。以机组工作18h计,小时耗热量为12.46kW。

    5.2太阳能集热面积根据计算公式计算,太阳能集热面积需:

 

   

                               5.3设备选型

    1热泵

    根据经验初定选用1台DKFXRS-15Ⅱ型热泵机组。

    参照低温(7℃)工况检测报告的数据,DKFXRS-15Ⅱ热泵机组制热量为15.4kW,那么初定热泵数量的总制热量为:15.4伊1=15.4kW/h>12.46kW/h(热泵机组设计小时供热量)那么,初定1台热泵基本满足热水制备需求。

    2太阳能

    由以上计算公式可得:太阳能集热面积为67.8m2。初定选用58伊1800伊50横插式太阳能集热器,每台集热器的集热面积约为8.4m2。

 

    3辅助电加热

    当环境温度低于5℃时,热泵制热量衰减,同时机组出水温度也会略有下降,为保证在环境温度为-5℃时仍能满足热水的生产要求,系统配备电辅助加热。环境温度-5℃时,DKFXRS-15Ⅱ型空气源热泵热水机组的制热量约为9.5kW,那么电辅助功率需达到:(12.46-9.5伊1)伊1.1=3.256kW/h

    其中1.1为经验系数。(考虑冬季热泵机组结霜化霜修正系数、电辅助加热效率)

    考虑当地气候状况,系统配置总功率为3kW的电辅助加热器1台。

 

    4)水箱

    a.太阳能集热水箱

    太阳能水箱只是作为冷水的预热水箱,所以体积不需要太大,考虑项目的投资成本,取太阳能集热水箱容积约为2t。

 

    b.热泵储热水箱

    因空气源热泵机组为缓慢蓄热式加热设备,储水箱需保证全天足够的用水量,但考虑太阳能系统已设置2t不锈钢内胆保温水箱,则热泵储热水箱设置为2t,依然能够满足用水需求。

 

    5水泵

    a.热泵机组循环泵

    循环水泵是用来连接水箱与热泵热水机组,与之连接成一个完整的循环系统。为了确保系统运行的安全和稳定性,本案将按一机一泵的方式选用水泵。

    根据热泵热水机组的各项功能参数,可确定循环泵的参数必须满足:Q逸3m3/h,H逸15m,储热水箱与机组安装在同一地点。(DKFXRS-15Ⅱ空气源热泵热水机组的循环流量3m3/h)可选用南方水泵CHL4-20,1台。

 

    b.供水泵

    本工程用水点为10个,按24h供水方式。水泵扬程需满足顶层最不利点的流出水头,初步估算应不小于15m。

    可选用南方水泵CHL2-30,2台,压力开关控制。

 

    c.太阳能集热器循环泵(需经太阳能厂家校核)

    太阳能集热器作为一个模块,与太阳能水箱循环加热。循环泵的循环流量按太阳能集热面积确定,循环泵的参数必须满足:Q≥1m3/h,H≥6m,太阳能水箱与太阳能集热器安装在同一地点。每模8台太阳能集热器的循环流量约为1m3/h(估算数值)。

    可选用威乐水泵PH-101E,1台。

 

    d.倒水泵

    主要用来将太阳能水箱的水输送到热泵水箱,流量满足设计小时用水量,扬程需满足热泵水箱的高度及管路损失,初步估算应不小于10m。

    可选用南方水泵CHL2-20,2台(一用一备)。

 

    6系统运行方式

    1.为了能够充分利用太阳能,系统采用双水箱,太阳能循环系统单独设置一台水箱,在运行过程中,太阳能集热器能够不断地对水箱进行加热。热泵系统的水来自太阳能系统水箱,保证进入热泵系统的水都是经过太阳能系统预热的,如果水温达到供水要求,那么热泵系统不再启动,如果水温达不到供水要求,热泵启动继续加热。

 

    2.系统组成:一只2t热水箱与1台DKFXRS-15II热泵机组加热,一只2t太阳能集热水箱与68m2太阳能集热器连接循环加热。

    3.系统初始运行时,手动补水至水箱溢流水位后,停止补水转由系统自动控制。

    4.太阳能水箱通过浮球阀补水,随时保证水箱满水位。热泵水箱根据水箱液位和水箱水温控制,当SL低液位信号和水箱内部高温信号同时送至太阳能倒水泵时,倒水泵启动进行倒水;当SL高液位信号和水箱内部温度开关低温信号任一送至倒水泵时,倒水泵关闭停止倒水。水箱液位、温度的设定可根据用水实际情况调整。

 

    5.太阳能集热系统采用温差循环。当集热器内的水温比水箱内水温的高出值大于设定温度时,集热器循环泵启动;当集热器内的水温比水箱内水温的高出值小于设定温度时,集热器循环泵关闭。

    6.热泵系统配置3kW电加热器1只,由系统主板控制或手动控制。

 

    7.热泵的启停受水箱温度控制,也可以手动控制。当水箱温度低于设定温度时,热泵启动加热;当水箱温度高于设定温度时,热泵关闭。

    8.热水供水采用水泵增压供水方式,压力开关控制。回水由电磁阀及回水管上温度控制。

    9.太阳能集热器管路设有防冻循环措施。当循环管路水温低于设定温度时,开启太阳能循环泵;当循环管路水温达到设定温度时,关闭水泵。

 

    7经济性分析

    1.计算前提

    1)春秋季183d,平均环境温度18℃,平均水温15℃;夏季92d,平均环境温度26℃,平均水温22℃;冬季90d,平均环境温度5℃,平均水温5℃。每年阴雨天气占全年的1/3。

 

    2)每t冷水加热到55℃的日耗热量:春秋季42000kJ,夏季34650kJ,冬季52500kJ。(不计回水消耗热量)

    3)电价0.8元/kW·h,天然气单价3元/m3,柴油单价8.34元/kg,蒸汽单价200元/m3。天然气热值8600kJ/m3

    ,热效率75%;柴油热值10200kJ/kg,热效率85%;蒸汽热值600000kJ/m3热效率90%;电热值860kcal/kWh,热效率95%。

    4)环境温度18℃时,DKFXRS-15Ⅱ热泵机组COP值4.25。环境温度26℃时,DKFXRS-15Ⅱ热泵机组COP值4.75。环境温度5℃时,DKFXRS-15Ⅱ热泵机组COP值3.5。

 

    2.空气源热泵+太阳能系统运行费用

    在太阳能足配的情况下,全年除了阴雨天气,热泵几乎不用启动加热,那么本系统的运行费用也就阴雨天气热泵运行产生的费用。

    1)春秋季:42000÷860÷4.25×0.8×183×1/3=561元

    2)夏季:34650÷860÷4.75×0.8×92×1/3=208元

    3)冬季:52500÷860÷3.5×0.8×90×1/3=419元

 

    冬季启用电辅天气的平均温度0℃,计有20天。其中5℃温升需要电辅加热,即5250kJ热量需要电辅完成。那么,冬季电辅助加热设备的运行费用为:

    5250÷860÷95%×0.8×20×1/3=34.27元

 

    4)每t水运行费用:(561+208+419+34.27)÷365=3.35元

    3.燃气锅炉系统运行费用

    1)春秋季:42000÷8600÷75%×3×183=3575元

    2)夏季:34650÷8600÷75%×3×92=1483元

    3)冬季:52500÷8600÷75%×3×90=2198元

    4)每t水运行费用:(3575+1483+2198)÷365=20元

 

    4.燃油锅炉系统运行费用

    1)春秋季:42000÷10200÷85%×8.34×183=7393元

    2)夏季:34650÷10200÷85%×8.34×92=3066元

    3)冬季:52500÷10200÷85%×8.34×90=4545元

    4)每t水运行费用:(7393+3066+4545)÷365=41.1元

 

    5.蒸汽系统运行费用

    1)春秋季:42000÷600000÷90%×200×183=2847元

    2)夏季:34650÷600000÷90%×200×92=1181元

    3)冬季:52500÷600000÷90%×200×90=1750元

    4)每t水运行费用:(2847+1181+1750)÷365=15.83元

 

    6.电锅炉系统运行费用

    1)春秋季:42000÷860÷95%×0.8×183=7526元

    2)夏季:34650÷860÷95%×0.8×92=3121元

    3)冬季:52500÷860÷95%×0.8×90=4627元

    4)每t水运行费用:(7526+3121+4627)÷365=41.8元

 

    8投资效益

 

    注:表1中的相关数据虽不能完全反映全部的运行数据,但可从比较宏观的方面反映出系统主要的运行费用。B、C、E为锅炉类方案,需增加锅炉的日常维保、检测及管理人员费用,其中天然气管路敷设需要增加开户费用等;D为蒸汽换热方案,同样需要开户费用增加,设备日常维保、检测及管理人员费用。A为热泵热水方案,可实现全年无人管理,系统自动运行,不存在压力容器等高危设备,安全性能较锅炉强。

 

(来源:慧聪网)