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空气能热泵系统与太阳能热水工程系统如何结合

空气能热泵系统与太阳能热水工程系统如何结合

引言

太阳能作为取之不尽、用之不竭的洁净能源,越来越受到人们的重视和青睐。但是,太阳能属于不稳定的低密度能源,受天气的影响较大,必须配置可靠的辅助热源保证热水的稳定供应。辅助热源有多种形式,设计时需合理选择,做到稳定、安全、合理、节能。

太阳能热水系统的辅助热源

太阳能的辅助热源应结合热源条件、系统形式及太阳能供热的不稳定的状态等因素,经技术经济比较后合理选择配置。辅助热源可因地制宜选择城市热力管网、电、燃气、燃油、热泵等。下面分别介绍其优缺点及适用性,见表 1。

综合表 1 可以看出,热泵作为太阳能的辅助热源是个理想的选择。热泵系统的低温热源有水源 (含地表水、地下水等)、地源(也称土壤源,主要是地埋管)和空气源。选用水源和地源热泵时,需征得当地相关主管部门的批准,这给设计带来一定的不便。而选择空气源热泵比较自由,基本不受到类似条件的制约。

 

空气源热泵的工作原理

 

热泵机组按压缩机的形式分类主要有:离心式热泵机组、螺杆式热泵机组及活塞式热泵机组。空气源热泵机组一般为活塞式、涡旋式压缩机,适用于小功率制热量的系统。空气源热泵依据 ” 逆卡诺 ” 原理工作,以制冷剂为载体,将室外环境空气的低温热量,源源不断地输送到水侧换热器,再将热量传递到水中,使水加热升温,原理如图 1。

空气源热泵一般由压缩机、蒸发器、过滤器、节流器、储液罐、冷凝器、储水箱等部分组成。通过消耗少量电能驱动压缩机,使制冷剂吸收空气里的热量来加热热水,其制热效果比传统锅炉等热水器高出 3 倍,而消耗的电能仅为普通电热水器的四分之一。

 

太阳能与空气源相结合的热水系统

以空气源热泵作为太阳能的辅助热源,在天气晴好的时候,由太阳能集热板吸收阳光的热量加热热水;在 天 气 不好的时候,由空气源热泵吸收空气中的热量来加热冷水 ;在 少 数 寒 冷 的 冬 天 温 度 低 于 0℃时 ,热 泵 效率降低,由热泵内预留的辅助电加热器一起加热热水,以保证建筑热水的稳定供应。
4. 1 工程实例系统介绍
下面以“三一上海产业中心”食堂的太阳能热水系统为例分析此系统的设计特点。三一上海产业中心是在上海市临港新城奉贤产业园内投资的大型产业基地,占地约 240hm(2 3600亩),主要生产制造大型挖掘机等工程机械。其内建有多座大型员工食堂,食堂一般都需要使用大量集中的热水。在其中一
座食堂内设计的热水系统就是太阳能和空气源热泵组合的形式,系统原理如图 2。


图 2 三一上海产业中心食堂太阳能热水系统原理图

4. 2 系统控制方式

屋顶设太阳能集热板、热水箱和空气源热泵机组,回水循环泵设在 1 层设备房内。太阳能集热储热水箱和集热器间设集热循环泵,循环泵的启停由集热器出水口温度与热水箱内温度差控制,当温差达到 8℃时启泵,当温差达到 2℃时停泵;太阳能集热储热水箱和空气源热泵间设换热循环泵,循环泵的启停由储热水箱内水温决定,当此温度低于 50℃时,空气源热泵自动启动,通过热泵机组将水箱中热水加热至 60℃时,空气源热泵自动停止工作。

为保持冷热水压力一致,平衡开式热水箱和管路的水损,在热水箱出水管上设微型管道泵;在热回水管上设回水循环泵,由热水箱出水干管与循环泵吸水管上的温度传感器之温差控制,当温差高于或等于 5℃时启泵,当温差低于 2℃时停泵,以保证热水干管内的热水温度稳定。

4. 3 太阳能和空气源热泵设计的主要计算

4.3.1 太阳能集热器面积的计算

式中,Aj z 为直接加热系统集热器总面积;qr 为设计日用热水量;m 为用水单位数;C 为水的比热容;ρr 为热水密度;tr 为热水温度;tl 为冷水温度;f 为太阳能保证率;Jt为当地集热器采光面上的年平均日太阳辐照量;η j为集热器的年平均集热效率;ηl 为贮水箱和管路的热损失率。

4.3.2 空气源热泵机组的设计小时供热量的计算

式中,Qg 为设计小时供热量;q为设备名义制热量;k2 为使用地区室外计算温度的修正系数,按产品选取;k3为机器融霜修正系数,每小时融霜一次取 0.9,二次取 0.8(或由厂家提供)。条件,并且准备好相应记录表,等待指令。

(3)对讲机确认人员就位,各个值机柜台按照正常值机流程办理值机手续,将 X 件常规行李倒入行李系统。各岗位记录人员监督操作员投放行李是否规范,同时记录测试结果。
(4)在常规行李(X)件都离开收集输送机后,将靠近开包间的最后一个值机柜台旁的 1 件常规行李进行值机,用于节能测试。
(5)在靠近开包间的最后一个值机柜台上对超规格的行李进行测试。
6)测试结果统计分析
汇总值机柜台处检测人员、开包间处检测人员及离港装运转盘处的记录的表格后,与行李监控系统 SCADA 记录结果和安检系统的安检记录结果进行比较分析。对出现的问题,列出问题清单,积极整改。

 

结语

本文中所介绍的始发流程测试方法是通过规划一个测试场景来完成行李处理系统中始发流程中典型环节的测试工作,此测试方法在上海虹桥综合交通枢纽工程的行李处理系统测试中得到成功应用。虹桥综合交通枢纽体量大,行李系统分布在交通枢纽和航站楼两部分约为 60×104m2 的区域。由于各个机场的行李处理系统不完全相同,所以其测试方法也存在多种形式,希望本文介绍的测试方法能够给从事相关工作同人一些借鉴。