湖南德
才新能源科技有限公司_长沙新风系统|长沙商用中央空调|长沙商
用空气能热泵热水机组

湖南德 才新能源科技有限公司
联系人:来海军
联系方式:15173128998
座机:0731-85351798
邮箱:3376033318@qq.com
办公室地:(长沙市 雨花区劳动中路恒大国际广场10栋1021室)

新闻资讯 当前位置:网站首页 > 新闻资讯
太阳能+地源热泵+热网互补供热系统
时间:2017年11月24日来源:百度百科作者:百度百科

严寒地区太阳能+地源热泵+热网互 补供热系统配比研究

2017-11-23 

0 前言

现阶段,我国供 暖地区主要采用以燃煤为主的常规能源,由于供暖面积增大,已有热 网无法满足小区供暖需求现象普遍存在,而这些 地区太阳能资源非常丰富,利用太 阳能满足供暖需求前景巨大。基于北 方寒冷地区的气候特点及供热现状,本文提出太阳能- 地源热 泵系统与热网相结合的互补供热方式。

太阳能- 地源热 泵系统的初投资一般较高,很多情 况下仅地源热泵系统静态增量投资回收期高达10 年甚至更高,这说明 地源热泵较低的运行费用不一定能够补偿其较高的初投资。而太阳能- 地源热 泵与热网联合供暖系统由于热网承担了一部分负荷,很大程 度上节省了初投资,从而提 高了系统的经济性。本文提出太阳能- 地源热 泵与热网互补供热系统,并简要 介绍其运行方式;从能耗 和经济性两个方面分析地源热泵与热网互补供热的比例,给出两 者最佳能源配比;以TRNSYS 仿真模拟软件为工具,对太阳 能补热系统在整个供暖期进行仿真模拟,研究互 补供热系统在我国东北严寒地区条件下的适应性与经济性,以期为 实际工程的设计提供一定参考。

1 互补供 热系统的组成及运行方式

本文所 建立的互补供热系统主要由太阳能集热系统、地下埋管换热器系统、热泵机 组系统和热网系统四套管路循环系统组成。其系统原理见图1。该系统 可根据不同室外天气条件以及室内热负荷的波动情况,切换相 对应的运行模式,在整个供暖期间,城市热 网都承担一定负荷,其他负荷由太阳能- 地源热泵系统提供。尽可能 地利用太阳能与地热能,热网作为辅助能源,具体调节方式如下:

(1)在供暖初始阶段,由太阳 能系统和热网互补供热,白天室 外天气晴好而热负荷较小时,经集热 器加热后的供水温度Tg 高于50℃时,太阳能 可以直接用于供暖。此时阀门S1 到S7,V5、V6 开启,其他阀门关闭,供热和 集热循环水泵开启,换热循 环水泵和地源热泵机组关闭。

(2)当太阳 能系统出水温度在40℃<Tg<50℃时,热水不 能直接用于供暖,此时热 水进入机组的冷凝器与地源热泵串联,三者互补供暖。此时阀门V7、V8 关闭,其他阀门开启,循环水泵均开启,地源热泵机组开启。

(3)当太阳 能系统出水温度在30℃<Tg<40℃时,热水不能被直接利用,与地埋 管换热器串联使其升温,利用地 源热泵和热网互补供暖。此时阀门V5、V6 关闭,其他阀门开启,水循环泵均开启,地源热泵机组开启。

(4)当太阳 能系统出水温度在15℃<Tg<30℃时,热水不能被直接利用,直接进 入热泵机组的蒸发器,也利用地 源热泵和热网互补供暖。此时阀门V5、V6 关闭,其他阀门开启,循环泵水泵均开启,地源热泵机组开启。

(5)当太阳 能系统出水温度低于15℃时,太阳能 集热系统停止运行,仅用热 泵系统和热网互补供暖。此时,阀门V5、V6、V7、V8 关闭,其他阀门开启,换热和 供热循环水泵开启,集热循环水泵关闭,地源热泵机组开启。

2 热网调 节模式下能耗的分布

为准确 模拟供暖期间的总燃煤量,必须明 确供暖期各时刻的负荷动态变化。本文运用Dest 软件模 拟典型民用建筑的动态热负荷,为供暖 期间总燃煤量的计算提供准确数据。针对严 寒地区某住宅小区的一栋楼进行动态负荷模拟。基准建 筑位于辽宁省沈阳市,建筑为11 层住宅建筑。建筑面积为7730.91m2。高度为33.2m。根据热网调节方式,建筑能 耗在不同室外温度下能耗比例和相对时间见图2。

从图2 可以看出,设计热 负荷所占的时间很短,绝大多 数时间是部分负荷。对于住宅建筑来说,20%~70%设计负 荷出现的时间最长,占到总采暖时间的63%,而最大 负荷出现的时间仅有1 小时,平均负 荷仅为设计负荷的25.14%。所以,逐时负 荷才是方案燃料耗量根本依据,而不是设计负荷。

3 地源热泵-热网系 统互补供热燃料耗量计算

太阳能是不稳定热源,所以为 满足末端的供热、供冷需求,在设计工况下,地源热 泵和热网系统的容量配置不能减小,必须以 没有太阳能系统来配置地源热泵系统的主机、水泵、地埋管数量等。因此,本文先给定地源热泵- 热网系 统的最佳能源匹配,再给定 太阳能集热器的最佳集热面积。

互补供热方式中,地源热 泵系统承担绝大部分负荷,热网承担部分负荷,充分发 挥热泵的节能特性和热网较低的初投资,做到节 能和经济性最佳组合。针对基准建筑,对地源 热泵系统承担设计负荷比为40%、45%、50%、55%、60%、65%、70%、75%、80%、85%、90%、95%和100%这13 种条件进行计算,结果见图3。

对于基准建筑来说,地源热 泵系统承担的设计负荷比从40%增加到70%时,热泵供热量从47.80%增加到89.61%,而热网的供热量仅占10.40%。热网运行时间从82.5%减小到37.5%。而当热 泵承担的设计负荷继续增加时,其供热量增加和热网 运行时间减小的速度变缓。

各种不 同方案燃料耗量的计算结果见表1。从表1 可看出,随着地 源热泵系统承担设计负荷比的增加,互补供 暖方式的标煤耗量逐渐减小。当地源 热泵系统承担设计负荷比从70%增加到100%时,其标煤耗量仅降低了5.22%。所以对于住宅建筑,地源热 泵系统承担的设计负荷为70%,热网承担设计负荷的30%是比较合理的方案。

4 不同方 案的经济性计算

地源热 泵系统造价的因素主要包括三个方面:使用地区、建筑结 构与功能以及地方政策。根据现 有实际工程测算,地下水 源热泵系统初投资约250~420 元/m2,其中冷 热源部分投资约150~220 元/m2;土壤源 热泵系统初投资约300~480 元/m2,其中冷 热源部分投资约200~270 元/m2;燃煤锅炉房供暖系统投资约150~200 元/m2;燃气分 散锅炉房供暖系统投资约100~150 元/m2;热电联 产集中供热系统投资约200 元/m2(包括增容费),采暖末 端设备的初投资约40~50 元/m2

按照每天运行24h,负荷率为0.8。对于基准建筑,在不同 辅助热源配置情况下初投资、运行费用见图4。

为将系 统的初投资和运行费用综合起来考虑系统的经济性,本文通 过计算系统在其寿命周期内的总费用来获得经济性评价。根据工 程经济学基本原理,假设银行贷款年利率i=8%,寿命期30 年,计算项 目的动态回收期及净现值。不同方 案系统的动态回收期及净现值见图5。

由于系 统初投资的增加和运行费用成反比,导致净 现值先逐渐升高,而后又缓慢降低。当地源热泵承担65%的设计负荷时,可以获 得最大的费用现值(62.82 万元),内部收益率(16.12%万元远 大于设定的银行贷款利率8%),动态回收期为8.77 年。可以获 得最佳的经济效果。

5 太阳能 集热系统仿真模拟分析

太阳能 集热器的面积及末端所需的供回水温度是影响太阳能系统与地源热泵系统互补运行方式的两大主要因素。沈阳的供暖期天数为151 天,共3624 小时,在典型的气象年中,有太阳辐照的时间为1472h,约占总供暖时间的40.63%。为便于分析,本文对 末端供回水温度要求为40℃~50℃。在TRNSYS 软件中 建立的太阳能系统见图6。

设定集 热器的面积分别为180m2、300m2、500m2及1000m2四种条件,对其在 供暖季的供水温度进行仿真模拟。

在供暖 季四种条件下太阳能系统的出水温度,见图7、图8、图9 及图10。

集热器面积由180m2增加到1000m2时,对太阳 能系统出水温度超过40℃影响不太大,时间由210h(占总供暖时间的5.79%)增加到340h(占总供暖时间的9.38%),但对超过50℃的时间影响较大,由0h(占总供暖时间的0%)增加到275h(占总供暖时间的9.02%)。

对于太阳能-地源热 泵与热网互补供热系统与地源热泵-热网供热系统而言,地源热泵-热网系 统的造价完全一样,所以只 需考虑因太阳能系统导致的初投资增加。因为太 阳能是清洁免费的能源,它的使 用会降低系统运行费用。太阳能 系统不同集热面积的初投资和节约运行费用见图11。假设银行贷款年利率i=8%,寿命期30年,计算项 目的动态回收期及净现值。不同太 阳能系统集热面积下的净现值和投资回收期见图12。

由于系 统初投资的增加和运行费用成反比,导致净现值逐渐升高,而后又降低。当太阳 能系统集热面积超过300m2时,太阳能 系统投资方案的净现值小于0,这说明 该工程项目已经出现亏损,当太阳 能系统集热面积小于300m2时,方案净现值大于0,工程项目可以获益。当太阳 能系统集热面积为300m2(即建筑 每平方米空调面积需要0.045m2集热面积)左右时,获得最大费用净现值(2.70 万元),最短投资回收期15.5 年,可以获 得最佳经济效果。

6 结论

(1)对于住宅建筑,20%~70%设计负 荷出现的时间最长,占到总采暖时间的63%,而最大 负荷出现的时间仅为1 小时,平均负 荷仅为设计负荷的25.14%。

(2)地源热 泵系统承担的设计负荷比从40%增加到70%时,热泵供热量从47.80%增加到89.61%,热网的供热量仅占10.40%,热网的运行时间从82.5%减少到37.5%,而其标煤耗量仅降低5.22%。对于住宅建筑,地源热泵系统承担的设计负荷为70%,热网承担设计负荷的30%是比较 节能合理的方案。

(3)当地源热泵承担65%的设计负荷时,可获得 最大的费用净现值(62.82 万元),内部收益率为16.12 万元(远大于 设定的银行贷款利率8%),动态回收期为8.77 年。可以获 得最佳经济效果。

(4)随着太 阳能系统集热面积的增大,系统出水温度超过50℃的时间逐渐增加,但对太阳 能系统出水温度超过40℃的影响不太大。

(5)当太阳 能集热面积大于300m2时,太阳能 系统投资方案的净现值小于0,此时工 程项目已经出现亏损。当太阳 能系统集热面积为300m2左右时(即建筑 每平方米空调面积需要0.045m2集热面积),获得最 大的费用净现值,可以获 得最佳经济效果。

来源:中国太阳能工程  作者:沈阳建筑大学/冯国会、张剑、郝红、赵秀娟


点击“阅读原文”

体验升级版 中国太 阳能热利用产业联盟网

PC端:http://www.cstif.com

手机端:http://m.cstif.com


 精彩推荐 

推广

推荐关注

免责声明:本公众号内容来源于《太阳能工程》杂志及 互联网公开渠道,我们对 文中观点保持中立,仅供参考、交流。转载的 稿件版权归原著作人所有,如有侵权,请联系小编。投稿邮箱:bianjibu86@126.com

 
网站首页 | 关于德才 | 服务项目 | 公司案例 | 新闻资讯 | 在线留言 | 联系我们
版权所有:湖南德 才新能源科技有限公司
地址:长沙市 雨花区火星大道大塘村仁和雨花家园松月苑6栋505房
二维码扫一扫我
友情链接:    k8彩乐园注册   澳门彩票手机app下载   app彩票投注合法吗   91彩票代理   彩票网站哪个最正规