太阳能`热泵制热节能技术应用.ppt

太阳能、热泵制热节能技术应用,由于能源问题对国家安全和经济发展所起的重要作用，中央提出了建设节能型工业。省地型住宅的政策方针，因此，可再生能源在工业、建筑中的应用是工业、建筑业技术进步和行业发展的需要。随着2006年1月可再生能源法的正式颁布与实施，太阳能、地热能在工业、建筑行业中的应用越来越受到人们的重视。太阳能、地热能也成为新能源开发和利用的必然之路。,第一章：太阳能,中国蕴藏着丰富的太阳能资源。就目前来说，人类直接利用太阳能还处于初级阶段，主要有太阳能集热、太阳能热水系统、太阳能暖房、太阳能发电等方式。太阳能的利用：太阳能利用前景广阔。目前，我国太阳能产业规模已位居世界第一，是全球太阳能热水器生产量和使用量最大的国家和重要的太阳能光伏电池生产国。我国比较成熟太阳能产品有两项：太阳能光伏发电系统和太阳能热水系统。我国太阳能资源从全国来看，我国是太阳能资源相当丰富的国家，绝大多数地区年平均日辐射量在4 kWh/以上，西藏最高达7 kWh/。,太阳能的优点,(1)普遍：太阳光普照大地，没有地域的限制无论陆地或海洋，无论高山或岛屿，都处处皆有，可直接开发和利用，且勿须开采和运输。(2)无害：开发利用太阳能不会污染环境，它是最清洁的能源之一，在环境污染越来越严重的今天，这一点是极其宝贵的。(3)巨大：每年到达地球表面上的太阳辐射能约相当于130万亿吨标煤，其总量属现今世界上可以开发的最大能源。(4)长久：根据目前太阳产生的核能速率估算，氢的贮量足够维持上百亿年，而地球的寿命也约为几十亿年，从这个意义上讲，可以说太阳的能量是用之不竭的。,太阳能的局限性：a时间性：太阳能集热器只能在白天有效工作8-10小时；b气候性：太阳能集热器只能在有阳光的时候达到最佳运行状态；c储存性：太阳能长期储存只能依靠自然环境、无法人为实现；d经济性:太阳能首期投资偏高。太阳能与传统加热设备的节能对比：,太阳能与其它加热设备节能比较表,以每天产生10吨热水,温度差55C计算,制热量为450000大卡),注：太阳能循环泵按5Kw。每天运行9小时。年运行220天计算。,太阳能集热矩阵运用实例,通过以上比较，发现太阳能是可再生能源开发利用的最佳选择，但是，因太阳能的局限性，它不能24小时运行。所以，我们还得给太阳能寻找一个能优势互补的可再生能源。地热源：如土壤热源、地下水热源、空气热源、余热回收等。但它们都是低品位热源，并不能直接服务于我们的工作和生活。,第二章：地源热泵,地源热泵技术是可再生能源应用的主要应用方向之一，即利用浅层地热能资源进行供热与空调，具有良好的节能与环境效益，近年来在国内得到了日益广泛的应用。随着地源热泵系统工程技术规范的实施，地源热泵系统工程的市场更加规范化，能更好的发挥其节能、环保效益。,地源热泵机组,a.资源可再生利用；b.运行费用低，每年运行费用可节省30%左右；c.占地面积小，节约水资源；d.绿色环保，工作过程中没有燃烧、排烟以及不产生废弃物；e.自动化程度高，机组以及系统均可实现自动化控制；f.一机多用，可用于供暖、空调以及制取生活热水。,地源热泵耗能对比表,它的主要特点如下：a.节能：冬季地下水温度比环境空气温度高，并且地下水温较为稳定，使得热泵工作效率高，热泵机组COP可以达到5.2以上，加上水泵等系统的COP在4.8左右，即用千瓦的电驱动热泵后，可以搬运4.8千瓦的浅层地能，而空气源热泵效率是，电采暖是，烧油是，烧煤。在室内采用各种电暖气、电热膜等方式，尽管末端装置热利用率为，并且调节灵活，但使用高品位电能直接转换为热，是很大的能源浪费。,各种热源实际热值表,第三章：节能与优化组合分析,太阳能与电加热炉组合：从以上对比表中我们得知，电加热炉的理论热值是860kcal/kwh;热效率是95%；从以上对比表中我们得知，；电加热炉的实际热值是817kcal/kwh。至此我们已能看出：电加热炉耗能1kw，实际做热功率1kw。而且是高耗能，具有一定安全隐患的加热设备。,地源热泵机组,太阳能与燃煤炉组合：从以上对比表中我们得知，燃煤炉的理论热值是5000kcal/kwh;热效率是60%；燃煤炉的实际热值是3000kcal/kwh。至此我们已能看出：燃煤炉耗能1kw，实际做热功率1kw。而且是高耗能，高污染，具有高安全隐患的加热设备。,地源热泵机组,太阳能与热泵组合：从以上对比表中我们得知，热泵的理论热值是：860kcal/kwh,热效率是：480%，实际热值是：4128kcal/kwh；至此我们已能看出，热泵消耗1kw高品位能源、就能生产5kw以上的热能。热泵是低耗能,无污染，不受环境影响的绿色环保设备。也是国家重点推广项目。,地源热泵机组,节能与优化组合分析表,综上所述，太阳能和热泵有机结合才是我们现在和今后开发、利用节能环保新能源的最佳选择。太阳能地源热泵技术应用的条件（1）在经济许可的前提下最大限度地利用太阳能。太阳能是完全免费的，在利用过程中，仅消耗水泵能耗，运行费用最低，所以在经济许可的情况下，尽可能增大太阳集热器的面积，以提高太阳能的利用率。（2）太阳能地源热泵技术适宜供全年生活热水、冬季供暖、夏季制冷的全年综合利用。（3）新能源利用的前提是必须采用节能建筑，以降低系统的初投资。太阳能的能流密度较低，太阳集热系统的价格在目前仍然偏高；地源热泵系统与常规系统相比，初投资也较高。为了尽可能减少系统的初投资，必须保证建筑围护结构符合节能规范的要求，以降低供暖、空调系统的负荷需求。,太阳能地源热泵两系统有机结合太阳能和地源热泵技术都是可再生能源应用的主要应用方向之一，如果两种能源能够联合使用，这样就能互相弥补自身的不足，提高资源利用率。太阳能系统与地源热泵系统供热方式,太阳能系统与地源热泵系统并联供热方式,太阳能系统与地源热泵系统串联供热方式,并联运行模式与串联运行模式相比。当太阳能系统与地源热泵系统同时运行时，系统的循环水量为两者之和。基于串联运行模式的优点，本示范采用串联运行模式 太阳能、地热能作为可再生能源，在建筑领域的能源利用中发挥着越来越重要的作用，它们的应用是解决我国能源和环境问题的重要措施之一。我们详细阐述太阳能系统与地源热泵系统联合供热的原理，分析了太阳能系统与地源热泵系统的优化运行模式，为可再生能源的合理利用提出了最佳方案。,第四章：太阳能、热泵控制系统,1、太阳能热水工程控制柜 2、太阳能集热工程远程控制系统（分体）3、太阳能热水工程PLC触摸屏远程控制系统 4、太阳能集热工程远程无线控制系统 5、家用（别墅）分体机太阳能热水控制器 6、太阳能集热工程计算机远程监控系统,热泵工作原理图,太阳能热水工程智能控制系统以PLC微电脑控制器为核心，采用耐高温、抗腐蚀、不渗水、防水垢的高精度温度和水位传感器，功率电器均用3C认证国内外名牌、保险公司保险产品，系统内部融合看门狗技术，自带时钟，集成EEPROM断电自动记忆保护芯片，远程大屏幕中文液晶显示，采用多种抗干扰和抗雷击措施，故障诊断和自动恢复，多种备用接口，注重细节的精细设计，完美适应工程需要。,功能特点：,1、定时加热，定温加热，保量加热（指定时间、指定水位、指定温度）等多种模式。2、多种措施保证防干烧、防冻管，确保工程质量。3、自动上水、定温上水、定时上水多种模式智能控制。4、定温循环、定时循环、防冻循环确保节能和安全 5、自动供水、恒压供水、定时供水（3时间段）方便使用。6、管道定温循环（出水管随时都有热水）、管道定时循环确保热水随时供应。7、智能备用I/O口（可根据需要控温，控水，温差循环，定时，传感器任选）为工程灵活设计提供保障。,8、远程大屏幕中文液晶显示、高稳定远程控制（500-1000m）方便调试和使用，彰显高科技魅力。9、通讯指示、日期时间显示（万年历）设定、密码保护。10、现场、远程温度/水位显示，自动/手动控制，一切尽在掌控之中。11、现场高亮数码管显示，高亮指示灯指示，人机交互美观大方。12、电脑控制、断电记忆保护设定参数。13、抗雷击，抗干扰，控制柜防潮、驱潮，功能强大、稳定可靠。14、保证2小时供热的同时充分利用太阳能。,太阳能集热矩阵运用实例,从我国开始大力推广应用太阳能以来，就一直伴随着太阳能“不能”的说法。究其原因：1.太阳能首期投资太高，不能推广普及；2.就是控制系统没有同步发展，太阳能不能充分体现自身节能优势；3太阳能一直与传统能源结合，不能充分发挥节能效率。自进入新世纪后，随着太阳能生产成本的降低、控制系统研发力度的加强、热泵新能源设备的成熟运用。以上问题都得到了解决。,第五章：案例节能效率、投资回报分析,一、项目概况 大港油田集团钻井工程公司第一钻井公司位于天津大港，现有地热井一口，地热水出水水温为55，水量为25t/h，2003-2004年采暖季采用太阳能集热矩阵加高温水源热泵一台，总供热面积为8500，其中5500为平房面积，办公楼面积为3000。在2003年之前，采用地热水直接供热的方式，供热效果不佳；采用太阳能矩阵加高温水源热泵后，经过一个采暖季的实际运行，供热效果良好，超过了原定设计要求。,天津大港油田太阳能、热泵应用,二、负荷计算经查有关规范，该地区冬季采暖室外计算温度为9，室内计算温度为18。负荷指标办公楼按照60W/来计算；平房按照100W/来计算。办公楼总供暖面积：F=3000办公楼总热负荷：Q=q F=603000=180kW平房总供暖面积：F=5500平房总热负荷：Q=q F=1005500=550kW,地源热泵机组,三、现状分析 大港油田集团钻井工程公司第一钻井公司总供热面积为8500，2003年采暖季以前采用地热水直接供暖，地热水的可用温降量是有限的，按天津地区地热供暖的经验，末端为散热器片的供暖系统地热水的最低排放温度不宜低于35，按此计算地热水供暖时可放出的热量为：Q=25（5535）1.163=582kw，与系统最大热负荷730kw相比差了20%；实际供暖中因供暖用户较分散，供暖的供、回水主管道均为室外架空敷设，热损较大，同时系统多年来未做大的改动，存在漏水及较为严重的结垢现象，散热效果不好，供热系统不是按此低供、回水温度运行工况设计的，散热器的散热面积不足，这些原因导致供热不足达40，供暖时室内温度多在12以下，严重影响了正常工作。,太阳能集热矩阵运用实例,四、供暖方案 55地热水首先通过太阳能矩阵系统供给平房，尽可能释放热量后进入热泵，经板式换热器与循环水进行热量交换，进行完热量交换的循环水进高温水源热泵机组经热量提升后，输出75高温热水供给末端为散热器片的3000办公楼供暖。地热水供应平房温度降低后，进入、板换之前温度降低至不足36。,方案的系统图示：,办公楼里共有118个房间，该公司的大多数职工在该楼内办公，对环境要求较高，平房部分夜间大多无人居住因而相对对供热效果要求较低，所以，本项目的关键在于：在彻底解决办公楼供暖问题的同时很好的改善平房系统的供热效果。,太阳能集热矩阵运用实例,改造方案的实施主要包括下列内容,1.将原供热系统分成两套系统，分别为办公楼系统与平房供热系统，原平房供热系统沿用地热水直接供暖的方式不变，重新敷设供、回水主管道，作好管道的外保温，通过计算后增加平房供热系统末端散热器片的面积，全部地热水首先为平房系统供热，地热水可放热582kw，考虑管网热损，基本能满足550kw平房系统最大热负荷的需求。,太阳能集热矩阵运用实例,2.为防止地热尾水对热泵机组的蒸发器造成腐蚀，办公室供热系统设钛合金板式换热器，为平房系统供热后的地热尾水进入太阳能矩阵与热泵蒸发器侧的循环水进行热量交换，经热泵机组的压缩机作功在冷凝器放热同时输出75的高温热水为办公室供暖，热泵蒸发器侧的循环水及办公室供暖系统循环水均采用软化水，避免了地热水的腐蚀及热泵机组、系统管网的结垢。,太阳能集热矩阵运用实例,3.在办公楼供暖系统中增设补水定压系统、循环系统；主要设备的电功率：QYHP-220H高温水源热泵：66kW循环水泵（一用一备）：1.5kW热源水循环泵（一用一备）：1.5kW补水泵（一用一备）：1.1kW实际工况验算：25t/h，55的地热水经过平房后，温度降低至36后，释放的能量为：Q582kW，考虑管网热损，基本能满足550kw平房系统最大热负荷的需求。QYHP-220H高温水源热泵机组在此设计工况下，实际制热量为193kW，完全能够满足办公楼在最冷天气下的供暖需求。,太阳能集热矩阵运用实例,五、经济性分析,根据一个采暖季的运行情况分析，太阳能矩阵与高温水源热泵机组的工作情况良好，由于太阳能矩阵和热泵本身具有完备的自动控制功能，运行管理人员根据天气情况，自行设定热泵的出水温度，使热泵的平均COP得到了很大的提高，例如在天气不太冷的情况下，将热泵的出口温度设定为55，此时热泵的COP达到了5以上，节能性非常好。,在下面的计算中，我们考虑热泵系统（已经考虑水泵的耗电情况）的采暖季平均COP为3.8；电价：该项目电价采用大工业电价：0.45元/kW.h；供暖时间为120天/年平均热指标：考虑按照24小时不间断供热的平均热指标为32w/。该项目的全年运行费用为：（不考虑地热水费）32740元每平方米平均为：10.91元/如果不采用高温水源热泵，该地区将采用燃油锅炉（取效率为90%），则全年运行费用为：108336元，折合为单位供暖面积为：36.11元/,运行费用是热泵的330%。,下表为高温水源热泵与燃油锅炉的投资收益分析（针对3000进行比较）,从上表可以看出，采用高温水源热泵系统，在投资回报方面具有极佳的优势。,六、项目特点,1.余热利用、经济节能本项目充分利用了地热尾水中的热能，使一口井发挥了两口井的用处，不仅满足了供暖的需求，同时使地热水的尾水温度明显降低，有利于油田对这些地热水的进一步利用。2.绿色环保、效益显著采用地热水、太阳能矩阵加高温水源热泵取代燃油锅炉可取得很好的环保效应和经济效应，避免了燃油锅炉对环境的污染。同时没有安全问题。,太阳能集热矩阵运用实例,3.优化系统、节约泵耗原方案是采用地热水直供的方式，地热水对系统存在这严重的腐蚀，据现场实际情况，大约只用了两年，外网管道便全部蚀穿。现在供暖系统中最重要的办公楼系统改为间供，大大降低了供热系统的检修费用。同时，直供改间供，也会带来水泵电耗的极大降低，该项目中的循环水泵电耗只要1.5kW。4.重点突出，兼顾其余经改造后，不仅实现了办公楼采暖的需要，原列为次要的平房部分的供暖问题也得到了很好的解决，优化了工作环境，得到了全部职工的好评。,5.一机多用，节约资金在该项目中，利用高温水源热泵提供冬季供暖的同时，还可提供夏季制冷，尚有100KW的制冷能力，可约为1000普通建筑物实施夏季供冷，一机多用,从而避免了中央空调系统的重复投资,提高了设备的利用率。6.性能稳定、高度自控高温水源热泵运行自动化程度高，便于操控,运行人员少，经现场人员反映，只需设定好出水温度，热泵的压缩机就会根据回水温度自动的实现上载和下载，节能程度非常好。,玉门油田603岗位太阳能自动供暖系统工程设计方案,项目名称：玉门油田工作岗位太阳能供暖工程方案名称：603岗位150m太阳能自动供暖系统工程地点:玉门油田老君庙作业区603岗位编写单位:天津大学热能研究所编 写 人：唐红友 审 核 人：付红霞审 批 人：胥善跃地 址：天津市南开区卫津路92号编制日期:2009年 06月,目录一、设计依据及标准二、项目来源 三、自然条件和社会条件四、参数及改造方案五、装置系统工作原理系统热负荷计算集热器集热组数及辅助加热器,节能分析九、太阳集热系统设计十、太阳能集热器的选择十一、太阳能集热器系统参数十二、太阳能集热器的工作原理十三、太阳能集热器的性能特点十四、工程造价十五、测试与验收,总论设计依据1、太阳能热水系统设计、安装、验收技术规范 GB/T18713-20022、太阳能热水系统性能评定规范GB/T20095-20063、热泵系统工程规范JGJ142-20044、地面辐射供热技术规程GBJ93-865、工业自动化仪表工程规范GB/T17581-19986、石油化工企业设计防火规范GB50160-921999版7、建筑设计防火规范GB50016-2006。8、供电系统设计规范GB50052-959、低压配电设计规范GB50054-95,10、通用用电设备配电设计规范 GB50055-9311、爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范 GB50058-9212、化工企业爆炸和火灾危险环境电力电缆设计规程HGJ21-8913、电力工程电缆设计规范GB50217-9414、石油化工企业照度设计规定SHJ27-9015、采暖与卫生工程施工规范GBJ242-8216、建筑给排水设计规范GBJ15-88,设计原则1）.积极采用新工艺、新技术，提高项目的节能减排效果和综合效益。2）.充分依托油田现有的公用工程和辅助生产设施，尽可能地节省建设投资。3）.严格执行国家、行业以及当地政府的有关标准、规范和法规。4）.力求布局合理，满足防火防爆、生产操作、检修维护及安全卫生的要求。5）.提高自动化控制水平和供暖效率，保障操作工人的采暖供热需求。,项目来源玉门油田老君庙作业区603岗位用房为单层平屋顶砖结构庭院。共有二排平房，呈西、北方位分布。共有二排六间，建筑面积为约150。该院落冬季采暖方式为传统电加热器供暖，此供暖方式不仅高耗能、费用高、热效率低。而且具有高危险性。,二、自然条件和社会条件地理位置603岗位位于甘肃省玉门市老君庙境内。自然条件2.0 自然、气象条件2.1.气象条件2.1.1.气温累年平均气温 5 历年极端最高气温 31.1 历年极端最低气温-29.7 历年最高月平均气温 19.3 历年最低月平均气温-12.5,2.1.2.相对湿度累年平均相对湿度 35%累年月平均相对湿度最大值 58%月平均相对湿度最小值 17%累计最热月（7月）平均干球温度 18.8 最大湿球温度 12.3 2.1.3.降雨量年平均总降雨量 157.2mm 年最大总降雨量 315.4mm 月最大降雨量 142.1mm 日最大降雨量 45.3mm,4.1.4.大气压力累年年均气压 77.02KPa 累年最高气压 78.92KPa 累年最低气压 74.75KPa 2.1.5.风力与风向累年平均风速 3.5m/s 瞬时最大风速 40m/s（只出现过一次）基本风压值 0.5kN/m2累年定时最大风速 24m/s 主导风向西南,2.1.6.日照年平均日照时数 3200h 2.1.7.霜期无霜期 139 天2.1.8.累年最大积雪300mm 2.1.9.累年平均沙尘暴日数 13 天2.1.10.累年平均雾日数 11.3 天2.1.11.累年平均冰雹日数 11.4 天2.1.12.累年平均雷暴日数 10.8 天,2.2.工程地质与地下水地震基本烈度8度（近震）抗震设防烈度7度（近震）地下水深度地面35m 以下土壤冻结深度1.,三、参数及改造方案玉门油田老君庙作业区603岗位用房为单层平屋顶砖结构庭院。共有二排平房，呈西、北方位分布。共有二排六间，建筑面积为约150。该院落冬季原采暖方式为传统电加热器供暖，此供暖方式不仅高耗能、费用高、热效率低。而且具有高危险性。经实地考察，设计该院落的冬季采暖方式为油田专用太阳能智能采暖系统,针对现状提出如下方案：（1）改变采暖温度：为保证室内温度的舒适性，采暖温度设定为室内18C-22C。（2）改变采暖方式，即由电加热器采暖方式，改造为以清洁能源、即超导太阳能系统采暖方式，实现停用电加热器后，室内温度统一设定舒适性温度，从而达到高效节能，安全环保，保障操作工人的采暖供热需求。（3）采暖方式为全天候采暖热水循环，（4）集热供热方式：太阳能温差循环集热，采暖,四、装置系统基本配置本装置主要有太阳能集热场、高温热泵、备用静态加热器、高效储能水箱、一体化自动控制柜、微电脑智能控制系统五大部分构成。1.太阳能集热场采用德国进口原材料生产的新型高效金属超导热管太阳能集热器模块化组成而成。2.高温热泵采用国内首创HTR01技术、突破压缩机高温瓶颈难关、二次输出90C、新机型。3、静态加热器采用美国进口，节能是一般电加热的1/4而使用寿命是一般的5倍以上。3.高效储能水箱选用进口不锈钢USU304材质生产的不锈钢水箱，达到高效、快速储能的优势。,4.一体化自动控制柜全自动控制、德国威乐循环水泵、施耐德高温断路器及安全组件，全套优质的交流接触器、数显温控器、程控定时器，从而保证了机组的安全运行。核心部件加热管为优质知名品牌。5.微电脑智能控制柜全部元器件采用标准工业元器件集成，操作简便，功能适用，运行稳定，抗干扰性强。,五、装置系统工作原理1.太阳能温差循环在太阳能集热器的进水口和出水口各安装一个温度探头T1、T2。太阳能集热器在阳光的辐射下使集热器内的水温升高，此时T1T2间产生了温度差，当温度差达到3时太阳能循环泵启动。,2.辅助静态加热器在环境温度低于5时，此时辅助静态加热器启动，自动检测时间KT2及储水箱温度T4以及时间KT3及储水箱温度T5，在时间KT2范围内储水箱温度T4低于设定最低控制温度（预设值50）-3时，系统启动辅助静态加热器加热，同时循环泵启动，系强制循环；当储水箱温度T4达到设定最高控制温度，系统自动停止辅助静态加热器加热；在时间KT3范围内当储水箱温度T5低于设定最低控制温度（60）-3时系统启动辅助静态加热器加热，同时循环泵启动，系统强制循环；当储水箱温度T5达到设定最高控制温度，系统自动停止辅助静态加热器加热。,3.高温热泵高温热泵技术简介高温热泵技术是可再生能源应用的主要应用方向之一，即利用油田污水的余热回收进行供热与空调，具有良好的节能与环境效益，近年来在国内得到了日益广泛的应用。随着高温热泵系统工程技术规范的实施，高温热泵系统工程的市场更加规范化，能更好的发挥其节能、环保效益。高温热泵技术性能,高效、节能、节资、环保、实用。采用原装进口的半封闭双螺杆式压缩机，采用目前压缩机领域先进的第三代5：6非对称齿形转子，柔性变容量调节，节省运转能量，分绕组卸载启动，冲击电流小。精密加工的双螺旋，咬合精密，运转平滑，安静耐用。换热器采用高效率卧式壳管冷凝器和蒸发器，热交换管具有特殊的翅型结构，系统流程简洁，换热稳定，部件故障少，维修保养简单，可满足多种工况需求。控制系统采用彩色中文触摸式计算机和PLC组成的PCC分布式尖端控制系统，保护措施完善，可根据实际负荷自动调节机组运行，人性化的液晶中文界面，能随时监控机组运行状态，预留RS232或RS485接口，可进行远程监控。螺杆转子压缩气体的运动为旋转运动，转子转速可得到提高，因此当输气量相同时，螺杆式压缩机体积显得小，占地面积小，重量轻，运动中无往复惯性力，对地面基础要求不高。,高温热泵技术的主要特点如下：节能高温热泵效率是480%，热泵机组COP可以达到5.2以上，加上水泵等系统的COP在4.8左右，即用千瓦的电驱动热泵后，可以制造4.8千瓦以上的热功率，而空气源热泵效率是100200，电采暖是100，烧油是90，烧煤50。在室内采用各种电暖气、电热膜等方式，尽管末端装置热利用率为100，并且调节灵活，但使用高品位电能直接转换为热，是很大的能源浪费。高温热泵与其他采暖方式效率对比见下表：,