太阳能`热泵制热节能技术应用.ppt
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1、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
2、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
3、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
4、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;
5、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
6、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
7、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
8、,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
9、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
10、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
11、。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
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
13、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
14、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
15、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
16、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
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