低品位多热源联供热水系统的节能分析

2014-09-25赵向哲

中国新技术新产品 2014年16期

关键词：集热热源源热泵

赵向哲

（咸阳市天然气有限公司，陕西咸阳 712000）

低品位多热源联供热水系统的节能分析

赵向哲

（咸阳市天然气有限公司，陕西咸阳 712000）

本文基于对空气源热泵、太阳能及废水余热回收联合热水系统的研究，较深入地探讨了系统结构及运行原理。结合热源供热负荷提出较合理地运行策略，在节能及应用方面低品位多热源热水联供系统的优势十分明显。

多热源；供热水系统；节能分析

1 前言

太阳能来源于太阳辐射能量，由内部氢原子发生氢氦聚变将巨大核能释放而产生的能量。人类所需大部分能量都来源于太阳，太阳能具有普遍﹑无害﹑巨大﹑长久等优点。随着太阳能热利用技术的发展，其应用日益广泛，该技术充分利用太阳能集热器热能转换原理，在集热时具有不连续性，并随季节具有较大差异等实际情况，目前难以独立达到大量热水的实际需求，需要结合具有较好稳定性的热源进行联合应用。空气源热泵热水系统相对于其它类型设备较为节能，是将不同类型热源进行转换利用的一种节能设备。废水余热回收设备能够回收余热并在水源热泵﹑板式换热器等装置中进行储存，使洗浴废水中热量得到有效利用，尽可能避免浪费能源。随着空气源热泵热水机组与太阳能热水系统联合供热水工程的应用，因一年四季都可以对低品位热能均能进行充分利用，太阳能-空气能-污水余热回收能量复合系统具有更为显著地节能效果。

2 SAW热水系统结构及原理

2.1 SAW热水系统结构

SAW热水系统将各类余热回收设备联合进行应用以充分满足热源的有效提供，在其结构上具有空气源热泵热水机组﹑太阳能集热器﹑循环水泵﹑蓄热水箱﹑回收余热装置﹑管网及控制系统等多个组成部分。

2.2 SAW热水系统原理

SAW热水系统在组成结构上主要包括太阳能集热﹑热泵热水﹑回收污水余热及加热等三个设备。自来水在循环过程中有效利用回收余热装置进行预热，采用多个措施确保实现SAW热水系统的多个功能的正常循环。在太阳能集热系统中，一般具有太阳能集热器﹑蓄热水箱﹑换热器﹑膨胀罐﹑循环泵及循环管路。热水侧利用专用系统对温差进行必要的控制，对工质丙二醇采用循环泵进行强制循环；冷水侧工质水采用控制循环泵对温差进行有效控制达到强制循环的目的。利用换热装置对两侧热量进行传递实现对冷水升温，工质降温的作用。

空气源热泵系统主要是由蓄热水箱﹑热泵机组﹑循环泵及循环管路等设备构成，热量与热水实际需求在太阳能热水系统中相差较大时，其空气源热泵就会进行自动启动加热。在回收污水余热系统中，主要是由板式换热器﹑水源热泵﹑循环泵及蓄热水箱等设备构成，在回收余热的过程中，由于存在循环泵的作用，自来水通常会由板式换热器换热后向蓄热水箱流入，再预热流入水源热泵的冷水后在蓄热水箱中聚集。该系统能够对不同种类的能源转换实现综合利用的作用，对其进行优化整合后，形成新型清洁能源利用系统，对现有能源结构进行不断优化，使消耗的能源得到有效降低，从而使建筑达到节能及能源实现可持续利用的效果。

3 SAW热水系统热负荷的分析

3.1 热负荷分析

SAW热水加热系统中，污水源热泵能够提供相对稳定的的热量，受建筑面积具有一定差异的不利影响，太阳能热水系统无法提供较充足的热量，而且太阳能辐照强度随季节的不同而产生一定的变化，而空气源热泵热水系统在光照强度方面只具有较小的影响。

由于环境温度本身具有较明显的差异，对于该系统将产生一些影响，夏季只能提供相对较少的热量，冬季能够提供的热量相对较多一些；而在气候随时产生变化的条件下，太阳能集热器无法实现持续稳定的供热，基于余热回收系统能够有效提供充足热量的条件下，热泵与太阳能提供的热量具有负相关关系。在夏季室外环境及补水都具有相对较高的温度，一年之中系统夏季只需要较少的热负荷总量。太阳能在夏季中，其具有相对较高的辐射强度，因此一年四季中该系统能提供热负荷最佳的季节就是夏季，因此可优先考虑应用太阳能集热系统。

在冬季室外环境及冷水都具有相对较低的温度，系统在一年四季中需要最多的热负荷总量。在冬季太阳能辐射强度一般比较低，太阳能热水系统在冬季只能提供较少的热负荷，所以更应该对空气源热泵热水机组的应用进行考虑。比较一年的四个季节，室外环境及补水温度在春秋季节比较适宜，系统需要的热负荷总量也如此。因太阳能辐射强度在春秋季相对居中，更应该对太阳能与空源热负荷进行合理调配。

针对一年四季进行比较，热水与污水余热回收热负荷在各季节中都能保持相对稳定。太阳能系统受天气变化影响，其供热负荷也发生相应变化，季节与天气条件将引起太阳能供热负荷变化通常需要热泵进行必要的补充。

3.2 用能过程中的合理性策略

为实现优化能源结构，使空气能﹑太阳能﹑回收污水废热等低品位热源得到充分合理利用，热水由SAW热水系统联合提供，可在用能过程中采取以下四个合理性策略。

一是SAW热水系统保持热水热负荷总量相对比较稳定时，系统总热负荷由太阳能﹑空气能及污水余热回收热负荷构成。二是因污水余热回收热负荷相对比较稳定，系统运行成本由空气能热泵热水机组及太阳能集热系统的运行成本所决定，也就是系统热负荷主要是太阳能热与空气能的热负荷。三是相同季节﹑天气﹑太阳光具有较高辐射强度的情况下，可有效利用太阳能集热系统进行加热，并采用空气源热泵对相关设备进行热负荷的补充。在投入资金﹑单位能耗没有明显差别的情况下，太阳能集热系统比空气源热泵热水机组的的运行成本低。四是在冬季﹑阴雨天气时，太阳能不能达到较高的辐照强度，系统主要热负荷来源则是空气源热泵热水机组，SAW热水系统运行策略可对空气源热泵机组﹑太阳能集热系统作为辅助热源进行优先采用。