1工程概況
湖南大旺乳飲工廠食堂及倒班樓熱水工程位于湖南省長(zhǎng)沙市，該工程為屋頂熱水系統(tǒng)，樓體建筑為六層，每棟設(shè)計(jì)日最大用熱水量30m3，其中食堂供水由男生宿舍樓水箱供應(yīng)，供水需多時(shí)段供水，系統(tǒng)擬采用太陽(yáng)能+ 輔助加熱(由于食堂每日蒸汽鍋爐有多余熱量無(wú)處使用，為充分利用熱源及減少初投資，該項(xiàng)目輔助熱源由蒸汽鍋爐輔助和空氣源熱泵組成)的中央熱水系統(tǒng)。
2系統(tǒng)原理
2.1補(bǔ)水工作原理系統(tǒng)采用定時(shí)定水位補(bǔ)水方式補(bǔ)水
在設(shè)定時(shí)間內(nèi)，水位低于設(shè)定水位下限時(shí)，冷水電動(dòng)閥打開補(bǔ)水，補(bǔ)水至設(shè)定水位上限時(shí)，冷水電動(dòng)閥停止補(bǔ)水;當(dāng)水位再次下降至低于水位下限時(shí)，冷水電動(dòng)閥再次打開補(bǔ)水。
2.2太陽(yáng)能循環(huán)工作原理
在集熱器排空溫度控制器無(wú)輸出情況下，當(dāng)T1-T2≥設(shè)定溫差上限時(shí)，集熱循環(huán)泵啟動(dòng)，當(dāng)T1-T2降低至設(shè)定溫差下限時(shí)，集熱循環(huán)泵停止。
2.3輔助加熱工作原理
為保障熱水系統(tǒng)穩(wěn)定供應(yīng)熱水，系統(tǒng)設(shè)輔助加熱設(shè)備，在太陽(yáng)能正常工作加熱情況下系統(tǒng)優(yōu)先利用太陽(yáng)能加熱。系統(tǒng)設(shè)隨機(jī)檢測(cè)裝置，當(dāng)太陽(yáng)能不能加熱或在設(shè)定時(shí)間內(nèi)，當(dāng)水箱水溫T3≤設(shè)定溫度下限時(shí)，蒸汽高溫電動(dòng)閥啟動(dòng)工作，至T3≥設(shè)定溫度上限時(shí)蒸汽高溫電動(dòng)閥關(guān)閉。在設(shè)定時(shí)間內(nèi)，當(dāng)T6≤設(shè)定溫度下限時(shí)空氣源熱泵啟動(dòng)工作，至T6≥設(shè)定溫度時(shí)停止。
2.4宿舍樓加壓供/ 回水工作原理
在設(shè)定時(shí)間內(nèi)，供水泵自動(dòng)啟動(dòng)加壓供水，以確保各用水終端有足夠的水壓，為保證供水終端供水溫度，系統(tǒng)設(shè)回水電磁閥，在供水時(shí)間內(nèi)，當(dāng)回水管末端溫度T4≤設(shè)定溫度下限時(shí)，回水電磁閥自動(dòng)打開，管道內(nèi)的冷水回流至水箱內(nèi)重新加熱，熱水自動(dòng)補(bǔ)充到管道內(nèi)，當(dāng)T4≥設(shè)定溫度上限時(shí)，回水電磁閥自動(dòng)關(guān)閉，停止回水。
2.5食堂供/回水工作原理
系統(tǒng)供水采用落差壓力供水，由于食堂與男生宿舍樓頂水箱落差較大，能滿足低區(qū)用水端水壓。為保證低區(qū)供水終端供水溫度，系統(tǒng)低區(qū)設(shè)回水泵，當(dāng)?shù)蛥^(qū)回水管末端溫度T4'≤設(shè)定溫度下限時(shí)，回水泵啟動(dòng)工作，管道內(nèi)的冷水回流至水箱內(nèi)重新加熱，熱水自動(dòng)補(bǔ)充到管道內(nèi)，當(dāng)T4'≥設(shè)定溫度上限時(shí)，回水泵停止工作，停止回水。
2.6集熱器防凍工作原理
當(dāng)集熱器組入口處溫度T5≤排空溫度下限(一般5℃)時(shí)，隔離電動(dòng)閥關(guān)閉，排空電動(dòng)閥打開，集熱器組內(nèi)的水利用集熱器安裝坡度自流排空;當(dāng)集熱器排空電動(dòng)閥處溫度T5≥設(shè)定排空溫度上限(一般7℃)時(shí)，排空電動(dòng)閥關(guān)閉，隔離電動(dòng)閥打開，太陽(yáng)能循環(huán)系統(tǒng)恢復(fù)工作狀態(tài)。
2.7缺水保護(hù)
為防止水泵空轉(zhuǎn)、加熱設(shè)備干燒，當(dāng)保溫水箱水位低于設(shè)備工作最低水位下限時(shí)，加壓供水泵、熱泵、熱泵循環(huán)泵、集熱循環(huán)泵停止工作，系統(tǒng)強(qiáng)制啟動(dòng)補(bǔ)水至設(shè)定最低水位上限，所有保護(hù)設(shè)備恢復(fù)正常工作狀態(tài)。
2.8所有水泵、熱泵、電磁(動(dòng))閥具備手動(dòng)、自動(dòng)啟動(dòng)工作功能系統(tǒng)所有溫度、定時(shí)、延時(shí)控制均可以根據(jù)使用情況進(jìn)行調(diào)整。
3系統(tǒng)設(shè)計(jì)
3.1直接系統(tǒng)的集熱器面積的確定
為充分利用發(fā)揮太陽(yáng)能集熱器作用，太陽(yáng)能集熱器面積按日平均供熱負(fù)荷設(shè)計(jì)，根據(jù)有關(guān)資料，長(zhǎng)沙為太陽(yáng)能資源四類地區(qū)，本方案太陽(yáng)能保證率按0.4 設(shè)計(jì)。
直接系統(tǒng)需要集熱面積計(jì)算公式：
經(jīng)計(jì)算，該項(xiàng)目共需要集熱面積814m2，根據(jù)屋面實(shí)際情況，該項(xiàng)目?jī)商紫到y(tǒng)總共安裝集熱器394塊，共788m2。
3.2輔助加熱功率計(jì)算及選型
由于太陽(yáng)能是一種不穩(wěn)定的熱源，受當(dāng)?shù)靥鞖庖蛩氐挠绊懞艽?，陰雨天則幾乎不能利用;所以，為保證熱水系統(tǒng)供水的連續(xù)性及穩(wěn)定性，必須和其他能源的水加熱設(shè)備聯(lián)合使用，才能保證穩(wěn)定的熱水供應(yīng)。該項(xiàng)目太陽(yáng)能系統(tǒng)采用空氣源熱泵及蒸汽輔助加熱，陰雨天太陽(yáng)能不足時(shí)保障熱水供應(yīng)。空氣源熱泵及蒸汽輔助加熱按最大日供熱負(fù)荷最大時(shí)設(shè)計(jì)。
3.2.1最大日供熱負(fù)荷為：
3.2.2蒸汽鍋爐提供的熱量
根據(jù)甲方提供的數(shù)據(jù)，蒸汽鍋爐每天可提供給熱水系統(tǒng)的熱量約為300kW，即1080000kJ。
3.2.3熱泵需提供的熱量
除去蒸汽鍋爐提供的熱量，空氣源熱泵機(jī)組需要提供的熱量為：
3440kW-300kW=3140kW
按機(jī)組每天加熱時(shí)間不超過12h 計(jì)算，結(jié)合實(shí)際要求，該工程選用制熱量為45kW的空氣源熱泵6 臺(tái)。
3.3減震降噪
考慮到空氣源熱泵及水泵等動(dòng)力設(shè)備安裝在宿舍樓屋頂，為最大限度降低熱水設(shè)備噪音對(duì)宿舍樓的影響，該工程主要從兩個(gè)方面進(jìn)行控制：
1. 聲源控制：所有設(shè)備均選用低噪音設(shè)備，降低噪聲源;
2. 傳播途徑控制：所有動(dòng)力設(shè)備與水管的連接均設(shè)置橡膠軟接頭;
所有動(dòng)力設(shè)備與地面(或基礎(chǔ))接觸處均采用減震器進(jìn)行隔振。
4工程效益分析
4.1系統(tǒng)全年所需熱負(fù)荷
4.3空氣源熱泵節(jié)能量計(jì)算
4.4整套系統(tǒng)全年節(jié)能量
整套熱水系統(tǒng)全年節(jié)能量為太陽(yáng)能集熱器全年提供有效熱量與空氣源熱泵全年節(jié)能量之和，計(jì)算可得為776842kW·h。
4.5太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)減排量
太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)的社會(huì)效益體現(xiàn)在因節(jié)省常規(guī)能源而減少了污染物的排放，主要指標(biāo)為二氧化碳，二氧化硫和粉塵的減排量。
電與標(biāo)煤的等價(jià)折算系數(shù)為：每節(jié)約1kW·h 電，就相當(dāng)于節(jié)約了0.4千克標(biāo)準(zhǔn)煤，同時(shí)減少污染排放0.997千克CO2、0.03千克SO2和0.015NOX。
計(jì)算可得整套熱水系統(tǒng)相當(dāng)于每年節(jié)約標(biāo)煤310.7噸，每年減少CO2排放774.5 噸，每年減少SO2排放23.3噸，每年減少NOX排放11.65噸。
5 結(jié)論
由上面的數(shù)據(jù)可見，采用太陽(yáng)能+ 空氣源熱泵熱水系統(tǒng)節(jié)能減排效益十分明顯。如今所面臨著能源緊缺的情況下，不僅節(jié)約了能源和費(fèi)用，同時(shí)為環(huán)保事業(yè)做出貢獻(xiàn)，響應(yīng)了國(guó)家提倡的節(jié)能與環(huán)保政策，真正達(dá)到社會(huì)利益和企業(yè)利益雙贏的目的。
