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一、项目基本情况
建设目的:应用清洁能源满足生产生活采暖制冷需求,节能降耗
项目当地情况:该单位距城镇中心较远,常规能源采暖制冷供给不便,电供暖制冷费用太高,企业负担不起。当地属于太阳能资源丰富区,较为适合应用太阳能。
项目建筑情况:该项目地上共一层,高3.9m,含建筑面积1750㎡的两个阳光温室,总采暖制冷的建筑面积5776㎡。冬季采暖室内温度18℃~24℃;夏季制冷室内温度22℃~26℃。
二、技术路线及工艺流程
采用太阳能热水系统与地埋管土壤源热泵系统结合,满足生产生活采暖、制冷需求。采暖季,太阳能集热系统收集的热量直接供建筑采暖,非采暖季太阳能收集的热量通过地埋管系统储存到地下土壤内;土壤源热泵通过地埋管工作,冬季采暖,夏季制冷;分布式并网光伏电站为太阳能和热泵系统提供电量补充。其核心是通过土壤储热实现太阳能热量跨季节储存使用。
太阳能集热器利用太阳辐射能量加热水箱中的水。
水箱中设换热环路,换热环路通向地埋管将热量储存于土壤之中。地埋管换热器可以通过地源热泵的蒸发器(冷凝器)直接回到地埋管,也可以通过蒸发器后流经水箱再回到地埋管。
夏季地源热泵通过地埋盘管抽取地下冷量为建筑物提供冷量(地温升高)。冬季地源热泵通过地埋管抽取地下热量为建筑物提供热量(地温降低)。
太阳能集热器全年为土壤蓄热,平衡地温。
三、工艺流程
春秋季:太阳能集热系统吸收太阳资源,通过太阳能循环泵将热量输送到土壤中,通过地埋管与土壤换热。提升土壤温度。太阳能储热过程自动控制。
夏季:太阳能系统依然延续春秋季的运行过程。地源热泵室内制冷时,产生热量附件太阳能热水一同输送到土壤中,为土壤补热蓄热,以供给热泵冬季使用。
冬季:太阳能系统达到供暖温度时可直接供暖。无法直接供暖时,地源热泵启动,提取地源侧热量给室内供热。太阳能系统作为土壤源的补热,提高热源侧供热温度。大大提高供暖COP值。
四、主要设备选型
采暖制冷空调区域经逐时负荷计算,夏季空调计算冷负荷80W/m2,冬季采暖计算热负荷100W/m2;温室阳光大厅夏季空调计算冷负荷100W/m2,温室阳光大厅冬季采暖计算热负荷120W/m2。总制冷负荷500kW;制热负荷620kW。系统安装跨季节专用水源热泵冷暖机组(压缩机输入功率:制冷118kW;制热功157kW)1套;167组581825集热器,集热面积634㎡,年得热量约为37.6万千瓦时;地埋管换热量夏季按照50W/延米,冬季按照40W/延米,共设120米的换热井167孔,φ32mm双U管;;室内末端采用226台卧式暗装风机盘采。安装160kW分布式光伏电站。系统安装远传电表、远传热量表,进行数据收集、检测。地埋管系统安装光纤检测土壤温度变化。
五、项目经济性、环境及社会效益
通过数据统计每年的采暖季用电量2015-2016用电量294576度,每平方采暖费用25.5元/平方米。2016-2017用电量250389度,采暖费用21.6元/每平方米。2017-2018年度用电量237870度,采暖费用20.5/每平方米。通过对数据分析,采用跨季节储热的采暖系统,采暖费用逐年降低,次年采暖费用较首年采暖费用降低13%左右。改造完成后每年节能减排量:节约燃煤270.8吨,减排二氧化碳709.49吨,二氧化硫2.302吨,氮氧化物5.25吨。整个项目无论是在经济效益还是社会效益都取得良好的成就。
应用太阳能跨季节蓄热,随着季节和时间变化,土壤温度由冬到秋也随之增加,初春最低,秋季最高,2016年1月土壤平均温度为15度,2016年9月土壤平均温度为19.6℃,土壤平均升温4.6℃。
六、典型经验和做法
采用太阳能集热系统平衡北方地区冬季采暖与夏季制冷的热失衡,提高地温,延长地源热泵使用寿命,降低运行费用。
适用场景:①北方地区冬夏季冷热负荷相差较大的建筑。②适用于地下土壤蓄热情况较好的地区,不适用于地下水丰富的区域。③适用于采暖面积2000平方米以上的项目,供暖面积相对集中的区域。④适用于有足够面积安装太阳能集热器的项目。
七、问题和建议
太阳能热水系统+地埋管土壤源热泵系统较为复杂,投资较高,太阳能需四季运行,应有专人负责运行维护。
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