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    采暖系统对比介绍

采暖系统对比介绍

天普新能源科技有限公司刘文庆

0前言

随着地下矿物质能源日益匮乏,以及采暖对空气污染愈加严重,新能源逐渐被人们重视,太阳能采暖是政府鼓励推广多年的加热系统,但由于太阳能光照保证率低,必须与其他辅助热源结合使用。

1常规采暖系统优、劣势介绍

冬季采暖,无论采用什么形式的加热设备,室内末端理想的还是地板低温辐射采暖,其强大的蓄热性是太阳能采暖的理想末端。

目前可享受政府财政补贴,绿色环保的几种采暖方式:

1. 电辅助太阳能采暖系统

优势:为了充分利用太阳能,达到佳节能效果,尽量减少电辅助启动时间,太阳能采暖系统尽大努力多铺设太阳能集热面积,但大多现场不具备铺设太多的太阳能集热器,一般采暖面积与太阳能集热器面积比例都不会超过1:0.8。在光照理想的气候条件下,太阳能可以达到预期采暖效果,因只有集热器循环水泵间歇运行与室内循环水泵运行功耗,所以运行费用非常低。

劣势:雨雪或光照不理想的天气,必须启动电加热辅助功能,运行费用会大幅度提高。

2. 空气源热泵辅助太阳能采暖系统

优势:空气源热泵辅助太阳能是目前相对理想的采暖方式,太阳能加热能力不足时,空气源热泵自动补充,保证室内采暖温度。运行费用较电辅助太阳能系统节能约20%。劣势:空气源热泵在寒冷地区冬季运行效率不高,低温型热泵在-10℃室外环境温度下运行,COP值一般<2.2。

3. 空气源热泵采暖系统

优势:几乎不受天气影响,投资小,施工快。全国已有很多成功案例,北京地区节能建筑,每个采暖季低于22元/m2。

劣势:低温环境运行效率低,特别在晚上冷时间段,环境温度低于-10℃时,再加上反向化霜耗能,低温工况效率低于200%。空气源热泵COP值如图1所示。

4. 水(地)源热泵采暖系统

优势:水(地)源热泵采暖系统是政府近年刚列入财政补贴范围的项目,其节能效果相对理想,COP值一般跃4.0,由于地下热源比较稳定,热源温度一般为当地四季的平均温度,所以热泵机组运行稳定,故障率很低。

劣势:地源热泵系统问题主要出现在地下换热系统,地下抽水式换热系统,一是水利部门管理比较严格,二是地下换热井隐患比较多。地埋管式换热系统回避了抽水式换热系统的问题,但需要大量增加钻井数量来提取更多地下土壤热量,与其他采暖设备相比,增加投资约为整套系统的三分之一。

2太阳能+双源热泵(即空气源热泵与地源热泵合为一体)系统

2.1 太阳能+双源热泵运行原理

双源热泵(如图2 所示)具有两种运行模式:空气源运行模式、水源运行模式。北方冬季昼夜温差较大,白天室外温度一般在0℃左右,空气源热泵可以高效运行(COP值平均可以达到2.8以上),室内供暖完全依靠空气源热泵。夜间室外环境温度逐渐降至约-10℃(COP值低于2.2以下)。空气源热泵运行效率相对较低时,自动转换水源热泵运行模式,水源热泵运行热源来自白天太阳能集热器储存的热水(蓄热水箱可用温度5℃—50℃)。100m2建筑配至少60m2太阳能集热面积),来满足室内温度要求。

白天阳光充沛的天气下室内温度可以满足要求,一旦遇到雨雪天或光照不好的时候,完全依靠辅助设备加热采暖,一般辅助加热设备能耗很大。夏季,热量严重过剩,致使水温过高,造成管道及集热管内结垢严重,影响冬季使用。

双源热泵是空气源热泵与水源热泵完美结合,(其中太阳能系统替代地源热泵系统的地下钻井换热系统)优点:大限度发挥太阳能集热系统,又充分体现热泵的节能优势,也是山区能实现地源热泵采暖的理想选择。
以100m2节能建筑为例:墙体厚度240mm,围护结构做60mm保温处理,门窗为中空塑钢材质。

建筑能耗为8000W

太阳能系统选配:太阳能系统冬季蓄水高温度50℃。水源热泵利用低水温度3℃,可用温差45℃。

晚间室内需要热能102400W

蓄热水箱容水量约1956L

冬季太阳能集热面积34m2

2.2双源热泵运行模式

双源热泵有三种运行模式:

1. 时间允许自动识别模式:每天上午8:00自动转换空气源模式运行,到下午5:00系统自动检测热源(太阳能蓄热水箱)温度,如水源温度达不到5℃以上,自动回到空气源运行模式,保证室内供暖温度不受影响。

2. 手动运行模式1:手动切换到空气源运行模式,系统将按空气源模式运行。

3. 手动运行模式2:手动切换到水源运行模式,系统将按水源模式运行。

在白天空气源运行效率相对较高时为室内供热,同时太阳能聚热把热能储存在水箱内。

在夜晚热泵自动切换到水源模式运行,提取太阳能蓄热水箱温度来为室内供暖。

传统太阳能采暖系统蓄热水箱温度只能利用温度差32℃-50℃(结合室内低温地板辐射采暖)。而热泵可以利用温度差5℃-50℃。

一般双源热泵工作在自动模式:冬季白天上午8:00分开始启动空气源模式,该时间段空气源热泵较之夜晚运行效率较高,结合地板辐射采暖给室内供暖。同时太阳能集热器吸收太阳能储存在蓄热水箱内,以备夜晚热泵运行提供热源。下午17:00分太阳能没有光照,停止吸热,这时蓄热水箱已储存足够热量。同时热泵停止空气源热泵模式,自动转换水源热泵模式,依靠吸收白天太阳能所储存在蓄热水箱热能,继续结合地板辐射向室内供暖。

白天空气源热泵采暖模式运行时:空气源风冷式蒸发器的K1 电磁阀打开(S1、S2关闭)介质吸收空气中的热能气化,通过四通阀,经压缩机加压升温,经过四通阀,排到板式冷凝器,向循环水放热供暖,介质冷凝变成液体,经储液罐、过滤器、膨胀阀,K1电磁阀打开,向蒸发器供液,介质再次吸热蒸发。

夜晚水源热泵采暖模式运行时:板式蒸发器的S1 电磁阀打开(K1、K2关闭)介质吸收蓄热水箱中的热能气化,通过四通阀,经压缩机加压升温,经过四通阀,排到板式冷凝器,向循环水放热供暖,介质冷凝变成液体,经储液罐、过滤器、膨胀阀、S2电磁阀向蒸发器供液,介质再次吸热蒸发。

2.3 双源安装运行(如图3所示)

100m2建筑采暖系统投资比较(如表1所示)

运行费用比较如表2所示

 
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