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  • 如何正确设计高纬度寒冷地区新能源采暖系统

    2019-05-20  来自: 甘肃一通环境科技有限公司 浏览次数:130


    如何正确设计高纬度寒冷地区新能源采暖系统

    甘肃一通环境科技有限公司

    2019年5月18日

     


    近几年,席卷北方的“煤改电”采暖市场风起云涌,农村、各商业采暖和集中供暖领域的应用也越来越多,空气万博manbetx手机登录在北方市场得到了大量的应用,而且在地域上应用范围也越来越广,逐步向高纬度严寒地区推进;同时出现了各种各样manbetx官网电脑版锅炉和电万博足球app器(机)及采暖末端改造设备,可谓百花齐放。但像空气万博manbetx手机登录一样,各种采暖设施应用于大型热泵采暖项目所遇到的难题也不少,给设计者和生产厂商提出了不少难题。

    难题1:严寒地区热源主机如何选择?

    例如严寒地区如何保证空气万博manbetx手机登录主机稳定、高效运行?在改造旧小区暖气片项目时如何合理设计系统?非节能建筑如何更加合理利用水箱蓄热……这些问题都制约了空气万博manbetx手机登录在北方地区推进进程。

    空气万博manbetx手机登录受环境温度的影响比较大,温度越低,能效和稳定性也越差。目前,空气万博manbetx手机登录采暖市场主要还是以华北市场为主,寒冷地区和严寒地区的应用并不是很多。但是,严寒地区的市场容量非常大,对空气万博manbetx手机登录来说是一个必须要拿下的市场。

    那么空气万博manbetx手机登录如何实现在严寒地区稳定高效地运行呢?我们建议用空气万博manbetx手机登录+原子能manbetx官网电脑版万博足球app机的多能源组合方式,利用峰谷电政策,让空气万博manbetx手机登录在白天温度高的时候工作,而晚上谷电段用原子能manbetx官网电脑版万博足球app机来工作。

    这样做有什么好处?因为低气温段都是在凌晨,也就3~4个小时,而-25℃以下的气温也基本都在这个时间段。在白天,即使是严寒地区,冬天也很少有-20℃的天气。晚上的时候空气万博manbetx手机登录不工作,只用原子能manbetx官网电脑版万博足球app机工作,就可以保证采暖系统的正常运行。

    而且,原子能manbetx官网电脑版万博足球app机还有个优势,就是运行的时候没有噪音。晚上谷电段的电价一般不到白天电价的一半,这就相当于原子能manbetx官网电脑版万博足球app机的COP达到了2.0以上,其实跟热泵运行耗能没多大区别。

    而白天空气万博manbetx手机登录运行的时候,温度都在-20℃以上,平均温度可以达到-5℃以上,空气万博manbetx手机登录的COP可以达到2.5以上。这样配置的结果是,空气万博manbetx手机登录主机配置小,初期投资降低,而且运行也更加可靠。那么,这样的系统主机如何选型?先看空气万博manbetx手机登录主机的选型。

    严寒地区冬季白天的平均温度在-5℃以上,那么空气万博manbetx手机登录就可以按环境温度-5℃时的制热量来计算。我们先计算建筑的总热负荷,用单位面积的热负荷指标乘以建筑物的总建筑面积,然后根据空气万博manbetx手机登录主机在-5℃的制热量多少,来确定需要采配置多少台。

    如:甘肃白银地区10000 m2小区采暖,假定是节能建筑,给定的热负荷指标为60w/m2,那么总热负荷即:10000 m2×60w/ m2=600kw;如果是用25P的空气万博manbetx手机登录主机,在-5℃下的制热量大概在50kw,输入功率大约为24kw,则需要25P机的台数为600kw/50kw=12台。

    再看原子能manbetx官网电脑版万博足球app机的选型。因为晚上谷电段只有原子能manbetx官网电脑版万博足球app机在工作,所以原子能manbetx官网电脑版万博足球app机要满足整个建筑的供暖需求。建筑的总热负荷不变,还是600kw,则需要原子能manbetx官网电脑版万博足球app机的制热功率为600kw。

    这里要说明一下,虽然空气万博manbetx手机登录主要是白天工作,但应该要满足主机能在-25℃环境下正常工作,确保系统在遇到极端温度时能够运行。另外润滑油、电气元件,包括导线都要耐低温。导线如果不耐低温,温度低的时候可能就裂了,这样机器的运行就会出现问题。而如果是一般的润滑油,在温度低的时候会凝固,这样一来电机就转不起来,所以润滑油也需要耐低温。电气元件也是如此,在采购时要向厂家说明。 

    难题2:老旧小区暖气片如何改造?

    空气万博manbetx手机登录能不能带暖气片采暖是很多人都想问的问题,答案肯定是可以的,只是适当增加相应的暖气片数量就行了。这里要说的是另外一种比较常见的情况,那就是末端系统不变,只改热源主机,这个是有难度的。

    根据《GB50736-2012民用建筑供暖通风与空气调节设计规范》,暖气片采暖有这么两个条件:

    1、暖气片需要供水温度50~75℃,供回水温差大于20℃;

    2、锅炉热源经二次换热后,二次管网的供水温度50~60℃(严寒地区大于70℃ ),供回水温差大于15℃。

    这两个条件给空气万博manbetx手机登录带来了很大的难题:首先,空气万博manbetx手机登录在低温环境下产50℃以上的万博足球app,能效比较低,不利于机组的正常运行;其次,空气万博manbetx手机登录供回水的合理温差只有5℃,如果温差要达到15℃以上,就会影响运行稳定的性。那么遇到这样的项目如何改造呢?较佳的方案还是采用原子能manbetx官网电脑版万博足球app机+空气万博manbetx手机登录的热源系统配置形式。

    1)无峰谷电的系统方案及主机选型

    综合能效及工作能力方面,空气万博manbetx手机登录一般提供50℃以下的万博足球app,再高的时候用原子能manbetx官网电脑版万博足球app机来提升温度。如果暖气片的供回水温度是55℃/35℃(二次管网的供水温度是50~60℃,可以满足,也满足暖气片20℃的供回水温差),那么可以用两台空气万博manbetx手机登录主机串联,把水温从35℃提升至50℃,这样每台主机的进出水温差只有7.5℃,而50℃之后再用原子能manbetx官网电脑版万博足球app机提升到55℃。

    这样一来,空气万博manbetx手机登录是在低温段(35℃~50℃)工作,能效比较高,也有利于运行稳定而且还可以解决暖气片需要高温水、大温差的问题。

    系统问题解决了,再看主机如何选型。空气万博manbetx手机登录是把35℃的水加热到50℃,而原子能manbetx官网电脑版万博足球app机是把50℃的水加热到55℃,这个过程中空气万博manbetx手机登录的制热量占3/4,原子能manbetx官网电脑版万博足球app机的制热量占1/4。那么,空气万博manbetx手机登录主机的台数=(工程的总热负荷×3/4)/热泵在计算温度下的制热功率;而原子能manbetx官网电脑版万博足球app机的制热功率=工程的总热负荷×1/4。

    举例说明:甘肃白银市10000平方米的老旧小区,单位面积热负荷为60w/㎡,那么建筑的总热负荷为600kw,25P空气万博manbetx手机登录在-5℃(查《全国主要城市采暖期耗热量指标和采暖设计热负荷指标》,甘肃白银市采暖室外计算温度为-10.3℃)的制热功率是45kw,所以选择25P机的台数为(600kw×3/4)/45kw=10台,考虑到是每两台串联,空气万博manbetx手机登录主机的台数只能是双数 10台,这里就选择10台。

    选好了空气万博manbetx手机登录主机,再确定原子能manbetx官网电脑版万博足球app机的制热功率。原子能manbetx官网电脑版万博足球app机只负责50℃~55℃的升温,占总制热量的1/4,那么原子能manbetx官网电脑版万博足球app机的制热功率=工程的总热负荷×1/4=600kw×1/4=150kw。但考虑到维修、备用还有极端天气等因素,原子能manbetx官网电脑版万博足球app机建议至少选300kw,可以设置几个档,一般情况下用150kw就可以了。

    2)有峰谷电的系统方案及主机选型

    有峰谷电时,让原子能manbetx官网电脑版万博足球app机在晚上谷电段工作,让空气万博manbetx手机登录在白天能效高的时候工作,无疑是好的方式。白天非谷电价时间段空气万博manbetx手机登录运行,两台热泵主机串联产45~50℃的万博足球app(白天温度要求低),供回水温差15℃;晚上谷电时间段原子能manbetx官网电脑版万博足球app机运行,产70~80℃的万博足球app,晚间循环水供水温度50~70℃,供回水温差15~20℃。

    既然空气万博manbetx手机登录只是白天工作,那么主机的选型根据冬季白天的平均温度来计算就可以了。比如在寒冷地区,冬季白天的平均温度在0℃以上,空气万博manbetx手机登录按环境温度0℃时的制热量计算;严寒地区冬季白天的平均温度在-5℃以上,空气万博manbetx手机登录就按环境温度-5℃时的制热量计算。

    以甘肃白银市10000平小区采暖(有外墙保温)为例,给定的热负荷指标为45w/,则总热负荷为450kw,25p空气万博manbetx手机登录在0℃的制热量在60kw左右,那么需要的25P机的台数=450kw/60kw≈8台。

    原子能manbetx官网电脑版万博足球app机因为晚上独立工作,制热功率和总热负荷相同,则需要配备制热功率为450kw的原子能manbetx官网电脑版万博足球app机一台。 

    难题3:如何利用峰谷电水箱蓄热?

    如果是节能建筑,用建筑墙体去蓄热是很好的方式,但如果不是节能建筑,墙体蓄热就不合适了,这时候可以考虑用水箱来蓄热,利用峰谷电价,在晚上谷电段的时候来加万博足球app箱。而晚上给水箱蓄热时,用原子能manbetx官网电脑版万博足球app机来制热,而不是用空气万博manbetx手机登录,因为原子能manbetx官网电脑版万博足球app机可以制更高水温的万博足球app,储存的热量更多。如果用空气万博manbetx手机登录来蓄热,在同等的蓄热量下,水箱的容积要大上好几倍。

    那么,蓄万博足球app箱的容积又如何计算呢?可以先计算每1吨水的蓄热量,然后根据建筑需要的蓄热量来确认。

    假如蓄的是95℃的高温水,在晚间谷电价的时间段中,空气万博manbetx手机登录先把蓄万博足球app箱中的水温从35℃提升到50℃上,然后再用原子能manbetx官网电脑版万博足球app机把水温提升到95℃,这样总共提升了60℃的温差。1kg水加热1℃是1千卡,提升60℃即60千卡,则1吨水(容积1立方米)的蓄热量的60×1000=60000千卡。换算一下,则1吨水的蓄热量=60×1.16=69.6kwh(注:1000千卡≈1.16kWh)。

    具体的计算可以以甘肃白银市1000平方米非节能建筑为例,按单位面积的热负荷为60w/ m2计算,则总热负荷为60kw。如果晚上谷电段有8小时,那么就可以储存8小时的热能,则需要的水箱容积为:60kw×8h/69.6kwh=6.9吨,所以水箱的容积约7吨。

    可以计算下如果只用空气万博manbetx手机登录来蓄热,需要多大容积的水箱。空气万博manbetx手机登录只能蓄15℃的温差,1吨水(容积1立方米)的蓄热量=15×1.16=17.4kwh,则需要的水箱容积为60kw×8h/17.4kwh=27.6吨,也就是说需要一个28吨的蓄万博足球app箱。一个28吨的水箱,加上保温和外包装,体积达到了30吨,放在建筑屋顶承重受不了,放在地面占地面积太大,所以仅仅用热泵来蓄热是很难实现的,配合原子能manbetx官网电脑版万博足球app机。

    水箱容积确定了,那么蓄好的95℃万博足球app我们怎么用?不同的末端对水温是有要求的,特别是地暖,国家要求地暖水温不能超过60℃。这时候就需要用一个二次循环系统。

    例如末端要求水温是55℃,那么开始是空气万博manbetx手机登录来加热,把35℃的水加热到50℃,然后原子能manbetx官网电脑版万博足球app机开始工作,热泵停止运行,由原子能manbetx官网电脑版万博足球app机把水温提升至95℃。这时候蓄万博足球app箱的水温是95℃,而末端要求的进回水温度是55℃/35℃,那么对于小系统,在水箱和末端之间要有一个混水器就行了,类似于热泵系统里面的热力膨胀阀,当水温高的时候减少流量,水温低时加大流量,让温度一致;大工程可以用板式换热器,装一个变频水泵,水泵的转速由温度来控制,也可以实现温度的均衡输出。

    甘肃煤改电

    这里可能有人会有疑问:在原子能manbetx官网电脑版万博足球app机工作的时候,空气万博manbetx手机登录是不工作的,低环境温度下设备会不会被冻?其实不用担心,因为空气万博manbetx手机登录主机都有防冻功能,而且循环水还在里面流动,只要不断电是不会被冻的。

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