太阳能+空气能热泵采暖系统在建筑上的应用

太阳能+空气能热泵采暖系统在建筑上的应用

一、工程概况

本项目为内蒙古一机集团的新能源改造项目，该工程位于一机集团一栋办公楼，是部队官兵训练、活动的地方，位置远离城区，业主只能使用煤锅炉进行采暖，锅炉房卫生环境差，燃煤燃烧对室外环境造成严重污染，而且业主需要经常半夜起来加煤两三次，使用很不方面；节能改造前每个采暖季能耗为1034208(MJ)，耗电量为287280 kW﹒h。

项目所在地包头市位于蒙古高原的南端，濒临黄河、山地、平原三个地形区域，地理坐标为东经109°83′，北纬40°65′。属于太阳能资源介于二类至三类地区：全年日照时间总共2882.2小时；每天的集热时间8小时，一年300天的晴朗天气，阳光辐照量平均在1100W/㎡。冬季最冷天是11月到1月，持续90天。冬季采暖季共6个月，从10月15日开始到次年4月15日结束。

该项目共有4栋建筑需要采暖，为餐厅和办公室，建筑全部为一层楼，砖混结构，总计采暖面积约950㎡，改造前采用小型燃煤锅炉采暖，采暖末端为铸铁暖气片。通过包头市汉诺威工业装备科技有限公司对该项目的改造，采用太阳能+空气能热泵相结合的采暖系统取缔燃煤锅炉，环保节能，系统全自动化控制，室内温度恒定18℃～22℃，不需要人工维护管理；建筑提供采暖及非采暖季生活热水需求。当连续阴雨天或恶劣天气条件下，太阳能收集热量不足以满足建筑采暖及热水需求时，由超低温空气源热泵提供建筑采暖及热水需求。室内采暖末端铸铁暖气片，设计水温70℃。改造后，一个采暖季耗电61560kW﹒h。系统节能改造后节能率为78.6%。对采用清洁能源进行节能减排，大力推进清洁能源的应用具有推动作用，必将成为北方严寒寒冷地区冬季采用清洁能源采暖的经典案例和标杆工程。

二、设计参数

1、地理位置及气象数据

内蒙古包头市（地理坐标：东经109°83′，北纬40°65′），属半干旱中温带大陆性季风气候。据《包头市2011年国民经济和社会发展统计公报》，全年平均气温为7.2℃，年平均风速1.2 m/s，年降水总量421.8mm，年日照时数2882.2小时。

2、辐照资料

辐照资料依据包头市气象资料，太阳辐照量资料如下：

表1：太阳辐照量表

采暖季日均辐照量：18.22MJ/(㎡·d)

3、基础水温（冷水计算温度）

根据用户提供数据，冷水计算温度为10℃。

4、采暖热负荷

根据现场勘察及实际计算得知，采暖热负荷为80W/㎡。

5、空间利用率

本项目空间利用率选取为100%。

6、太阳能保证率

由于建筑为后山靶场，远离城市管网，能源稀缺，从节约常规能源、系统投资效益方面考虑，太阳能保证率选取50%。

7、设计依据参数

表2：设计依据参数表

8、设计指标及设计思路：

（1）提供建筑面积为950㎡的餐厅、办公楼24小时采暖需求；

（2）非采暖季提供6000L/d的生活热水；

三、系统组成

太阳能集热器、超低温空气源热泵、储能装置、换热装置、管路、仪表、保温材料、支架、控制系统等

四、系统原理图

五、设计特点

1、系统可靠性高、使用寿命长：一般太阳能系统的寿命为10年。而汉诺威太阳能集热系统防冻、防漏、无腐蚀、耐高温、耐严寒，即使部分集热管因自然或其它意外损坏，系统也能正常使用；使整体系统的寿命延长至20年以上，也保证了系统的高效性和经济性，而且使得整个系统运行更加可靠、稳定，机组效率更高，运行更平稳。

2、系统热效率高：采用国际先进的相变储能技术制造的集热器，系统集热效率高、热损失少，显著减少辅助能源的消耗。

3、环保友好：太阳能采暖、热水技术，有效利用太阳能资源和相变储能技术，不消耗化石能源，无污染物排放，是绿色环保的技术。

4、超低温空气源热泵：通过对空气源热泵供热压缩机和换热器技术改进并采用寒冷地区专用制冷剂和智能除霜技术，使超低温空气源热泵更好地适应北方严寒寒冷地区的采暖市场。

5、节约能源：太阳能是取之不尽用之不竭的自然能源，结合吸收和储存太阳能辐射能量，有效平衡冬季和夏季冷热需求，不仅节约能量消耗，而且符合自然运行规律。

6、建筑相结合：采暖系统设计综合考虑建筑美观及使用性能、用户使用情况、集热器规格及性能参数、系统配置及运行方式、使用和维修、节能与安全、经济效益等因素进行设计，力求太阳能与建筑完美结合。

六、能效分析

1、对项目实施检测分析内容

（1）节能改造前用能情况：节能改造前能耗为每个采暖季1034208 (MJ)，耗电量为287280 kW﹒h。

（2）节能改造内容：拆除原来的煤炭锅炉及水设施，安装太阳能采暖与空气源热泵相结合的PLC全自动控制系统。

（3）节能改造产生的节能效果分析：

①节能改造前，一个采暖季耗电287280 kW﹒h。

②节能改造后，一个采暖季耗电61560 kW﹒h。

③故系统节能改造产生的效果为：节能78.6%。

2、节能改造效益和投资回收期分析：

（1）改造前费用分析：一个采暖季耗电量为287280 kW﹒h，人民币244188元整（电费0.85元/ kW﹒h）。

表3：改造前费用分析

（2）系统改造后：一个采暖季耗电量为61560 kW﹒h，人民币52326元整。

表4：改造后费用分析

（3）节能改造之后与改造之前相比：每个采暖季节约为244188-52326=191862元人民币。

表5：改造后/前费用对比分析

④静态回收期：经过计算可知，该系统回收期为2.8年。

3、能耗监测内容

（1）使用独立计量电表与远程监控系统结合实时监控检测

①监控设备图：

②监控数据表：

表6：节能系统监控数据表

（2）节能量测算结果：

节能改造之前每个采暖季耗电量为287280 kW﹒h，节能改造之后每个采暖季用电量为61560kW﹒h，一个采暖季节约电量为225720kW﹒h，

故节能量为：78.6%。

（3）节能效益测算结果：

表7：节能效益表