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我国太阳能资源较为丰厚,全国有三分之二以上的区域每年太阳福射量都高于5000MJ/m2以上,年日照时刻在3000~3300小时之间。
榜首,含量丰厚。到目前为止太阳仅耗费了本身能量的2%,因而太阳能几乎是取之不尽、用之不竭的。
第二,便利获取。太阳能可就地开发—因而不存在运送问题,对交通不发达的偏远区域运用价值尤为杰出。
第三,清洁、无污染。太阳能在开发和运用的过程中不会发生废渣、废水、废气,不会对生态环境形成损坏。
榜首,能流密度较低。地面上每平方米的面积所承受的太阳能只要1000W左右,因而太阳能热水体系中需求较大的集热器采光面积才干满意运用要求,増加了体系本钱。
第二,间断性和不稳定性。因为遭到地理纬度、海拔高度、时节替换、昼夜和阴雨天等要素的影响,太阳能热水体系有必要添加辅佐加热设备,才干确保体系的接连运转。
热泵系是一种能够经过耗费少数电能将热量从低温热源转移到高温热源的设备,具有高效节能的特色。但空气源热泵供暖体系在冬天运用时对环境温度有必定的要求。
依据太阳能热水体系本身的优势和缺陷,运用空气源热泵的特色作为辅佐加热,有机的结合两个体系,组成太阳能辅佐空气源热泵供暖体系。作为辅佐加热的空气源热泵热水体系能够补偿太阳能热水供暖体系的缺陷,既克服了太阳能间歇性、不稳定的缺陷,延伸了太阳能采暖的运用时刻,又补偿了空气源热泵在冰冷时节功率问题的缺乏,因而能够完成有用、全天候运转,这对下降动力耗费,满意修建节能、环保具有重要意义。
依据太阳能集热器中作业介质的不同,太阳能热泵体系可分为两大类:直胀大式太阳能热泵供暖体系和非直接胀大式太阳能热泵供暖体系。依照集热循环和热泵循环的衔接办法的不同,非直接胀大式太阳能热泵供暖体系,分为以下几种结构办法:串联式、并联式和双热源式等[2]。本文选用并联的办法。
图1是太阳能—空气源热泵供暖体系图。太阳能—空气源热泵供暖体系首要有三部分组成:
太阳能集热体系首要包含太阳能集热器、循环泵、蓄热水箱;空气源热泵体系首要包含冷凝器、压缩机、蒸发器、循环水泵、蓄热水箱等;结尾用户首要包含地板辐射采暖等。
(1)在太阳辐射条件较好、修建的热负荷较小的状况下,此刻只是依托太阳能集热供暖体系就能满意用户的供暖需求,不敞开空气源热泵供暖体系。体系中的水流经太阳能集热器后流入到蓄热水箱中,换热完毕后流回到太阳能集热器中进行加热。
(2)在太阳辐射条件较差的状况下,这时只是依托太阳能集热供暖体系不能满意用户侧的供暖要求,此刻敞开空气源热泵体系,太阳能供暖体系和空气源热泵体系联合运转为用户侧供暖。
(3)在没有太阳辐射的条件下,例如夜间、阴雨气候等,封闭太阳能集热体系,敞开空气源热泵供暖体系,此刻由空气源热泵体系对用户进行供暖。
该别墅修建面积为189m2,供暖期为11月15日到次年3月15日。首先在Dest软件中,依据该别墅修建的平面图建立模仿所需求的三维立体图形,并依照不同类型房间的不同功能对每个房间进行参数设置,以确保模仿成果尽可能与实践工程类似。图2是由Dest软件模仿得出的该修建供暖期的逐时负荷,由图可知,供暖期最大的热负荷出现在1月份,为7.2kW;供暖期均匀热负荷为2.37kW。
太阳能供暖体系的规划核算首要包含平板集热器面积的确认、集热体系流量的确认、集热循环水泵的选取和蓄热水箱的挑选。
式中:Ac为太阳能供热采暖体系的集热器总面积(m2);Qh为供暖负荷的日均匀值(W);JT为当地釆暖期在集热器装置歪斜面上的均匀日太阳辐照量(J/m2);f为太阳能确保率(%);ηcd为体系运用期的均匀集热功率;依据经历取值宜为0.2~0.5;ηL为管道及贮水箱的热损失率;依据经历取值宜为0.2~0.30。上式中,Qh为日均匀负荷,为2365.1W。依照文献[3]的附录,査得当地采暖期在集热器装置歪斜面上的均匀日太阳辖照量为13.854MJ/(m2·d)。ηcd与ηL依据经历值别离取0.35和0.2。表1是太阳能确保率在不同区域的引荐选用值规模。
蓄热体系应考虑太阳能集热体系的功能、出资、办法、太阳能保证率以及供热采暖负荷等要素经过技能经济性剖析来进行选取。在大略核算的状况下,可依据具体的太阳能供热采暖体系办法,査取单位面积集热器采光面积所对应的储热水箱、水箱容积规模,如表2。本文所研讨的体系类型为短期蓄热的太阳能供热采暖体系,所以每平米集热器蓄热水箱的容积为100L/m2,蓄热水箱容积为1.6m3。
在部分状况下集热器生产厂家一般会给出影响太阳能集热体系流量的特性。若无相关技能参数能够查询,可选用预算的办法:平板型集热器可预算为0.02L/(s·m2),真空型太阳能集热器可依照0.015~0.02L/(s·m2)预算。
依据上述核算,太阳能—空气源热泵供暖体系首要设备选型类型和初出资的预算见表3。
运用Trnsys对太阳能—空气源热泵供暖体系建模,挑选相应的模块。体系用到的模块有:平板集热器Type1b、典型气候年数据资料Type109、水泵Type114、集水器Type11b、分水器Type11f、蓄热水箱Type4c、负荷读取器Type682、空气源热泵机组Type505b、方程编辑器Equa、在线b等。本文模仿的太阳能—空气源热泵供暖体系的衔接办法如图3所示。
(1)在太阳能集热器出水温度为30℃以上时,只运转太阳能集热器循环体系,不敞开空气源热泵体系。
(2)在太阳能集热器出水温度为27℃以上,30℃以下时,一起运转太阳能集热器循环体系和空气源热泵体系为用户侧联合供暖。
(3)在太阳能集热器出水温度为27℃以下时,不运转太阳能集热器循环体系,敞开空气源热泵体系为用户侧供暖。
图4是供暖期用户侧的供回水温度,由图能够看出,用户侧的供水温度根本维持在32℃左右,供水温度比较稳定,契合地板采暖的供暖要求,进步了房间的舒适度。
图5是用户侧供回水温差与室外气温的联系。由图5可知,在室外气温比较高的状况下,用户侧的供回水温差比较小;跟着气温的逐步下降,温差也逐步增大。
依据图2和图5可知,一月份的室外气温最低,此刻修建的负荷也最大,用户侧的供回水温差也到达最大。当室外气温逐步升高时,供回水的温差也逐步减小。
由图6可知,在整个采暖期,空气源热泵机组的COP在3.5左右,实践工程中的空气源热泵的COP在2~3左右,在复合动力体系中,空气源热泵机组的COP有所上升;在太阳能—空气源热泵供暖体系中,体系的COP到达了5.5,和热泵机组比较,COP大大进步,说明晰太阳能—空气源热泵体系与单一空气源热泵比较,在相同能耗下,制热功率大大进步。
图7是太阳能—空气源热泵体系整个供暖期的耗电量,由图可知,整个供暖期,该体系的耗电量为865.84kW·h;单一空气源热泵的耗电量约为2747.41kW·h,节约电能74.8%。
常用的热水体系经济效益的点评办法有:归纳动力价格法、静态出资回收期、动态出资回收期和费用年值法等[4-5]。归纳动力价格法,指在运用年限内体系总出资与在此期间所供给的总能量的比值。静态出资回收期,一般用体系每年节约的运转费用与初出资的比值来表明,这种办法没有考虑资金的时刻价值,能在必定程度上点评体系的资金回收才能,但无法反响整个运用年限内的收益才能。动态出资回收期,是在考虑资金时刻价值的状况下回收出资所需求的时刻。按基准收益率把出资项目各年的净现金流量折成现值,再来核算出资回收期。
费用年值法,是将参加比较的各计划的体系初出资按资金的时刻价值折算为每年的费用,与运转费用和得到费用年值,各计划中费用年值最小的即为最佳计划。该办法全面考虑体系的初出资和运转费用,愈加合理和科学。本文选用费用年值法对热水体系来进行经济效益剖析。因为不同供暖计划体系的运用年限不同,费用年值的具体核算公式如下:
式中:Yd为费用年值(元/年);i为利率(或部分内部的规范收益率系数),取8%;n为体系的运用寿命(年);Ci,Ck为别离指体系初出资和体系年运转费用(元)。
定文为初出资折算值,体系运转费用包含能耗费用和保护管理费用,按设备固定资产出资的2%核算[6]。
依据式(2)核算可知,复合动力体系的年运转费用为3238元/年,空气源热泵体系的年运转费用为3564元/年。尽管复合动力体系的初出资高,但其年运转费用和费用年值较空气源热泵供暖计划低,一起也契合我国可持续发展的方针。
太阳能—空气源热泵供暖体系充分运用了我国太阳能资源丰厚的优势,有用处理了空气源热泵在低温环境下运转功率低的缺陷,将两者的特色有用的结合起来。复合动力体系的COP较传统热泵供暖体系的COP有了较大进步,运用年限延伸,耗电量少,运转费用低,有利于环保节能,契合可持续发展的方针。
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2024-February-04
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