太阳能与复叠式高温空气源热泵联合供热系统应用 (1).pdf
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1、可再生能源27NO.07 2023节能 ENERGY CONSERVATION太阳能与复叠式高温空气源热泵联合供热系统应用温青梅1 宋甲甲2 戴振宇3(1.山东方亚新能源集团有限公司,山东 济南 250000;2.山东力诺瑞特新能源有限公司,山东 济南 250000;3.济南市市政工程设计研究院(集团)有限责任公司,山东 济南 250000)摘要:设计一套太阳能与空气源热泵联合供热系统,出水温度为8090。通过对太阳能集热器和空气源热泵产品性能进行比较,选择集热效率高的中温型太阳能集热器和双级压缩复叠式空气源热泵,并对两种热源并联的供热系统进行详细的控制逻辑设计。以泰国CPC太阳能热水项目为例
2、,对供热系统的稳定运行情况和节能效果进行验证。项目地辐照资源好,联合供热系统运行稳定、效果良好。关键词:太阳能;复叠式热泵;工业用热;效益分析中图分类号:TU831 文献标识码:B 文章编号:1004-7948(2023)07-0027-04 doi:10.3969/j.issn.1004-7948.2023.07.008Application of combined heating system of solar energy and cascade air source heat pumpWEN Qing-mei SONG Jia-jia DAI Zhen-yuAbstract:A set
3、 of solar energy and air source heat pump combined heating system is designed,and the outlet water temperature is 8090 .By comparing the performance of solar collector and air source heat pump,the medium-temperature solar collector with high heat collection efficiency and the two-stage compression c
4、ascade air source heat pump are selected,and the detailed control logic design of the heating system connected in parallel between the two heat sources is carried out.Taking the CPC solar water heating project in Thailand as an example,the stable operation and energy-saving effect of the heating sys
5、tem were verified.The irradiation resources of the project site are good,and the combined heating system operates stably and has good effects.Key words:solar energy;cascade heat pump;industrial heat;benefit analysis引言太阳能与空气源热泵联合系统利用清洁可再生能源,具有环境效益好、运行费用低等优势,在采暖和生活热水领域得到普遍应用。但由于产品特性的限制,常规空气源热泵出水温度大多为4
6、560,适用于小型采暖系统或生活热水系统。近些年空气源热泵产品不断改造升级,复叠式空气源热泵逐渐得到人们关注。通过低温级和高温级双级压缩方式,复叠式空气源热泵稳定出水温度可以达到90,更高的出水温度使其应用范围更加广泛1-2。许多学者对复叠式空气源热泵的运行原理、制冷剂选择、控制策略及其在工程上的应用进行研究1,3-4,但有关太阳能与复叠式空气源热泵联合应用的研究较少。文中研究太阳能与复叠式高温空气源热泵结合的供热系统,保证出水温度接近90,分析系统的运行原理及控制要点,以泰国CPC太阳能热水项目为例进行节能效益分析。1太阳能与复叠式高温空气源热泵联合系统设计1.1太阳能集热器的选择太阳能热利
7、用分为低温(300)共3个温度分区。其中,中温利用区段又分为低、中、高共3个区段,低温段为100170,中温段为170230,高温段为230300 5。在建筑采暖空调和农业采暖等领域,对太阳能的热利用主要集中在低温分区,其应用比较成熟、产品种类多、集热性能好、价格经济合理。近些年,随着太阳能在区域供热和工业节能减排应用上的推广,要求太阳能出水温度为 90110 的项目越来越多。在这个温度区间内,常规平板集热器和真空管集热器出力困难,集热效率较低,考虑系统承压和产品集热性能等因素,适用于中温温度分区的非跟踪太阳能集热器得到很好的应用,包括玻璃-金属封接式真空管太阳能集热器、带复合抛物面真空管型太
8、阳能集热器(CPC)和高性能平板型太阳能集热器6。因此,作者简介:温青梅(1991),女,硕士,工程师,研究方向为新能源供热系统设计。收稿日期:2022-12-16引用本文:温青梅,宋甲甲,戴振宇.太阳能与复叠式高温空气源热泵联合供热系统应用 J.节能,2023,42(7):27-30.可再生能源28节能 ENERGY CONSERVATIONNO.07 2023为了保证出水温度接近90,优先考虑采用中温型集热器,文中设计的联合供热系统采用带复合抛物面真空管型太阳能集热器(CPC)。1.2空气源热泵机组类型选择太阳能储量巨大7,但能量密度较低。不同地域和不同时间的太阳能具有差异性,需要稳定的辅
9、助能源保证系统热量的稳定输出,满足工程用热需求。空气源热泵具有应用广泛、使用便捷、限制条件少、方便安装、占地面积小等特点,但常规空气源热泵的出水温度一般不超过60。对于要求供热温度8090 的系统,常规空气源热泵只能作为初级预热装置,需要采用其他能源装置进一步提温才能达到系统供热要求。文中采用复叠式高温空气源热泵机组,工作原理为逆卡诺循环。与单级压缩相比,复叠式热泵将工质系统分为低温级循环和高温级循环,低温级循环的冷凝侧与高温级循环的蒸发侧进行换热,通过低温级循环压缩,提高高温冷媒的蒸发温度,从而实现高冷凝温度制取高温热水,稳定出水温度可达90。复叠式高温空气源热泵工作原理如图1所示。1.3太
10、阳能与复叠式高温空气源热泵联合系统设计中温太阳能集热器与复叠式高温空气源热泵机组的结合,充分利用了中温太阳能集热器在90110 温度区间集热效率高和复叠式高温空气源热泵双级压缩高出水温度的优势。太阳能与空气源热泵具有多种结合形式,可以串联运行或并联运行。太阳能辐照的不均衡性导致太阳能集热器侧出口温度波动较大,而复叠式高温空气源热泵机组要求进出水温度相对稳定、换热温差不能太大。若太阳能侧和复叠式高温空气源热泵侧串联运行,会导致热泵机组进口温度波动,使机组频繁报警甚至故障;为了保证热泵机组进口温度稳定而强行限制太阳能侧的换热温差时,会降低太阳能的利用效率。因此,设计太阳能与复叠式高温空气源热泵并联
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