北京 | 榆垡镇农业服务中心清洁能源应用项目

全国可再生能源供暖典型案例汇编 78210 0 0 0 关键词: 太阳能供暖 多能互补 能源局征集案例   

2022
10/31
19:24
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国家能源局
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导读

采用太阳能热水系统与地埋管土壤源热泵系统结合,满足生产生活采暖、制冷需求。采暖季,太阳能集热系统收集的热量直接供建筑采暖,非采暖季太阳能收集的热量通过地埋管系统储存到地下土壤内;土壤源热泵通过地埋管工作,冬季采暖,夏季制冷;分布式并网光伏电站为太阳能和热泵系统提供电量补充。其核心是通过土壤储热实现太阳能热量跨季节储存使用。

一、项目基本情况
       建设目的:应用清洁能源满足生产生活采暖制冷需求,节能降耗。 
       项目当地情况:该单位距城镇中心较远,常规能源采暖制冷供给不便,电供暖制冷费用太高,企业负担不起。当地属于太阳能资源丰富区,较为适合应用太阳能。 
       项目建筑情况:该项目地上共一层,高 3.9m,含建筑面积 1750 ㎡的两个阳光温室,总采暖制冷的建筑面积 5776 ㎡。冬季采暖室内温度 18℃~24℃;夏季制冷室内温度 22℃~26℃。 
二、技术路线及工艺流程
       采用太阳能热水系统与地埋管土壤源热泵系统结合,满足生产生活采暖、制冷需求。采暖季,太阳能集热系统收集的热量直接供建筑采暖,非采暖季太阳能收集的热量通过地埋管系统储存到地下土壤内;土壤源热泵通过地埋管工作,冬季采暖,夏季制冷;分布式并网光伏电站为太阳能和热泵系统提供电量补充。其核心是通过土壤储热实现太阳能热量跨季节储存使用。 
       太阳能集热器利用太阳辐射能量加热水箱中的水
       水箱中设换热环路,换热环路通向地埋管将热量储存于土壤之中。地埋管换热器可以通过地源热泵的蒸发器(冷凝器)直接回到地埋管,也可以通过蒸发器后流经水箱再回到地埋管。 
       夏季地源热泵通过地埋盘管抽取地下冷量为建筑物提供冷量(地温升高)。冬季地源热泵通过地埋管抽取地下热量为建筑物提供热量(地温降低)。 
       太阳能集热器全年为土壤蓄热,平衡地温。 
三、工艺流程
       春秋季:太阳能集热系统吸收太阳资源,通过太阳能循环泵将热量输送到土壤中,通过地埋管与土壤换热。提升土壤温度。太阳能储热过程自动控制。 
       夏季:太阳能系统依然延续春秋季的运行过程。地源热泵室内制冷时,产生热量附件太阳能热水一同输送到土壤中,为土壤补热蓄热,以供给热泵冬季使用。 
       冬季:太阳能系统达到供暖温度时可直接供暖。无法直接供暖时,地源热泵启动,提取地源侧热量给室内供热。太阳能系统作为土壤源的补热,提高热源侧供热温度。大大提高供暖 COP 值。 
四、主要设备选型
       采暖制冷空调区域经逐时负荷计算,夏季空调计算冷负荷 80W/m2,冬季采暖计算热负荷 100W/m2;温室阳光大厅夏季空调计算冷负荷 100W/m2,温室阳光大厅冬季采暖计算热负荷 120W/m2。总制冷负荷 500kW;制热负荷 620kW。系统安装跨季节专用水源热泵冷暖机组(压缩机输入功率:制冷 118kW;制热功 157kW) 1 套;167 组 581825 集热器,集热面积 634 ㎡,年得热量约为 37.6 万千瓦时; 
       地埋管换热量夏季按照 50W/延米,冬季按照 40W/延米,共设 120 米的换热井 167 孔,φ 32mm 双 U 管;;室内末端采用 226 台卧式暗装风机盘采。安装 160kW 分布式光伏电站。系统安装远传电表、远传热量表,进行数据收集、检测。地埋管系统安装光纤检测土壤温度变化。 
 
五、项目经济性、环境及社会效益
       通过数据统计每年的采暖季用电量 2015-2016 用电量 294576 度,每平方采暖费用 25.5 元/平方米。
       2016-2017 用电量 250389 度,采暖费用 21.6 元/每平方米。
       2017-2018 年度用电量 237870 度,采暖费用 20.5/每平方米。
       通过对数据分析,采用跨季节储热的采暖系统,采暖费用逐年降低,次年采暖费用较首年采暖费用降低 13%左右。改造完成后每年节能减排量:节约燃煤 270.8 吨,减排二氧化碳 709.49 吨,二氧化硫 2.302 吨,氮氧化物 5.25 吨。整个项目无论是在经济效益还是社会效益都取得良好的成就。 
       应用太阳能跨季节蓄热,随着季节和时间变化,土壤温度由冬到秋也随之增加,初春最低,秋季最高,2016 年 1 月土壤平均温度为 15 度,2016 年 9 月土壤平均温度为 19.6℃,土壤平均升温 4.6℃。 
六、典型经验和做法
       采用太阳能集热系统平衡北方地区冬季采暖与夏季制冷的热失衡,提高地温, 延长地源热泵使用寿命,降低运行费用。 
       适用场景:
       ①北方地区冬夏季冷热负荷相差较大的建筑。
       ②适用于地下土壤蓄热情况较好的地区,不适用于地下水丰富的区域。
       ③适用于采暖面积 2000 平方米以上的项目,供暖面积相对集中的区域。
       ④适用于有足够面积安装太阳能集热器的项目。 
七、问题和建议
       太阳能热水系统+地埋管土壤源热泵系统较为复杂,投资较高,太阳能需四季运行,应有专人负责运行维护。  
 
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