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中廣歐特斯:空氣能與太陽能聯合熱水設備的設計

作者/整理:空氣能熱水器 來源:河南鄭州歐特斯空氣能熱水器 2018-07-13

 近幾年,許多太陽能廠家和經銷商紛紛轉向空氣能領域,同時也嘗試著將太陽能和空氣能結合起來使用,以達到更好的節能效果。在歐特斯代理商會議上,許多學員向宋長空講師咨詢了空氣能與太陽能結合的管道連接、水箱配置、系統控制等問題,近期亦有不少經銷商在站微信群或QQ群咨詢空氣能、太陽能雙能源系統的相關問題。為此,本刊采訪了多家企業的技術總工和經銷商,詳細介紹了太陽能與空氣能雙能源組合的連接及系統控制,供大家學習借鑒。

雙能源系統的運行原理及優勢

  空氣能和太陽能產品吸引客戶的共同賣點都是節能、環保,在特定的產品價值方面二者處于競爭和相互代替的關系,同時在安裝、渠道開發、市場推廣等方面,都有著很大的交叉和共性。對于“雙能合并”,空氣能熱水器和太陽能熱水器的優勢都非常明顯,都屬于國家和政府扶持的行業,如果太陽能熱水器與空氣能熱水器能夠實現有效融合,真正雙劍合璧,將會比單打獨斗更有力量。

  空氣能和太陽能雙能源組合系統它主要由太陽能集熱器、空氣能主機、供熱水箱、水泵、電磁閥等組成。在晴天,由太陽能真空管集熱器吸收太陽輻射能直接加熱水箱內的冷水,當自動控制裝置探測到水箱內的溫度達不到設定值時,熱泵開始工作,從而達到能源互補,節能效果顯著。空氣能取代電輔熱與太陽能結合,所結合的部分依然是水路,實現了水電分離。對于陰雨天多的地區,用空氣能要比用電輔熱節能,對于日照充足的地區,而相對用水量大的客戶,空氣能的輔助制熱,縮短了提供熱水的時間,滿足客戶快速需要熱水的條件。太陽能和空氣能的配比需要根據場地、當地氣候特點和用戶用水量來確定,比如在陽光充足、光照時間長的云南或西藏地區,太陽能配比則可以偏大一些,而在江南或一些山區,則可以相對提高空氣能的配比。湖南永州的瞿才英介紹他自己的一個做法,以一個4噸水項目為例,他一般采用6臺36只管的太陽能,空氣能主機為6P,配置一個4噸的水箱。

雙能源系統連接和系統控制方法

1、 單水箱系統

  太陽能與空氣能結合的單水箱系統又分為兩種,一種是目前很多廠家都在生產所謂的家用太空能產品,供熱水箱就是太陽能水箱。

  家用太空能熱水器單水箱系統的連接方式有四種,一是將空氣能的上循環(熱水)出水口與太陽能的冷水補水口接在一起,并在結合點后面安裝一個單向閥,保證熱水只流向太陽能水箱,下循環口(冷水)與溢流口連接。

 

  二是將空氣能的上循環口(熱水)與用戶的熱水出口相接,下循環口(冷水)與太陽能的溢流口相接,這種連接方法,當用戶沒有用水時,空氣能對太陽能水箱加熱,當用戶用水時,空氣能的熱水隨太陽能水箱的熱水一起供給用戶。

  三是將空氣能的上循環口(熱水)通過一個三通與太陽能的預留口連接,下循環口(冷水)與溢流口連接。如果將以上的連接方式反過來連接,有可能導致水泵空載運行,(當用水量很大時,補水很慢導致預留口處沒有水)。

  四是將空氣能的上循環出水口(熱水)與太陽能的溢流口接在一起,下循環口與冷水補水口連在一起,并在結合點后面安裝一個單向閥,防止停水,導致太陽能水箱的水不經過空氣能主機而直接從冷水補水管回流。

  空氣能電源線連接在太陽能儀表電加熱的接線端,空氣能儀表不需改變,系統控制的原則,通過太陽能水位溫度傳感器給一個信號,該信號主要是供給太陽能儀表上電加熱(本系統中已經變為空氣能主機電源)是否啟動即通電工作。工作條件的設置,需要通過太陽能儀表設置啟動電加熱(本系統中已經變為空氣能主機電源)的溫度值,建議設置60℃,再設置一個時間點,比如下午三點,滿足以上條件空氣能主機通電,再通過空氣能主機檢測決定機組是否啟動。主機與水箱之間的連接通過在太陽能進水口加一個三通,連接到空氣能主機進水口,在太陽能和主機進水前安裝電磁閥進行補水,注意加裝止回閥防止停水后水箱里面的水倒流,空氣能水箱溫度探頭放置方法是取出太陽能電加熱,擰開外絲頂端的外殼,在里面找到放置探頭的那個管口,然后取出里面探頭將空氣能主機探頭放進去即可(此系統電輔熱不再使用),太陽能儀表水位傳感器按正常位置放置。

  另外一種單水箱系統則大多為商用熱水工程,單獨使用一個供熱水箱,有太陽能和空氣能兩種熱源來加熱。

  當集熱器上循環末端出水口溫度和太陽能水箱的溫度的溫差到達設定值時(如5℃),太陽能循環泵啟動,通過循環加熱太陽能水箱內的水,當溫差低于設定溫度時(如2℃),太陽能循環泵停止,集熱系統停止循環。通過定時補水控制,在設定的時間段(可設定每天用水結束后)檢測水箱的水位,當水箱中的水位未滿時,開啟補水電磁閥,補水至水箱水滿時關閉補冷水電磁閥。

  空氣源熱泵機組作為輔助加熱,加熱的時間段可以根據實際情況來設定,比如在每天上午檢測水箱的水溫,如果水溫低于設定溫度20℃時,控制系統開啟空氣源熱泵機組,對水箱進行加熱,加熱至設定溫度時停止;下午檢測水箱的水溫T3,如果水溫低于設定溫度35℃時,控制系統開啟空氣源熱泵機組,對水箱中的水進行加熱,加熱至設定溫度時停止等。

  供、回水控制方法是在供熱水管上安裝加壓回水泵和供水電動蝶閥,受管網壓力、溫度、供水時間段控制,當管網有用水并達到供熱水時間時,啟動加壓泵供應熱水。在管網末端設定溫度回水電磁閥,管網末端溫度低于40℃時電磁閥開啟,高于45℃時回水電磁閥關閉。

  一般而言,商用單水箱系統較為簡單,對降低工程造價有一定的幫助。但是集熱器和輔助能源對同一水箱中的水加熱,系統整體控制復雜程度增加,集熱器和輔助能源的工作的時間上存在著交叉,降低對集熱器利用率。

  例如當供熱水箱水中的溫度達到45℃時,而集熱系統是靠溫差來循環的,只有溫差達到一定的范圍才能將集熱器中的熱水帶到水箱中,假設集熱器中的熱水已達到42℃,但溫差沒達到要求,那42℃的熱水就不能進入到供熱水箱中,如果剛好此時供熱水箱在這一時段水位沒達到一定的水位,補水電磁閥又開啟補充冷水到供熱水箱中,輔助能源這時啟動消耗電能將水加熱,這樣就造成了能源的浪費。

2、 帶過渡泵的雙水箱系統

  帶過渡泵的雙水箱系統相比單水箱系統,解決了集熱器和輔助能源工作上的交叉,有利于發揮各自的功能,輔助能源的控制也變得很簡單,只受供熱水箱水溫控制。

  再者,系統在供水方式的形式上可根據學校的具體要求選擇定時供水或是全天候供水,主要歸功于供熱水箱中的水溫波動較小。

  實際運行過程中,有時由于供熱水箱中的的水位探頭位置沒有調節好,造成過渡泵不啟動,過渡水箱中的熱水無法被輸送到供熱水水箱中,造成太陽能資源的浪費。

 

  當過渡水箱滿水位時,為溫差強制循環模式,集熱器上循環末端出水口溫度和過渡水箱底部溫度的溫差大于5℃(可調)時,太陽能循環泵啟動,通過循環加熱過渡水箱內的水,溫差小于2℃(可調)時,太陽能循環泵停止。當過渡水箱未達到滿水位時,為定溫放水模式,集熱器上循環末端出水溫度大于55℃時(可調),定溫補水泵啟動,將集熱器中的高溫水頂入到過渡水箱中,溫度小于45℃或過渡水箱滿水位時,定溫補水泵停止。當系統檢測到過渡水箱水溫大于50℃(可調)且供熱水水箱水位未滿水時,過渡泵啟動,將過渡水箱中的熱水抽到供熱水水箱中,當供熱水水箱滿水位或過渡水箱處于下限水位時,過渡泵停止。

  空氣源熱泵機組通過電磁閥控制,可以在不同的時間段進行輔助加熱,例如在每天上午檢測供熱水箱的水位,如果水位低于設定30%時,打開補水電磁閥進行補水,直至水位達到30%為止,熱泵機組啟動,對供熱水箱加熱,加熱至設定溫度時停止;在每天中午檢測供熱水箱的水位,如果水位低于設定50%時,打開補水電磁閥補水,直至水位達到50%為止,熱泵機組啟動,對供熱水箱加熱,加熱至設定溫度時停止;

  在每天下午檢測供熱水箱的水位,如果水位低于設定75%時,打開補水電磁閥進行補水,直至水位達到75%為止,熱泵機組啟動,對供熱水箱加熱,加熱至設定溫度時停止;

  在每天下午檢測供熱水箱的水位,如果水位低于設定100%時,打開補水電磁閥進行補水,直至水位達到100%為止,熱泵機組啟動,對供熱水箱加熱,加熱至設定溫度時停止。

  系統控控制上,在供熱水管上安裝加壓回水泵和供水電動蝶閥,受管網壓力、溫度、供水時間段控制,當管網有用水并達到供熱水時間時,啟動加壓泵供應熱水。

  在管網末端設定溫度回水電磁閥,管網末端溫度低于40℃時電磁閥開啟,高于45℃時回水電磁閥關閉。

  定溫補水泵的選型也應注意其揚程及流量,應避免其頻繁地啟動,盡量讓其每一次運行的時間稍長點,形成冷水頂入集熱器時,在流動的過程就可以緩緩升溫被加熱為熱水,所以定溫補水泵的流量可以適當的選小點。

3、無過渡泵雙水箱系統

  無過渡泵的雙水箱系統是總結了前面兩個系統的經驗而設計出來的,以雙水箱之間高位連通管來代替過渡泵,從而降低了系統控制的復雜性。設計時必須合理的分配雙水箱容積的比例,以及確定高位連通管的開孔位置,高位連通管的管徑也盡量選大點,增加其過流能力,大致是比補冷水管管徑大上兩個規格。

  當集熱器上循環末端出水口溫度和過渡水箱底部溫度的溫差大于5℃(可調)時,太陽能循環泵啟動,通過循環加熱過渡水箱內的水,當溫差小于或等于2℃(可調)時,太陽能循環泵停止。當過渡水箱平均水溫大于55℃時(可調),補水電磁閥開啟,將過渡水箱中的熱水頂入到供熱水水箱中,直至小于40℃時(可調)或供熱水水箱滿水位時,補水電磁閥關閉。

  空氣源熱泵機組通過電磁閥控制,控制原理的方式與帶過渡泵的雙水箱系統一樣。系統控制上,在供熱水管上安裝加壓回水泵和供水電動蝶閥,受管網壓力、溫度、供水時間段控制,當管網有用水并達到供熱水時間時,啟動加壓泵供應熱水。在管網末端設定溫度回水電磁閥,管網末端溫度低于40℃時電磁閥開啟,高于45℃時回水電磁閥關閉。

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