制冷制熱熱泵方案.doc

冷熱水供應(yīng)系統(tǒng)安裝熱泵節(jié)能改造方案摘 要 據(jù)統(tǒng)計(jì)，中國(guó)的能源使用效率僅為美國(guó)的26.9%，日本的11.5%。因此，推進(jìn)節(jié)能減排，可謂迫在眉睫。本文針對(duì)企業(yè)實(shí)際節(jié)能案例，用科學(xué)的方法對(duì)用戶的能耗狀況進(jìn)行分析和診斷，提出安裝熱泵節(jié)能方案，在節(jié)能減排方面的實(shí)際運(yùn)用，并進(jìn)行投資預(yù)算分析。關(guān)鍵詞 節(jié)能 環(huán)保 熱泵 設(shè)計(jì) 余熱回收 目錄一.熱泵簡(jiǎn)介. . .3二. 背景.5 三. 方案設(shè)計(jì).5 3.1熱負(fù)荷計(jì)算.5 3.2系統(tǒng)設(shè)計(jì).63.3設(shè)備選型.10四. 運(yùn)行控制策略.12五. 投資估算.15六. 總結(jié).151熱泵1.1 熱泵簡(jiǎn)介 Heat Pump 人們所熟悉的“泵”是一種可以提高位能的機(jī)械設(shè)備，比如水泵主要是將水從低位抽到高位。而“熱泵”是一種能從自然界的空氣、水或土壤中獲取低品位熱能，經(jīng)過(guò)電力做功，提供可被人們所用的高品位熱能的裝置。具體工作過(guò)程1如下：過(guò)熱液體媒體在蒸發(fā)器內(nèi)吸收低溫物體的熱量，蒸發(fā)成氣體媒體。蒸發(fā)器出來(lái)的氣體媒體液壓縮機(jī)的壓縮，變?yōu)楦邷馗邏旱臍怏w媒體。高溫高壓的氣體媒體在冷凝器中將熱能釋放給給高溫物體、同時(shí)自身變?yōu)楦邏阂后w媒體。高壓液體媒體在膨脹閥中減壓，再變?yōu)檫^(guò)熱液體媒體，進(jìn)入蒸發(fā)器，循環(huán)最初的過(guò)程。熱泵的性能一般用成績(jī)系數(shù)(COP)來(lái)評(píng)價(jià)。成績(jī)系數(shù)的定義為由低溫物體傳 到高溫牧體的熱量與所需的動(dòng)力之比。通常熱泵的成績(jī)系數(shù)為3-4左右，也就是說(shuō)，熱泵能夠?qū)⒆陨硭枘?量的3到4倍的熱能從低溫物體傳送到高溫物體。2背景本案工廠目前有兩條生產(chǎn)線，安裝五臺(tái)冰水機(jī)組（三臺(tái)920TR，一臺(tái)670TR，一臺(tái)420TR），用于供冷（生產(chǎn)線工藝和空調(diào)均需供冷）。然而，工廠生產(chǎn)工藝需要常年供冷（冬季一般要開670RT機(jī)組），同時(shí)需要供熱的場(chǎng)合：如洗凈機(jī)500kw，溫純水245kw，溫純水245kw，一條線共需1000KW制熱量；兩條線需求制熱量1500kW，目前的熱源仍來(lái)自鍋爐。我們建議可以利用水源熱泵回收冰水回水（約12）中的熱量制出熱水，來(lái)提供現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)所需熱水；另一方面冰水溫度降低（約7），可直接滿足中央空調(diào)系統(tǒng)除濕、制冷及現(xiàn)場(chǎng)工藝使用需要，一舉兩得，很大的提高了能源的使用效率。3方案設(shè)計(jì)3.1 熱負(fù)荷計(jì)算熱水溫度、流量及熱量估算如下表：項(xiàng)目溫純水1溫純水2洗凈池1洗凈池2洗凈池3供水溫度要求40度45度55度45度55度混合、回水溫度33度38度20度40度20度水量(m3/h)3030200L/min100L/min16L/min補(bǔ)水量(m3/h)881260.96熱負(fù)荷(kW)2452454903540 表1因此，系統(tǒng)總熱負(fù)荷約1055 kW左右，開兩條線時(shí)系統(tǒng)總熱負(fù)荷約1545 kW左右。另根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)提供數(shù)據(jù)，即使在冬季最冷月都有約600RT的冷負(fù)荷。3.2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)本項(xiàng)目熱泵設(shè)計(jì)主要依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)熱負(fù)荷設(shè)計(jì)，首先滿足現(xiàn)場(chǎng)供熱水需要，冷凍水的生產(chǎn)隨供熱量的變化而變化，不足部分冷凍水仍由原冰水機(jī)提供。改造原則不影響原系統(tǒng)相關(guān)設(shè)備的正常運(yùn)行。可行的改造方案是：安裝3臺(tái)熱泵機(jī)組(2用1備)，從原冰水系統(tǒng)的冷凍水回水管中引出約12的冷凍水回水，作為熱泵水源，冷凍水熱量被熱泵吸收后，溫度降到約7后，仍送回原冰水系統(tǒng)的冷凍水回水管中，不直接送回原冰水系統(tǒng)的冷凍水送水管中，直接供應(yīng)中央空調(diào)及現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備使用，是為防止因熱泵工作故障，制出的冰水達(dá)不到7，影響客戶原系統(tǒng)的正常運(yùn)行，制出的冷凍水送回原冰水系統(tǒng)的冷凍水回水管中與送回原冰水機(jī)送水管路同樣大大降低冰水機(jī)的負(fù)荷，達(dá)到節(jié)能的目的；熱泵制出熱水送到蓄熱池，再由水泵分別送往各用水設(shè)備。熱泵制冷側(cè)可以提供350RT的冷量，制熱側(cè)可提供4555供水。相對(duì)于鍋爐，熱泵以電為動(dòng)力，具有安裝方便、施工周期短、占地面積少、無(wú)需燃料堆放場(chǎng)所、無(wú)排渣的運(yùn)輸費(fèi)用及三廢處理開支、無(wú)需專門值班人員及年檢等優(yōu)勢(shì)。本方案主要需求設(shè)備： 水源熱泵機(jī)組 3臺(tái) 冷凍水泵 3臺(tái) 變頻供水泵 2臺(tái) 回水泵 4臺(tái) 自動(dòng)控制系統(tǒng)（含溫度、壓力傳感器） 1套系統(tǒng)工作原理：開1條生產(chǎn)線時(shí)，開1#或2#熱泵，兩臺(tái)備用，特別當(dāng)熱負(fù)荷很低時(shí)可以只開3#熱泵。開2條線時(shí)，可以任何兩臺(tái)主機(jī)組合投入運(yùn)行，另一臺(tái)備用。主機(jī)生產(chǎn)的冷凍水，通過(guò)管路連接到主機(jī)房原空調(diào)系統(tǒng)的回水管與原來(lái)的串聯(lián)，給生產(chǎn)供冷，這樣不僅可以保證，熱泵穩(wěn)定運(yùn)行，原來(lái)空調(diào)機(jī)組還可以根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)負(fù)荷進(jìn)行加減載。主機(jī)生產(chǎn)的55熱水直接供到溫水蓄水池里，若水溫不夠，就回到回水池構(gòu)成一個(gè)循環(huán)。然后根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)需求，由供水泵把55熱水分別供到溫純水及洗凈池。熱水到溫純水池時(shí)，通過(guò)恒溫閥調(diào)至現(xiàn)場(chǎng)需求水溫供水。當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)開機(jī)前或生產(chǎn)暫時(shí)停機(jī)水池水溫降時(shí)，回水泵自動(dòng)開啟把水池的水抽回蓄水池，同時(shí)熱水補(bǔ)水管給水池補(bǔ)水，保證任何時(shí)候水池溫度都能達(dá)到現(xiàn)場(chǎng)需求；1#洗凈池水不能循環(huán)利用，補(bǔ)水直接通過(guò)恒溫閥調(diào)至現(xiàn)場(chǎng)需求水溫供水，2#洗凈池水溫可以通過(guò)一個(gè)盤管熱交換來(lái)實(shí)現(xiàn)，1#洗凈池水排到2#洗凈池時(shí)，可以通過(guò)一個(gè)盤管熱交換來(lái)實(shí)現(xiàn)需求溫度，當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)開機(jī)前或生產(chǎn)暫時(shí)停機(jī)水水池水溫降時(shí)，電磁閥自動(dòng)開啟把水池的水排出，同時(shí)熱水補(bǔ)水管給水池補(bǔ)水，保證任何時(shí)候水池溫度都能達(dá)到現(xiàn)場(chǎng)需求；3#洗凈池雖然使用溫度比較高，但其用水量很少，沒(méi)有必要把系統(tǒng)整體熱水生產(chǎn)到60（這樣非常浪費(fèi)耗能，并且對(duì)主機(jī)等設(shè)備更無(wú)利），只要提供55熱水，然后根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)需求增加十幾千瓦的輔助電加熱就可以了。若開機(jī)前可以通過(guò)控制排出冷水，直接補(bǔ)充熱水。系統(tǒng)原理圖如下 ：圖23.3 設(shè)備選型水源熱泵選型依據(jù)按照最不利工況，如下：供熱水溫度：55度；回水溫度：50度；最高負(fù)荷熱量：1400 kW蒸發(fā)器進(jìn)水溫度：12度；蒸發(fā)器出水溫度：7度。4 運(yùn)行控制策略為實(shí)現(xiàn)工程設(shè)施管理的現(xiàn)代化，和最佳的節(jié)能需求，根據(jù)所提供之圖紙需求，自控系統(tǒng)管理系統(tǒng)應(yīng)具有技術(shù)先進(jìn)、性能穩(wěn)定、安全可靠等特點(diǎn)，并且操作簡(jiǎn)單、維護(hù)方便、擴(kuò)展靈活，以滿足項(xiàng)目運(yùn)營(yíng)、管理的需要。由于系統(tǒng)是制熱同時(shí)提供冷量，因此系統(tǒng)運(yùn)行在常規(guī)熱泵模式下，就可以滿足要求?？刂普f(shuō)明：l 根據(jù)冷凍水供、回水壓差控制旁通閥，使壓差達(dá)到設(shè)定值，保證供回水壓差穩(wěn)定。l 當(dāng)一臺(tái)水泵發(fā)生故障時(shí)，備用泵及機(jī)組會(huì)自動(dòng)投入運(yùn)行；l 累計(jì)設(shè)備運(yùn)行時(shí)間，按照運(yùn)行時(shí)間均等機(jī)制交替啟停機(jī)組，使各臺(tái)機(jī)組平均運(yùn)行時(shí)間相等，從而延長(zhǎng)了機(jī)組設(shè)備的使用壽命。根據(jù)預(yù)先編排的時(shí)間表，按“遲開機(jī)早關(guān)機(jī)”原則控制冷凍機(jī)組的啟停以達(dá)到節(jié)能的目的；l 各聯(lián)動(dòng)設(shè)備的啟停程序包括一個(gè)可調(diào)整的延遲時(shí)間功能，以配合系統(tǒng)內(nèi)各裝置的特性；l 冷凍水泵控制滿足熱泵主機(jī)最小水流量要求。冷讀取熱泵主機(jī)內(nèi)部參數(shù)，根據(jù)最佳主機(jī)效能比，對(duì)冷凍水出水溫度進(jìn)行再設(shè)定。l 系統(tǒng)中各設(shè)備及附件的啟停設(shè)置電氣聯(lián)鎖控制時(shí)的順序是：系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)，電動(dòng)水閥、冷水泵先于冷水機(jī)組啟動(dòng)，冷水機(jī)組在冷水水流得以證實(shí)后起機(jī)。系統(tǒng)停機(jī)時(shí)上述順序相反。.生產(chǎn)的熱水通過(guò)水泵及各控制閥來(lái)調(diào)節(jié)現(xiàn)場(chǎng)需求溫度。本工程供水系統(tǒng)設(shè)計(jì)配備2臺(tái)供水泵。4臺(tái)回水泵?？刂普f(shuō)明：通過(guò)安裝在制冷機(jī)房?jī)?nèi)的直接數(shù)字式控制器現(xiàn)場(chǎng)控制盤CP按內(nèi)部預(yù)先編寫的軟件程序來(lái)進(jìn)行供水系統(tǒng)相關(guān)設(shè)備的群控：l 根據(jù)供、回水壓差控制，調(diào)節(jié)供水泵的頻率，節(jié)約供水泵的能量。l 監(jiān)控恒溫閥及水池的溫度參數(shù)。l 累計(jì)設(shè)備運(yùn)行時(shí)間，按照運(yùn)行時(shí)間均等機(jī)制交替啟停機(jī)組，使各臺(tái)機(jī)組平均運(yùn)行時(shí)間相等，從而延長(zhǎng)了機(jī)組設(shè)備的使用壽命。根據(jù)預(yù)先編排的時(shí)間表，按“遲開機(jī)早關(guān)機(jī)”原則控制冷凍機(jī)組的啟停以達(dá)到節(jié)能的目的；l 當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)開機(jī)前或生產(chǎn)暫時(shí)停機(jī)水水池水溫降時(shí)，回水泵自動(dòng)開啟把水池的水抽回蓄水池，同時(shí)熱水補(bǔ)水管閥門打開。l PM開機(jī)前可以通過(guò)控制打開排出冷水，同時(shí)打開補(bǔ)充熱水。l 根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)需求控制輔助加熱器。5 投資估算具估算本案投資約2427000元。現(xiàn)場(chǎng)開機(jī)每天24小時(shí)運(yùn)行，電費(fèi)按0.62計(jì)，需求熱負(fù)荷1545KW，熱泵等設(shè)備功率約300KW。熱泵提供的制冷量（784+440）=1224KW=350RT，制冷機(jī)組COP取5.2則1224/5.2=235KW?；厥掌冢?427000/（0.62*（1545+235 -306-171）