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1.工程概况及要求
该工程位于北京市大兴区。天普新能源负责第五中学学生宿舍的热水系统工程。该中学宿舍为钢筋混凝土框结构，地上五层，建筑高度19.80m。计划容纳1080名学生居住。
经过技术人员的现场勘查，结合第五中学学生宿舍的作息制度及生活制度等实际情况：每人每两天洗浴一次，即每天洗浴人数按600人考虑，每人每天热水用水定额按50L 设计，浴室每日定时开放2h。设计生活热水最高日用水量为Qd ＝30m ³/d，最大时用水量Qh ＝15m ³/h。考虑到学生洗浴情况，热水供水温度设计为60℃，最低不得低于45℃。在考察了解过程中，分别对太阳能、空气源热泵、地源热泵、燃气锅炉、电锅炉等多种供暖形式进行了对比分析，结合投入、后期运行、配套设备要求、电负荷、后期
维护及坐落位置等方面综合考虑，最终采用太阳能结合空气源热泵的供暖方案，相关设备和技术指标要求也符合环保部新能源政策规定和建设要求。该系统利用太阳能集热器吸收太阳热量，将集热器中的水加热，通过循环送到集热水箱中；当太阳能不足时采用空气源热泵及电加热的方式进行辅助加热，系统在检测到入水热水温度低于设定温度时，辅助加热系统启动，加热保温水箱中的水，确保热水出水温度保持在 60℃左右。
2.当地气候条件与环境
北京市大兴区位于北京市南部，东经116°，北纬
39°。全境属永定河冲积平原，地势自西向东南缓倾，大部分地区海拔14～52米之间，属暖温带半湿润大陆季风气候。大兴四季分明，太阳能系统可以全年运行，年平均气温为11.5℃；年太阳总辐照量为17.22MJ/（㎡·d）。年平均日日照小时数为7.5h/d。
3.系统设计计算及设备选型
直接加热系统面积计算：
Ac=  JTηcd(1-ηL)      式中：Ac——直接系统集热器总面积，㎡；Qw——日均用水量，取30000kg；
Cw——水的定压比热容，4.187KJ/（kg •℃）；ρr——水的密度，kg/L ；
JT——当地集热器采光面上的年平均日太阳辐照量，KJ/（㎡·d），取17220KJ/（㎡·d）；
f——太阳能保证率，取50％ ；
ηcd——集热器的年平均集热效率，根据产品性能确定，取50% ；
ηL——贮水箱和管路的热损失率，取0.20；tend——贮水箱内水的设计温度，℃ ；ti——冷水计算温度，℃。计算得出=451.35㎡；
考虑到预留情况及屋面集热器场地布置情况，采用了天普新能源TP471660型联集管集热器共70块，单块集热面积为6.62㎡，合计463.4㎡。
在辅助能源的选择上，经过多种加热方式的对比，技术人员最终选择空气源热为辅助能源。热泵是一种公认的新型节能设备，利用卡诺循环原理来实现制冷、制热的目的，通过压缩机做功，把空气和土壤中的低品位热能高品位热能，耗少量的电能获得高出几倍的热能，这就是热泵节能的原因，并且零排放，零污染，十分的环保，并且具有以下几大优点：
（1）空气源热泵系统冷热源合一，不需要设专门的冷冻机房、锅炉房，机组可任意放置屋顶或地面，不占用建筑的有效使用面积，施工安装十分简便。
（2）空气源热泵系统无冷却水系统，无冷却水消耗，也无冷却水系统动力消耗。另外，冷却水污染形成的军团菌感染的病例已有不少报道，从安全卫生的角度，考虑空
大兴区第五中学宿舍太阳能热水工程案例分析
天普新能源科技有限公司  技术部
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2019年02
月
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气源热泵也具有明显的优势。
（3）空气源热泵系统由于无需锅炉、无需相应的锅炉燃料供应系统、除尘系统和烟气排放系统，系统安全可靠、对环境无污染。
（4）空气源热泵冷（热）水机组采用模块化设计，不必设置备用机组，运行过程中电脑自动控制，调节机组的运行状态，使输出功率与工作环境相适应。
空气源热泵运行原理图
通过常规能源与空气源热泵能效对比，空气源热泵的年运行费用仅为电加热设备年运行费用的1/3。
辅助能源功率计算：——日耗热量，kW ；
——设计日热水量，L/d。取30000L
——水的定压比热容，4.187kJ/（kg·℃）；——水的密度，1kg/L ；
——贮水箱内水的设计温度，℃，取40℃；——冷水计算温度，℃，取15℃。
计算得辅助能源功率需要=36.35kW；
考虑到功率预留情况，采用了天普新能源DKXRS-50(20P)型空气源热泵3台，单台功率为14.7kW，电功率合计44.1kW，制热功率合计157.2kW。4小时左右即可加热当天学生所需用水。
产品示意图：
联集管集热器                空气源热泵
4.
太阳能系统安装示意图及运行原理
太阳能系统及辅助能源安装示意图
太阳能系统及辅助能源运行原理图
太阳能系统运行说明：（1）自动补水：
a.定水位补水：当储热水箱水位H1低于设定水位时，电磁阀F3打开，进行供水，当储热水箱水位H1达到设定水位时，电磁阀F3打开关闭；
b.温控补水：当供热水箱温度T7-T2＜5℃时，开启循环泵P3，将储热水箱内热水循环到供热水箱，当供热水箱温度T7-T2＞5℃时，关闭循环泵P3。
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（2）集热温差循环：当集热器温度T1-T3温差≥ 5℃时，集热循环泵P1启动，将集热器中热水打进水箱中，当两者温差≤2℃时，循环泵P1停止；
（3）水箱间循环：当储热水箱水位H1≥1且当供热水箱水位H2≥1，若水箱温度T7-T8≥10℃，且供热水箱水温低于设置温度时，循环泵P3启动，温差≤5℃或供热水箱温度T7达到设定温度时，循环泵P3关闭；
（4）防冻循环：冬季当集热管路中T3＜5℃时，集热循环泵P1开启进行循环，将水箱内热水打进集热器；当集热器管道温度T2升高至 10℃时，系统控制关闭循环泵，以防止循环管路冻堵（冬季使用），冬季当集热管路中T3＜3℃时，电伴热带开启，以防止循环管路冻堵（冬季使用）；
（5）高温断续循环：当集热器温度T1≥90℃，且T1-T2≤10℃时，集热循环泵P1每循环20分钟，停10分钟（防空晒炸管）；
（6）定时定温管道循环：当室内管道温度T4-T6＜10℃时，增压泵P2，电磁F2打开，将供热管道中的冷水打入水箱，水箱中的热水进入管道，当管道温度T6达到设定温度时，增压泵P2，电磁F2关闭，供热管道循环停止。
（7）辅助能源加热：当T1，T2温度均＜50℃时，空气源热泵开启，循环泵P4开始循环加热供热水箱中的水，当T7达到设定值时，空气源热泵关闭，循环泵P4停止循环。
5.太阳能系统+空气源热泵系统应用总结
太阳能系统：
（1）应用场合多：太阳能热水工程应用广泛，从一般家庭、小单位到大企业、大集团；几十人、几百人甚至
上千人的洗浴都可应用。
（2）适用范围广。根据不同地域及所处纬度选择合适倾角的集热器；根据屋面结构选择不同类别的集热器；根据不同气候配置不同真空集热管。
（3）选择类型多：单机串并联热水工程从经济型到豪华型；联集管集热模块热水工程从自然循环到温差循环；家用太阳热水工程从普通型到别墅型。
（4）经济实用：集热部件采用国际领先的干涉膜技术，集热性能更强，性价比更高。生产制造选用先进的进口设备及科学的管理体系，保证工程产品品质的精良，达到工程项目较高的使用性能。一次性投资，长期受益; 一般三年左右可收回投资，相当于节能使用十二年以上，投资回报率高。
（5）环保节能：无公害，无污染，有利于房顶防晒； 90%节电，是绿色环保节能的首选。
6.太阳能与热泵相结合的热水系统
（1）大规模的集中热水系统，将太阳能与空气源热泵联合，能实现在充分利用太阳能的前提下，空气源热泵作为辅助加热，使太阳能与空气源热泵优化组合，保证一年365天每天都能产生足够的热水，其耗能远小于常规太阳能热水系统的运行费用指标。
（2）将空气源热泵热水系统引入到太阳能中央热水系统的应用，解决了太阳能辅助能源问题，并将两者的优势同时发挥，实现了热水系统最节能、最合理的结合运用。
（3）太阳能系统与热泵系统既是相对独立又是联合的系统。根据需要，它们既能分别单独满足使用要求，又
能联合满足使用要求。
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