《热泵市场》杂志
本工程位于重庆市,为蔬菜生产(主要生产豆芽产品)工艺用水恒温项目。根据客户提供的信息可知,需为蔬菜培育提供恒温用水,在夏季需把自来水降温至20℃-21℃提供给蔬菜生产;在冬季则需把水温升至20℃-21℃。蔬菜培育生产用水为每小时用水200T,每天总用水量为4800m3。
1、设计依据
《建筑给水排水设计手册》/《建筑给水排水设计规范》(GB50015—2003)/《建筑给水排水和热水供应设计规范》/《给水排水国家建筑标准设计图集》/《商业或工业用及类似用途的热泵热水机》(GB/T 21362-2008)/《热泵热水系统选用与安装》(06SS127)/《热泵产品样本及说明书》/《热泵智能环境模拟实验室的运行数据》/客户提供的数据
2、气象参数
重庆气候温和,属亚热带季风性湿润气候,是宜居城市,年平均气候在18℃左右,冬季最低气温平均在6-8℃,夏季炎热,七月每日最高气温均在35度以上。极端气温最高43℃,最低-2℃,日照总时数1000-1200小时,冬暖夏热,无霜期长、雨量充沛、常年降雨量1000-1450毫米,春夏之交夜雨尤甚,因此有“巴山夜雨”之说,有山水园林之风光。重庆多雾,素有“雾都(雾重庆)”之称。
冬季
大气压力
991.2
平均风速
1.2
相对湿度
82
干球温度
采暖
4
通风
7
空调
2
夏季
大气压力
973.2
平均风速
1.4
相对湿度
75
干球温度
空调
36.5
通风
33
空调平均
32.5
湿球温度
空调
27.3
3、设计参数
①冬季工况:考虑冬季最不利工况:每小时温升为12℃(不考虑水池散热)
②夏季工况:考虑夏季最不利工况:冷水计算温度:26℃;水池供水设计温度:21℃(不考虑水池散热)
③水的比热:C=4.187KJ/kg.℃=1kcal/kg。
设计生产用水水量:蔬菜生产用水全天设计总用水量为4800m3,每小时设计用水量为200 m³。
4、设计计算
4.1 冬季耗热量计算
4.1.1每天耗热量计算公式:
蔬菜培育每天所需4800T生产用水,4800T冷水温升12℃的日耗热量按公式6-1计算得:70325.6kW。以机组每天工作时间为20小时计,则空气源热泵机组设计小时耗热量为3516.3kW。
4.2 夏季耗冷量计算
4.2.1每天耗冷量计算公式
4800T蔬菜培育生产用水,4800T冷水温降5℃的日耗冷量按公式6-2计算得:29302.3kW。以机组每天工作时间为20小时计,则空气源热泵机组设计小时所需供冷量为1465kW。
5、设备选型
5.1主机选型
综合上述计算可知,本项目冬季耗热量大于夏季耗冷量则根据经验初定选用20台DKFXRS-190Ⅱ11模块式风冷冷热水机组。
参照最不利环境工况实验检测工况:环境温度为-2℃,进水温度为9℃,出水温度为21℃时,单台热泵机组制热量约为180KW。
那么初定热泵数量的总制热量为:180KW×20台=3600kW/h>3516.3kW/h(热泵机组设计小时供热量),那么,初定20台DKFXRS-190Ⅱ11型热泵机组基本满足本项目全年热水制备需求。
由上述计算可知,20台热泵机组在冬季全开状态下每小时可制取的热水量为:M(热水量)=20×180KW×860kcal/12℃=258T。因此能够满足每小时200T生产用水需求。
校核夏季制冷工况:由上述计算可知,夏季空气源热泵机组设计小时所需供冷量为1465KW。
参照实验检测工况:平均环境温度为28℃,进水温度为26℃,出水温度为21℃时,单台DKFXRS-190Ⅱ11热泵机组制冷量约为150KW。则在夏季只需开启10台热泵机组即可满足生产恒温用水需求。
5.2系统运行方式
1)20台DKFXRS-190Ⅱ11模块式风冷冷热水机组组成5个模块(每个模块4台机组)与原有水池连接循环加热;(水池需保证保温)
2)系统初始运行时,手动补水至水箱溢流水位后,停止补水转由系统自动控制。
3)水池冷水补水根据水池液位和水池水温控制,当水池低液位信号和水池内部高温信号同时送至补水电磁阀时,补水电磁阀打开进行补水;当高液位信号和水池内部温度开关低温信号任一送至电磁阀时,补水电磁阀关闭停止补水。水池液位、温度的设定可根据用水实际情况调整。
4)热泵的启停受水池温度或时间控制,也可以手动控制。在夏季手动切换为制冷模式:当水池温度低于设定温度时,热泵机组停止制冷;当水池温度高于设定温度时,热泵机组启动进行制冷。
5)在冬季及春秋季节手动切换为制热模式:当水池温度低于设定温度时,热泵机组启动进行加热;当水池温度高于设定温度时,热泵机组停止制热。
6、运行费用分析
6.1计算前提
季节
天数
平均温度
平均水温
需求
日耗热量
机组COP
春秋季
183天
17℃
15℃
冷水加热到21℃
30240000kcal
4
夏季
92天
28℃
26℃
水降温到21℃
25200000kcal
4.52
冬季
90天
7℃
9℃
9℃冷水加热到21℃
60480000kcal
3.5
注:平均电价0.55元/kWh,电热值860kcal/kWh,热效率95%;
6.2空气源热泵系统运行费用
①春秋季:30240000kcal÷860÷4×0.55×183=884783.72元
②夏季:25200000 kcal÷860÷4.52×0.55×92=328030.46元
③冬季:60480000 kcal÷860÷3.5×0.55×90=994604.65元
④本项目全年运行费用:1286958+477135.2+1085023=285万元
从上述计算可知,本系统平均每吨用水加热运营费用为:(884783.72元+994604.65元)÷(183+90)÷4800T=1.43元。本系统平均每吨用水制冷运营费用为:328030.46元÷92÷4800T=0.74元
6.3空气源热泵系统用电量计算
①春秋季:30240000 kcal÷860÷4×183=1608697.5KW.h
②夏季:25200000 kcal÷860÷4.52×92=596419KW.h
③冬季:60480000 kcal÷860÷3.5×90=1808372KW.h
④本项目平均每天用电量为:(1608697.5+596419+1808372)÷365=10996KW.h
7、总结
在蔬菜生产工艺中,蔬菜的成长发育对温度的反应最为敏感,每种蔬菜生长发育对温度都有一定的要求,在最适温度范围内,蔬菜植物同化作用旺盛,植株生长良好,能获得较高的产量。该案例中的蔬菜公司主要生产豆芽产品,豆芽生产工艺重要步骤就是需要在适宜的温度下浸泡,水温的控制是很重要的。
在豆芽生产中采用空气源热泵可以实现一年四季全天候运行,管理方便、安全可靠、不占用室内空间、不需设机房专职人员,系统运行过程中无任何安全隐患,绝对安全环保,使用寿命可长达15年以上,设备性能稳定,可节省每年的人工费、年检费用、燃料采购等间接费用,只要少量电能即可产生大量热量,且不产生任何污染,体现绿色、节能、环保的意识和理念。
除了蔬菜生产,在果蔬脱水、烟草烘干、农产品烘干等领域空气源热泵也能胜任。空气源热泵在农业领域应用市场是潜力无限的,相信在不久的将来,绿色节能生产理念能深入人心,让空气源热泵引爆一次绿色生产改革浪潮!
版权:感谢江苏天舒提供工程方案,方案的设备和工程技术也为该公司所有。
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