加油加气站太阳能采暖制冷热水三位一体应用案例
发布时间：2014/9/26(浏览2304次)
加油加气站太阳能采暖制冷热水三位一体应用案例
摘要：本文介绍了于2014年元月设计施工完成的中石化山东无棣加油加气站500m2办公与生活区建筑节能工程。该工程7月份进行了竣工验收。作为典型的多能源复合系统技术：真空管太阳能集热器、低温型空气源双作用机组、冷热能量储存等，形成以太阳能为主的多能源互补系统；实现了建筑在冬季采暖、夏季制冷、全年供应饮用水以及其他生活用热水的节能目的。得到了用户、业内以及专家的认可和高度评价。通过工程的实施，积累了许多宝贵的经验；为同行业或者类似行业实施节能减排提供参考依据，具有典型的样板和示范作用。
关键词：建筑节能，多能源复合互补集成，建筑采暖制冷热水相结合
1概述
图1 工程现场图
中石化山东无棣第四加油加气站，位于山东滨州市无棣县境内，北纬37.3°、东经118°，地处黄河下游、鲁北平原、黄河三角洲腹地，是山东省的北大门。它位于京津冀都市圈与山东半岛的结合部，是环渤海地区的重要组成部分、济南省会城市群最近的出海通道。站房包括办公区与生活区建筑约计500m2，二层布局，钢筋混凝土结构，新型节能建筑。新建建筑功能主要有公共大厅，收费处、餐厅、会议室、办公室、员工寝室、卫生间、饮水间等。表1给出了该站点的建筑能耗统计数据表
由于加油站对消防要求的特殊性，以及站点在交通网中的特殊位置；使得他们基本都远离城市供热管网。建筑采暖制冷以及生活用热水；占居了很大的能耗；再加上新增“24小时免费供应饮水”的服务项目；使的各个站点的运营成本在逐步增加。为此，中石化提出了“蓝天碧水”计划，决定对其站点实施能源结构改造，加强节能减排。
2设计原始参数、目标参数
3主要设备配置
下表给出的是该项目工程的主要设备配置一览表。
4总体规划设计
1.利用建筑屋顶安装真空管太阳能集热器阵列。采用平铺串流连接；循环管路与汇流连箱采用隐蔽式兼容。
2.在站房南侧、配电房东侧，新建钢结构设备房一处，面积约计24m2。主要用来放置储热水箱、储冷水箱、水泵设备、配电设备、备品配件等。
3.暖通主管路沿建筑外墙辐射，钢架固定，外加PVC防护，聚氨酯发泡保温。
4.所有室外线管均采用防暴处理，楼面不得有电器以及线缆。
5.一层西侧前室、二层西侧过道端头，各设置饮水机一台。厨房设置开水器一台，二层卫生间设男女洗浴间。6.管路、线管按照国家建筑给排水要求敷设。7.建筑载荷需要经过设计部门确认，金属物与建筑避雷设施连接。太阳能支架与建筑锚固。
5部分设备安装大样
以下给出的是部分设备安装做法大样图，仅供读者参考。
6项目实施要点
6.1 集热器模块水平布置
如图1所示，真空管集热器模块采用水平式布置，使用口径较大的连接管串联后，连箱兼做循环管路；与常用的倾斜式串并联模式相比较，减少循环管路，减少循环热损失。而且较短的部分管路，都处于集热器热量的有效传热覆盖距离之内，具有较好的抗冻性能。
同时，对于以采暖为主的热工质非消耗太阳能集热系统，尤其是直接集热换热系统。整个太阳能阵列，可以看作是一个储热系统；既适合于温差循环换热储热，也适合于定温循环直接向末端供热；使得真空管内的“残存”热量得到充分利用，有利于用热末端获得较多的热量。
另外，该工程大量设备安装于地面设备房内；屋面采用集热器水平安装后，使的立向管路能够实现可靠的“排空拍回”进行防冻。
6.2远距离多点供热的处理方法
采用“集中集热分散式”供热时，经常遇到的情况是，用水点过于分散，而且没有一定的分布规律。该项目中，由于建筑功能内室的分布位置分散，例如多个饮水机分布在建筑的东西两端，以及不同楼层。
常规的供热方法势必造成供热距离加大，造成损耗较大，而且不适合于“即热即用”的原则。即使采用双管路供热也不能确保多点在24小时内连续的稳定热源。因此，该方案在采用真空管“平铺”的基础上，实施了“集中集热多点换热供热”的方式，予以解决。优化后串接在系统中的储热水箱，在形式上可以看作是一个不安装太阳能真空管的“大联箱”。它既可以适用于强迫循环集热，也适合于静止导热集热。
因此，在非采暖季节，当循环泵停止运行后，串接在系统中的储热水箱；承担了较大的储热量，且温度较高。能够长时间连续供应高品质的生活用热水。另外、通过换热后供出的热水，实现了“即用即热”，保证了水质卫生。
该方法布置详见
图7所示
6.3 能源方式与投入条件
参考图3结构与工作原理图项目选取了两个10t储能箱作为缓冲延时室内空气调节所需能量指标。并考虑到太阳能的离散性、间歇性的不利因素，以及空气源具有全天候工作的特点，并且结合昼夜温差的环境温度特性。优化后的运行方式，具有明显的节能效果。以下简述能源运行方式与投入条件。
1.太阳能的温差集热与定温输出
温差集热循环：当太阳能集热器温度大于储热箱温度一定温度时，循环泵自动启动，启动温差一般设定在5℃左右。
2. 采暖期内空气源制热投入
当储热水箱温度低于45℃时，空气源机组投入运行；48℃时停止。
3.夏季制冷空气源投入
夏季时节，设定日落后一定时间内，如果水箱温度＞12℃；空气源启动制冷，达到12℃时停止。
其目的是利用夜间环境温度较低，空气源的COP相对较高，来制取一定的低温水，实施冷能储存，白天使用。其他时间内，当水箱温度高于18℃时，空气源启动制冷，达到16℃时停止。
4.备用电加热投入
特殊天气时，当水箱温度低于40℃时，备用电加热投入，保证可靠供暖。
5.室内风机盘管换热
基于室内采暖、制冷的双向温度调节需求；本项目选取了以水为“工质”的风机盘管式换热器，作为室内换热部件；也就是通常所说的“水空调”。
选取“水空调”的有利因素是考虑建筑不同地点的用能时间差异，以及它的“快速”效应。比如会议室是一个不常用的地点，但是，它在需要时，就需要室内温度快速达到要求。尤其是冬季，由于储能箱的作用；它比常规空调的制热速度还要快。制冷时亦是如此。
7效益分析
表5 中部分数据依据来源与实际检测以及理论推算。
由表5可以看出；尽管太阳能全年收益热量较大；但在冬季收益约只占到全年的14%。太阳能的采暖贡献率约占到61%。
8结论
中石化山东无棣第四加油加气站“太阳能复合能源采暖制冷生活热水一体化应用”项目工程，具有以下几个突出特点：
1.根据用户地理环境、用能需求等诸多因素综合考虑，科学合理地选取了多个能源方式；优化了系统结构组合形式；并且与建筑结构、消防要求等融为一体；运行安全可靠；投资效果更加突出。
2.采用了以水为工质的储能、输送方式，并结合室内快速换热器；实现了全天候稳定、连续的输出高品质用能。具有良好的“静音”效果。避免了常用空调带来噪声污染；使得生活工作环境更加舒适。
3.在能源控制方面，夏季采用了“反时段”储能，使得空气源在夜间相对较高的COP 值工况下运行；更加节能。
4.太阳能集热器采用水平布置后，具有强迫循环集热与静止导热集热双重功能。并合理解决了集中集热多点分散远程供热带了的损耗较大等诸多缺点。同时采用“排空拍回”进一步提高了防冻性能，并且局部管路实现了“零能耗防冻”。
因此，通过工程的实施，积累了许多宝贵的经验；为同行业或者类似行业实施节能减排提供参考依据，具有典型的样板和示范作用！
