No campo das bombas de calor ar-água e da engenharia de unidades de aquecimento de água, a Hien, a "grande empresa", consolidou-se na indústria com sua própria força e desempenho, realizando um trabalho de excelência com praticidade e impulsionando o desenvolvimento de bombas de calor ar-água e aquecedores de água. A prova mais contundente disso é que os projetos de engenharia ar-água da Hien conquistaram o "Prêmio de Melhor Aplicação em Bomba de Calor e Complementação Multienergética" por três anos consecutivos nos encontros anuais da Indústria Chinesa de Bombas de Calor.
Em 2020, o projeto BOT (Build-Operate-Transfer) de economia de energia para aquecimento de água residencial da Hien, no dormitório Fase II da Universidade de Taizhou, em Jiangsu, ganhou o "Prêmio de Melhor Aplicação de Bomba de Calor Ar-Água e Complementação Multienergética".
Em 2021, o projeto de Hien para um sistema de água quente complementar multienergético, que utiliza ar-condicionado, energia solar e recuperação de calor residual, no banheiro Runjiangyuan da Universidade de Jiangsu, ganhou o "Prêmio de Melhor Aplicação de Bomba de Calor e Complementação Multienergética".
Em 27 de julho de 2022, o projeto de sistema de água quente sanitária de Hien, "Geração de Energia Solar + Armazenamento de Energia + Bomba de Calor", da Rede de Microenergia no campus oeste da Universidade de Liaocheng, na província de Shandong, ganhou o "Prêmio de Melhor Aplicação de Bomba de Calor e Complementação Multienergética" na sétima edição do concurso de projeto de aplicação de sistemas de bomba de calor da "Copa de Economia de Energia" de 2022.
Estamos aqui para analisar de perto, sob uma perspectiva profissional, o mais recente projeto premiado da Universidade de Liaocheng: o sistema de aquecimento de água doméstico "Geração de Energia Solar + Armazenamento de Energia + Bomba de Calor".
1. Ideias de Projeto Técnico
O projeto introduz o conceito de serviço energético abrangente, partindo do estabelecimento de um fornecimento multienergético e da operação de uma microrrede de energia, e conecta o fornecimento de energia (rede elétrica), a produção de energia (energia solar), o armazenamento de energia (redução de picos de demanda), a distribuição de energia e o consumo de energia (aquecimento por bomba de calor, bombas d'água, etc.) em uma microrrede de energia. O sistema de água quente foi projetado com o objetivo principal de melhorar o conforto dos estudantes no uso do calor. Ele combina design de economia de energia, design de estabilidade e design de conforto, de forma a alcançar o menor consumo de energia, o melhor desempenho estável e o máximo conforto no uso da água pelos estudantes. O projeto deste esquema destaca principalmente as seguintes características:
Projeto de sistema exclusivo. O projeto introduz o conceito de serviço energético abrangente e constrói um sistema de aquecimento de água em micro-rede energética, com alimentação externa + geração de energia (energia solar) + armazenamento de energia (baterias) + aquecimento por bomba de calor. Implementa fornecimento de múltiplas fontes de energia, fornecimento de energia para redução de picos de demanda e geração de calor com a melhor eficiência energética.
Foram projetados e instalados 120 módulos de células solares. A capacidade instalada é de 51,6 kW, e a energia elétrica gerada é transmitida para o sistema de distribuição de energia no telhado do banheiro para geração de energia conectada à rede.
Um sistema de armazenamento de energia de 200 kW foi projetado e instalado. O modo de operação é o de fornecimento de energia para redução de pico, utilizando a energia disponível nos períodos de menor demanda. Isso permite que as unidades de bomba de calor funcionem durante os períodos de alta temperatura, melhorando assim a eficiência energética e reduzindo o consumo de energia. O sistema de armazenamento de energia está conectado à rede elétrica para operação em modo conectado à rede e redução automática de picos de demanda.
Design modular. O uso de uma construção expansível aumenta a flexibilidade de ampliação. No projeto do aquecedor de água ar-água, adota-se um design com interfaces reservadas. Quando a capacidade do equipamento de aquecimento for insuficiente, ele pode ser expandido de forma modular.
A ideia de projeto do sistema, que separa o aquecimento do fornecimento de água quente, torna o fornecimento de água quente mais estável e resolve o problema de alternância entre água quente e fria. O sistema é projetado e instalado com três reservatórios de água quente para aquecimento e um reservatório para água quente para distribuição. O reservatório de água quente para aquecimento é acionado e operado de acordo com o tempo programado. Após atingir a temperatura de aquecimento, a água é transferida para o reservatório de água quente para distribuição por gravidade. O reservatório de água quente para distribuição fornece água quente para o banheiro. Este reservatório fornece apenas água quente, sem aquecimento prévio, garantindo o equilíbrio da temperatura da água quente. Quando a temperatura da água quente no reservatório de água quente para distribuição fica abaixo da temperatura de aquecimento, a unidade termostática entra em operação, garantindo a temperatura da água quente.
O controle de tensão constante do conversor de frequência é combinado com o controle temporizado da circulação de água quente. Quando a temperatura da tubulação de água quente estiver abaixo de 46 °C, a temperatura da água quente na tubulação será automaticamente elevada pela circulação. Quando a temperatura estiver acima de 50 °C, a circulação será interrompida para que a água entre no módulo de fornecimento de água sob pressão constante, garantindo o consumo mínimo de energia da bomba de aquecimento de água. As principais especificações técnicas são as seguintes:
Temperatura da água na saída do sistema de aquecimento: 55℃
Temperatura do reservatório de água isolado: 52℃
Temperatura da água de abastecimento terminal: ≥45℃
Tempo de fornecimento de água: 12 horas
Capacidade de aquecimento projetada: 12.000 pessoas/dia, capacidade de abastecimento de água de 40 litros por pessoa, capacidade total de aquecimento de 300 toneladas/dia.
Capacidade instalada de energia solar: mais de 50 kW
Capacidade instalada de armazenamento de energia: 200 kW
2. Composição do Projeto
O sistema de aquecimento de água em micro-rede energética é composto por sistema de fornecimento de energia externa, sistema de armazenamento de energia, sistema de energia solar, sistema de aquecimento de água por fonte de ar, sistema de aquecimento com temperatura e pressão constantes, sistema de controle automático, etc.
Sistema externo de fornecimento de energia. A subestação no campus oeste está conectada à rede elétrica estadual como fonte de energia de reserva.
Sistema de energia solar. É composto por módulos solares, sistema de captação CC, inversor, sistema de controle CA, entre outros. Implementa geração de energia conectada à rede e regula o consumo de energia.
Sistema de armazenamento de energia. Sua principal função é armazenar energia durante os períodos de baixa demanda e fornecer energia nos períodos de pico.
Principais funções de um sistema de aquecimento de água por bomba de calor ar-água. O aquecedor de água ar-água é utilizado para aquecimento e elevação da temperatura, fornecendo água quente sanitária aos estudantes.
Principais funções do sistema de fornecimento de água com temperatura e pressão constantes. Fornece água quente a 45~50 ℃ para o banheiro e ajusta automaticamente o fluxo de água de acordo com o número de banhistas e o consumo de água, para obter um fluxo uniforme.
Principais funções do sistema de controle automático. O sistema de controle de alimentação externa, o sistema de aquecimento de água por bomba de calor ar-água, o sistema de controle de geração de energia solar, o sistema de controle de armazenamento de energia, o sistema de temperatura constante e fornecimento constante de água, etc., são utilizados para controle automático de operação e controle de pico de demanda em microredes de energia, garantindo a operação coordenada do sistema, controle de interligação e monitoramento remoto.
3. Efeito da Implementação
Economize energia e dinheiro. Após a implementação deste projeto, o sistema de aquecimento de água em microescala apresentou um notável efeito de economia de energia. A geração anual de energia solar foi de 79.100 kWh, o armazenamento anual de energia foi de 109.500 kWh, a bomba de calor ar-água economizou 405.000 kWh, a economia anual de eletricidade foi de 593.600 kWh, a economia de carvão padrão foi de 196 toneladas equivalentes de carvão (tce), e a taxa de economia de energia atingiu 34,5%. A economia anual de custos foi de 355.900 yuans.
Proteção ambiental e redução de emissões. Benefícios ambientais: redução de 523,2 toneladas/ano nas emissões de CO2, de 4,8 toneladas/ano nas emissões de SO2 e de 3 toneladas/ano nas emissões de fumaça, representando benefícios ambientais significativos.
Avaliações dos usuários. O sistema tem funcionado de forma estável desde o início da operação. Os sistemas de geração de energia solar e armazenamento de energia apresentam boa eficiência operacional, e o índice de eficiência energética do aquecedor de água ar-água é alto. Em especial, a economia de energia foi significativamente aprimorada após a operação complementar e combinada de múltiplas fontes de energia. Primeiramente, a energia armazenada é utilizada para alimentação elétrica e aquecimento, e em seguida, a energia solar é utilizada para alimentação elétrica e aquecimento. Todas as unidades de bomba de calor operam no período de alta temperatura, das 8h às 17h, o que melhora consideravelmente o índice de eficiência energética das unidades, maximizando a eficiência do aquecimento e minimizando o consumo de energia para aquecimento. Este método de aquecimento eficiente e complementar de múltiplas fontes de energia merece ser popularizado e aplicado.
Data da publicação: 03/01/2023