En el campo de la ingeniería de bombas de calor aerotérmicas y unidades de agua caliente, Hien, el líder del sector, se ha consolidado gracias a su propia solidez y ha realizado un excelente trabajo con un enfoque práctico, impulsando aún más el desarrollo de bombas de calor aerotérmicas y calentadores de agua. La prueba más contundente es que los proyectos de ingeniería aerotérmica de Hien han ganado el premio a la "Mejor Aplicación de Bomba de Calor y Complementación Multienergética" durante tres años consecutivos en las reuniones anuales de la industria china de bombas de calor.
En 2020, el proyecto BOT de Hien para el servicio de ahorro de energía en agua caliente sanitaria de la Fase II de la residencia universitaria de la Universidad de Taizhou, Jiangsu, ganó el premio a la "Mejor aplicación de bomba de calor aerotérmica y complementación multienergética".
En 2021, el proyecto de Hien de un sistema multienergético complementario de agua caliente que utiliza energía aerotérmica, energía solar y recuperación de calor residual en el baño Runjiangyuan de la Universidad de Jiangsu ganó el "Premio a la mejor aplicación de bomba de calor y complementación multienergética".
El 27 de julio de 2022, el proyecto de sistema de agua caliente sanitaria de Hien, "Generación de energía solar + Almacenamiento de energía + Bomba de calor", perteneciente a la Red de Microenergía del campus oeste de la Universidad de Liaocheng en la provincia de Shandong, ganó el premio a la "Mejor aplicación de bomba de calor y complementación multienergética" en el séptimo concurso de diseño de aplicaciones de sistemas de bomba de calor de la "Copa de Ahorro de Energía" de 2022.
Estamos aquí para analizar de cerca, desde una perspectiva profesional, el proyecto más reciente y galardonado de la Universidad de Liaocheng: el sistema doméstico de agua caliente "Generación de energía solar + Almacenamiento de energía + Bomba de calor".
1. Ideas de diseño técnico
El proyecto introduce el concepto de servicio energético integral, partiendo del establecimiento de un suministro de energía múltiple y la operación de una microred energética, y conecta el suministro de energía (suministro de energía de la red), la producción de energía (energía solar), el almacenamiento de energía (reducción de picos de demanda), la distribución de energía y el consumo de energía (calefacción por bomba de calor, bombas de agua, etc.) en una microred energética. El sistema de agua caliente está diseñado con el objetivo principal de mejorar la comodidad de los estudiantes en el uso de la calefacción. Combina un diseño de ahorro de energía, un diseño de estabilidad y un diseño de confort, para lograr el menor consumo de energía, el mejor rendimiento estable y el máximo confort en el uso del agua por parte de los estudiantes. El diseño de este esquema destaca principalmente las siguientes características:
Diseño de sistema único. El proyecto introduce el concepto de servicio energético integral y construye un sistema de agua caliente con microred energética, que combina suministro eléctrico externo, generación de energía (energía solar), almacenamiento de energía (baterías) y calefacción por bomba de calor. Implementa un suministro de energía múltiple, suministro de energía para la reducción de picos de demanda y generación de calor con la máxima eficiencia energética.
Se diseñaron e instalaron 120 módulos de células solares. La capacidad instalada es de 51,6 kW, y la energía eléctrica generada se transmite al sistema de distribución eléctrica en el techo del baño para la generación de energía conectada a la red.
Se diseñó e instaló un sistema de almacenamiento de energía de 200 kW. Su modo de operación es de suministro de energía para cubrir los picos de demanda, utilizando la energía almacenada en los periodos de máxima demanda. Esto permite que las bombas de calor funcionen durante los periodos de altas temperaturas, mejorando así su eficiencia energética y reduciendo el consumo. El sistema de almacenamiento de energía está conectado a la red eléctrica para su funcionamiento conectado a la red y la gestión automática de los picos de demanda.
Diseño modular. El uso de una construcción expandible aumenta la flexibilidad de ampliación. En el diseño del calentador de agua aerotérmico, se adopta un diseño con interfaz reservada. Cuando el equipo de calefacción es insuficiente, se puede ampliar de forma modular.
El diseño del sistema, que separa la calefacción del suministro de agua caliente, permite un suministro de agua más estable y soluciona el problema de la alternancia entre agua caliente y fría. El sistema está diseñado e instalado con tres depósitos de agua caliente y un depósito de agua caliente sanitaria. El depósito de agua caliente se activa y opera según el horario programado. Una vez alcanzada la temperatura de calentamiento, el agua se introduce en el depósito de agua caliente sanitaria por gravedad. Este depósito suministra agua caliente al baño. El depósito de agua caliente sanitaria solo suministra agua caliente sin calentar, garantizando así el equilibrio de la temperatura. Cuando la temperatura del agua caliente en el depósito de agua caliente sanitaria desciende por debajo de la temperatura de calentamiento, la unidad termostática se activa para mantener la temperatura del agua caliente sanitaria.
El control de voltaje constante del convertidor de frecuencia se combina con el control de circulación de agua caliente temporizado. Cuando la temperatura de la tubería de agua caliente es inferior a 46 ℃, la temperatura del agua caliente en la tubería aumenta automáticamente mediante la circulación. Cuando la temperatura supera los 50 ℃, la circulación se detiene para ingresar al módulo de suministro de agua a presión constante, lo que garantiza un consumo mínimo de energía de la bomba de agua caliente. Las principales especificaciones técnicas son las siguientes:
Temperatura de salida del agua del sistema de calefacción: 55℃
Temperatura del tanque de agua aislado: 52℃
Temperatura de suministro de agua en el terminal: ≥45℃
Tiempo de suministro de agua: 12 horas
Capacidad de calefacción de diseño: 12.000 personas/día, capacidad de suministro de agua de 40 litros por persona, capacidad total de calefacción de 300 toneladas/día.
Capacidad instalada de energía solar: más de 50 kW
Capacidad de almacenamiento de energía instalada: 200 kW
2. Composición del proyecto
El sistema de agua caliente de la microred energética se compone de un sistema de suministro de energía externo, un sistema de almacenamiento de energía, un sistema de energía solar, un sistema de agua caliente con bomba de aire, un sistema de calefacción a temperatura y presión constantes, un sistema de control automático, etc.
Sistema de suministro de energía externo. La subestación en el campus oeste está conectada al suministro eléctrico de la red estatal como sistema de energía de respaldo.
Sistema de energía solar. Se compone de módulos solares, sistema de captación de corriente continua (CC), inversor, sistema de control de corriente alterna (CA), etc. Permite la generación de energía conectada a la red y la regulación del consumo energético.
Sistema de almacenamiento de energía. Su función principal es almacenar energía en los momentos de menor demanda y suministrarla en los momentos de mayor demanda.
Funciones principales del sistema de agua caliente sanitaria por bomba de aire. El calentador de agua por bomba de aire se utiliza para calentar y elevar la temperatura, proporcionando así agua caliente sanitaria a los estudiantes.
Funciones principales del sistema de suministro de agua a temperatura y presión constantes: Proporciona agua caliente a 45-50 ℃ para el baño y ajusta automáticamente el caudal de suministro de agua según el número de bañistas y el consumo de agua para lograr un control uniforme del caudal.
Funciones principales del sistema de control automático. El sistema de control de suministro de energía externa, el sistema de agua caliente sanitaria aerotérmica, el sistema de control de generación de energía solar, el sistema de control de almacenamiento de energía, el sistema de temperatura constante y suministro constante de agua, etc., se utilizan para el control de operación automática y el control de reducción de picos de la red de microenergía para garantizar el funcionamiento coordinado del sistema, el control de enlace y la monitorización remota.
3. Efecto de la implementación
Ahorre energía y dinero. Tras la implementación de este proyecto, el sistema de agua caliente con microred energética ha demostrado un notable ahorro energético. La generación anual de energía solar es de 79 100 kWh, el almacenamiento anual de energía es de 109 500 kWh, la bomba de calor aerotérmica ahorra 405 000 kWh, el ahorro anual de electricidad es de 593 600 kWh, el ahorro en carbón estándar es de 196 tce y la tasa de ahorro energético alcanza el 34,5 %. El ahorro anual en costes asciende a 355 900 yuanes.
Protección del medio ambiente y reducción de emisiones. Beneficios ambientales: la reducción de emisiones de CO2 es de 523,2 toneladas/año, la de SO2 de 4,8 toneladas/año y la de humo de 3 toneladas/año; los beneficios ambientales son significativos.
Opiniones de usuarios. El sistema ha funcionado de forma estable desde su puesta en marcha. Los sistemas de generación de energía solar y almacenamiento de energía presentan una buena eficiencia operativa, y el calentador de agua aerotérmico tiene un alto índice de eficiencia energética. En particular, el ahorro energético ha mejorado notablemente tras la operación combinada y complementaria de múltiples fuentes de energía. En primer lugar, se utiliza la energía almacenada para el suministro eléctrico y la calefacción, y posteriormente se utiliza la energía solar para ambos fines. Todas las unidades de bomba de calor operan durante el periodo de altas temperaturas, de 8:00 a 17:00, lo que mejora considerablemente su índice de eficiencia energética, maximiza la eficiencia de la calefacción y minimiza el consumo energético. Este método de calefacción eficiente y complementario de múltiples fuentes de energía merece ser popularizado y aplicado.
Fecha de publicación: 3 de enero de 2023