1、油田單井儲(chǔ)油罐加溫裝置中太陽(yáng)能和熱泵制熱節(jié)能技術(shù)應(yīng)用研究（唐紅友 300270）摘 要：本文分析了太陽(yáng)能熱泵的技術(shù)原理、特點(diǎn)以及在提供熱水方面的應(yīng)用和研究現(xiàn)狀，針對(duì)我國(guó)石油運(yùn)輸過(guò)程中存在的問(wèn)題，提出了油田單井儲(chǔ)油罐加溫解決方案。把一種很好的節(jié)能型空調(diào)制冷供熱技術(shù)（熱泵技術(shù)）和與太陽(yáng)能熱利用技術(shù)相結(jié)合，利用計(jì)算機(jī)技術(shù)和智能控制技術(shù)，基于PLC設(shè)計(jì)了油田單井儲(chǔ)油罐溫度自動(dòng)控制裝置，該裝置有效提高了太陽(yáng)能集熱器效率和熱泵系統(tǒng)性能，解決了儲(chǔ)油罐全天候供熱問(wèn)題。實(shí)驗(yàn)和應(yīng)用表明,太陽(yáng)能配熱泵比傳統(tǒng)的太陽(yáng)能配電熱棒加熱每年可節(jié)能60%以上,節(jié)能降耗顯著。關(guān)鍵詞：太陽(yáng)能、熱泵、節(jié)能、技術(shù)運(yùn)用

2、60;隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展和科技的進(jìn)步，能源和環(huán)境是當(dāng)今世界突出的兩大社會(huì)問(wèn)題，這促使人們更多地意識(shí)到能源對(duì)人類的重要性，而愈來(lái)愈重視太陽(yáng)能利用和節(jié)能熱泵技術(shù)。目前我國(guó)太陽(yáng)能的熱利用主要集中在被動(dòng)式太陽(yáng)房采暖和熱水器提供家用熱水上，而主動(dòng)式太陽(yáng)能供熱系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)的利用相對(duì)落后。采用節(jié)能裝置熱泵與太陽(yáng)能集熱設(shè)備、蓄熱機(jī)構(gòu)相聯(lián)接的系統(tǒng)方式，不僅能夠有效地克服太陽(yáng)能本身所具有的稀薄性和間歇性，而且可以達(dá)到節(jié)約高位能和減少環(huán)境污染的目的，具有很大的開(kāi)發(fā)、應(yīng)用潛力。熱泵技術(shù)是一種很好的節(jié)能型空調(diào)制冷供熱技術(shù)，是利用少量高品位的電能作為驅(qū)動(dòng)能源，從低溫?zé)嵩锤咝〉推肺粺崮埽⑵鋫鬏斀o高溫?zé)嵩矗赃_(dá)到泵熱的目的，

3、從而轉(zhuǎn)能質(zhì)系數(shù)低的能源為能質(zhì)系數(shù)高的能源（節(jié)約高品位能源），即提高能量品位的技術(shù)。隨著人們對(duì)獲取生活用熱水的要求日趨提高，具有間斷性特點(diǎn)的太陽(yáng)能難以滿足全天候供熱，要解決這一問(wèn)題，熱泵技術(shù)與太陽(yáng)能利用相結(jié)合無(wú)疑是一種好的選擇方法，尤其是在油田單井儲(chǔ)油罐加溫裝置應(yīng)用方面，需要對(duì)其內(nèi)部?jī)?chǔ)存滿的原油進(jìn)行加溫，使其具有流動(dòng)性，以便于將其從儲(chǔ)油罐中抽出運(yùn)走。傳統(tǒng)方法是采用在儲(chǔ)油罐內(nèi)部設(shè)置帶有絕緣套管的電加熱棒方式對(duì)單井儲(chǔ)油罐內(nèi)原油進(jìn)行加溫，此種電加熱棒加溫方式存在極大的弊端，當(dāng)電加熱棒外部絕緣套管破損后，其破損處暴露于儲(chǔ)油罐內(nèi)，極易與儲(chǔ)油罐內(nèi)的可燃性氣體相接觸，引起儲(chǔ)油罐爆炸，不僅為油田生產(chǎn)帶來(lái)經(jīng)濟(jì)損失

4、，并且危及工作人員的人身安全，因此存在極大的安全隱患；同時(shí)，采用電加熱棒為儲(chǔ)油罐加溫還存在電能消耗量大，成本高等問(wèn)題。為解決上述問(wèn)題，在儲(chǔ)油罐的加溫裝置中，將計(jì)算機(jī)技術(shù)、智能控制技術(shù)，與熱泵技術(shù)和太陽(yáng)能熱利用技術(shù)相結(jié)合，由太陽(yáng)能集熱裝置和熱泵對(duì)儲(chǔ)油罐進(jìn)行交替加熱。在光照不足的條件下利用熱泵為油罐補(bǔ)充加熱，在光照條件好時(shí)主要有太陽(yáng)能集熱裝置為油罐加熱，智能化控制裝置提高了太陽(yáng)能集熱器效率和熱泵系統(tǒng)性能，解決了儲(chǔ)油罐全天候供熱問(wèn)題。1 熱泵的基本原理及其類型 熱泵是一反向使用的制冷機(jī)，與制冷機(jī)所不同的只是工作的溫度范圍。熱泵系統(tǒng)的工作原理如圖1所示12。蒸發(fā)器吸熱后，其工質(zhì)的高溫低壓過(guò)熱氣體在壓縮

5、機(jī)中經(jīng)過(guò)絕熱壓縮變?yōu)楦邷馗邏旱臍怏w后，經(jīng)冷凝器定壓冷凝為低溫高壓的液體（放出工質(zhì)的氣化熱等，與冷凝水進(jìn)行熱交換，使冷凝水被加熱為熱水供用戶使用），液態(tài)工質(zhì)再經(jīng)降壓閥絕熱節(jié)流后變?yōu)榈蜏氐蛪阂后w，進(jìn)入蒸發(fā)器定壓吸收熱源熱量，并蒸發(fā)變?yōu)檫^(guò)熱蒸氣完成一個(gè)循環(huán)過(guò)程。如此循環(huán)往復(fù)，不斷地將熱源的熱能傳遞給冷凝水。圖1 熱泵系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖  根據(jù)熱力學(xué)第一定律，有： ，根據(jù)熱力學(xué)第二定律，壓縮機(jī)所消耗的電功A起到補(bǔ)償作用，使得制冷劑能夠不斷地從低溫環(huán)境吸熱，并向高溫環(huán)境放熱，周而復(fù)始地進(jìn)行循環(huán)。因此，壓縮機(jī)的能耗是一個(gè)重要的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，一般用性能系數(shù)(coefficient o

6、f performance，簡(jiǎn)稱COP)來(lái)衡量裝置的能量效率，其定義為式（1）。      （1）顯然，熱泵COP永遠(yuǎn)大于1。因此，熱泵是一種高效節(jié)能裝置，也是制冷空調(diào)領(lǐng)域內(nèi)實(shí)施建筑節(jié)能的重要途徑，對(duì)于節(jié)約常規(guī)能源、緩解大氣污染和溫室效應(yīng)起到積極的作用。 所有型式的熱泵都有蒸發(fā)和冷凝兩個(gè)溫度水平，采用膨脹閥或毛細(xì)管實(shí)現(xiàn)制冷劑的降壓節(jié)流，只是壓力增加的不同形式，主要有機(jī)械壓縮式、熱能壓縮式和蒸氣噴射壓縮式。其中，機(jī)械壓縮式熱泵又稱作電動(dòng)熱泵，目前已經(jīng)廣泛應(yīng)用建筑采暖和空調(diào)，在熱泵市場(chǎng)上占據(jù)了主導(dǎo)地位；熱能壓縮式熱泵包括吸收式和吸附式兩種型式，其中

7、水溴化鋰吸收式和氨水吸收式熱水機(jī)組已經(jīng)逐步走上商業(yè)化發(fā)展的道路，而吸附式熱泵目前尚處于研究和開(kāi)發(fā)階段，還必須克服運(yùn)轉(zhuǎn)間歇性以及系統(tǒng)性能和冷重比偏低等問(wèn)題，才能真正應(yīng)用于實(shí)際。  根據(jù)熱源形式的不同，熱泵可分為空氣源熱泵、水源熱泵、土壤源熱泵和太陽(yáng)能熱泵等。國(guó)外的文獻(xiàn)通常將地下水熱泵、地表水熱泵與土壤源熱泵統(tǒng)稱為地源熱泵。 2太陽(yáng)能熱泵技術(shù)原理、特點(diǎn)及研究背景太陽(yáng)能熱泵一般是指利用太陽(yáng)能作為蒸發(fā)器熱源的熱泵系統(tǒng)，區(qū)別于以太陽(yáng)能光電或熱能發(fā)電驅(qū)動(dòng)的熱泵機(jī)組。它把熱泵技術(shù)和太陽(yáng)能熱利用技術(shù)有機(jī)的結(jié)合起來(lái)，可同時(shí)提高太陽(yáng)能集熱器效率和熱泵系統(tǒng)性能。集熱器吸收的熱量作為熱泵的低溫?zé)嵩矗陉幱晏?/p>

8、，直膨式太陽(yáng)能熱泵轉(zhuǎn)變?yōu)榭諝庠礋岜茫侵迸蚴教?yáng)能熱泵作為加熱系統(tǒng)的輔助熱源。因此，它可全天候工作，提供熱水或熱量。 2.1 太陽(yáng)能熱泵的分類根據(jù)太陽(yáng)集熱器與熱泵蒸發(fā)器的組合形式，可分為直膨式（direct-expansion soalar assisted heat pump，DX-SAHP）和非直膨式。在直膨式系統(tǒng)中，太陽(yáng)集熱器與熱泵蒸發(fā)器合二為一，即制冷工質(zhì)直接在太陽(yáng)集熱器中吸收太陽(yáng)輻射能而得到蒸發(fā)，如圖2所示。圖2 直膨式太陽(yáng)能熱泵系統(tǒng)在非直膨式系統(tǒng)中，太陽(yáng)集熱器與熱泵蒸發(fā)器分立，通過(guò)集熱介質(zhì)（一般采用水、空氣、防凍溶液）在集熱器中吸收太陽(yáng)能，并

9、在蒸發(fā)器中將熱量傳遞給制冷劑，或者直接通過(guò)換熱器將熱量傳遞給需要預(yù)熱的空氣或水。根據(jù)太陽(yáng)能集熱環(huán)路與熱泵循環(huán)的連接形式，非直膨式系統(tǒng)又可進(jìn)一步分為串聯(lián)式、并聯(lián)式和雙熱源式。串聯(lián)式是指集熱環(huán)路與熱泵循環(huán)通過(guò)蒸發(fā)器加以串聯(lián)、蒸發(fā)器的熱源全部來(lái)自于太陽(yáng)能集熱環(huán)路吸收的熱量，如圖3所示。圖3 串聯(lián)式非直膨式太陽(yáng)能熱泵系統(tǒng)并聯(lián)式是指太陽(yáng)能集熱環(huán)路與熱泵循環(huán)彼此獨(dú)立，前者一般用于預(yù)熱后者的加熱對(duì)象，或者后者作為前者的輔助熱源，如圖4所示。圖4 并聯(lián)式非直膨式太陽(yáng)能熱泵系統(tǒng)雙熱源式與串聯(lián)式基本相同，只是蒸發(fā)器可同時(shí)利用包括太陽(yáng)能在內(nèi)的兩種低溫?zé)嵩矗鐖D5所示3。 圖5 雙熱源式非直膨式太陽(yáng)能熱泵系統(tǒng)2.2

10、太陽(yáng)能熱泵的技術(shù)特點(diǎn) 太陽(yáng)能熱泵將太陽(yáng)能利用技術(shù)與熱泵技術(shù)有機(jī)結(jié)合起來(lái)，具有以下幾個(gè)方面的技術(shù)特點(diǎn)4：     1同傳統(tǒng)的太陽(yáng)能直接供熱系統(tǒng)相比，太陽(yáng)能熱泵的最大優(yōu)點(diǎn)是可以采用結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)易的集熱器，集熱成本非常低。在直膨式系統(tǒng)中，太陽(yáng)集熱器的工作溫度與熱泵蒸發(fā)溫度保持一致，且與室外溫度接近，而非直膨式系統(tǒng)中，太陽(yáng)能集熱環(huán)路往往作為蒸發(fā)器的低溫?zé)嵩矗療峤橘|(zhì)溫度通常為2030，因此集熱器的散熱損失非常小，集熱器效率也相應(yīng)提高。有研究表明，在非寒冷地區(qū)即使采用結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、廉價(jià)的普通平板集熱器，集熱器效率也高達(dá)60%80%，甚至采用無(wú)蓋板、無(wú)保溫的裸板集熱器也是可以

11、的。     2由于太陽(yáng)能具有低密度、間歇性和不穩(wěn)定性等缺點(diǎn)，常規(guī)的太陽(yáng)能供熱系統(tǒng)往往需要采用較大的集熱和蓄熱裝置，并且配備相應(yīng)的輔助熱源，這不僅造成系統(tǒng)初投資較高，而且較大面積的集熱器也難于布置。太陽(yáng)能熱泵基于熱泵的節(jié)能性和集熱器的高效性，在相同熱負(fù)荷條件下，太陽(yáng)能熱泵所需的集熱器面積和蓄熱器容積等都要比常規(guī)系統(tǒng)小得多，使得系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更緊湊，布置更靈活。    3在太陽(yáng)輻射條件良好的情況下，太陽(yáng)能熱泵往往可以獲得比空氣源熱泵更高的蒸發(fā)溫度，因而具有更高的供熱性能系數(shù)（COP可達(dá)到4以上），而且供熱性能受室外氣溫下降的影響較小

12、。   4由于太陽(yáng)能無(wú)處不在、取之不盡，因此太陽(yáng)能熱泵的應(yīng)用范圍非常廣泛，不受當(dāng)?shù)厮礂l件和地質(zhì)條件的限制，而且對(duì)自然生存環(huán)境幾乎不造成影響。    5太陽(yáng)能熱泵同其它類型的熱泵一樣也具有“一機(jī)多用”的優(yōu)點(diǎn)，即冬季可供暖，夏季可制冷，全年可提供生活熱水。由于太陽(yáng)能熱泵系統(tǒng)中設(shè)有蓄熱裝置，因此夏季可利用夜間谷時(shí)電力進(jìn)行蓄冷運(yùn)行，以供白天供冷之用，不僅運(yùn)行費(fèi)用便宜，而且有助于電力錯(cuò)峰。6考慮到制冷劑的充注量和泄漏問(wèn)題，直膨式太陽(yáng)能熱泵一般適用于小型供熱系統(tǒng)，如戶用熱水器和供熱空調(diào)系統(tǒng)。其特點(diǎn)是集熱面積小、系統(tǒng)緊湊、集熱效率和熱泵性能高、適

13、應(yīng)性好、自動(dòng)控制程度高等尤其是應(yīng)用于生產(chǎn)熱水，具有高效節(jié)能、安裝方便、全天候等優(yōu)點(diǎn)，其造價(jià)與空氣源熱泵熱水器相當(dāng)，性能更優(yōu)越。7非直膨式系統(tǒng)具有形式多樣、布置靈活、應(yīng)用范圍廣等優(yōu)點(diǎn)，適合于集中供熱、空調(diào)和供熱水系統(tǒng)。易于與建筑一體化。2.3 太陽(yáng)能熱泵熱水器的研究現(xiàn)狀早在20世紀(jì)50年代初，太陽(yáng)能熱利用的先驅(qū)者Jodan和Therkeld就指出了太陽(yáng)能熱泵的優(yōu)越性，即可同時(shí)提高太陽(yáng)能集熱器效率和熱泵系統(tǒng)性能。隨后，日本、美國(guó)、瑞典、澳大利亞等發(fā)達(dá)國(guó)家紛紛投入了大量的人力、物力對(duì)太陽(yáng)能熱泵進(jìn)行深入的研究與開(kāi)發(fā)，在各地實(shí)施了多項(xiàng)太陽(yáng)能熱泵示范工程，例如賓館、住宅、學(xué)校、醫(yī)院、圖書(shū)館以及游泳館等，取

14、得了一定的經(jīng)濟(jì)效益和良好的社會(huì)效益。在能源和環(huán)境問(wèn)題日益嚴(yán)峻的今天，太陽(yáng)能熱泵因其具有顯著的節(jié)能性和環(huán)境友好性，得到了越來(lái)越廣泛的關(guān)注。近年來(lái)，土耳其、印度尼西亞等發(fā)展中國(guó)家也對(duì)太陽(yáng)能熱泵進(jìn)行了大量的研究56。在產(chǎn)業(yè)化發(fā)展方面，美國(guó)的Solar King系列太陽(yáng)能熱泵供熱設(shè)備以及澳大利亞的Quantum系列太陽(yáng)能熱泵熱水器等就是比較典型的產(chǎn)品范例。我國(guó)對(duì)太陽(yáng)能熱泵的研究起步較晚，有關(guān)文獻(xiàn)和報(bào)道均在十幾年內(nèi)。天津大學(xué)、東南大學(xué)、青島建筑工程學(xué)院、上海交通大學(xué)等先后對(duì)太陽(yáng)能熱泵進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)及理論研究，取得了一定的成果。天津大學(xué)對(duì)串聯(lián)式太陽(yáng)能熱泵供熱水系統(tǒng)進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)研究和理論分析表明，該系統(tǒng)

15、可以一年四季可*運(yùn)行，向用戶提供50生活熱水，COP達(dá)到2.642.85（冬天），2.613.5（夏天）7。青島建筑工程學(xué)院對(duì)串聯(lián)式太陽(yáng)能熱泵供暖系統(tǒng)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，該系統(tǒng)具有多功能調(diào)節(jié)能力，冬季熱泵供暖時(shí)熱泵機(jī)組工作穩(wěn)定，COP平均值達(dá)到2.71，具有明顯的節(jié)能效果8。上海交通大學(xué)對(duì)直膨式太陽(yáng)能熱泵熱水器進(jìn)行了試驗(yàn)研究，該熱水器可全天候提供4550生活熱水150L，每天耗電量約為1kW·h（夏）2 kW·h（冬），其分體式結(jié)構(gòu)尤其適合于高層或多層建筑，此外，這種熱水器在陰雨天可以照常工作，其工作形式轉(zhuǎn)變?yōu)榭諝庠礋岜?。近年來(lái)，隨著太陽(yáng)能事業(yè)的發(fā)展和建筑節(jié)能的要求

16、，隨著城市的發(fā)展和人民生活水平的提高，“太陽(yáng)能與建筑一體化”和“全天候供熱”已成為我國(guó)太陽(yáng)能熱利用的重要議題。“太陽(yáng)能與建筑一體化”就是把太陽(yáng)能產(chǎn)品作為建筑部件安裝，使其有機(jī)結(jié)合起來(lái)，符合建筑美學(xué)要求，并盡可能地利用太陽(yáng)能等新能源和可再生能源替代常規(guī)能源以減少建筑能耗對(duì)常規(guī)能源的依賴，降低建筑能耗占我國(guó)總能耗的比例，并提高常規(guī)能源利用率。由于太陽(yáng)能熱泵具有集熱效率高、供熱性能系數(shù)高、形式多樣、布置靈活、一機(jī)多用、應(yīng)用范圍廣等優(yōu)點(diǎn)，能較好地滿足“太陽(yáng)能與建筑一體化”的要求。由于太陽(yáng)能具有低密度、間歇性和不穩(wěn)定性等缺點(diǎn)，常規(guī)的太陽(yáng)能供熱系統(tǒng)很難滿足“全天候”的要求，為滿足“全天候”的要求，常規(guī)方法

17、是采用電加熱或燃?xì)饧訜釣檩o助熱源，但容易引發(fā)安全問(wèn)題，且消耗了大量?jī)?yōu)質(zhì)能源，而采用太陽(yáng)能供熱系統(tǒng)就能較好地解決“全天候”的問(wèn)題。目前，我國(guó)太陽(yáng)能熱泵主要應(yīng)在公共建筑物上，例如，北京奧運(yùn)村和奧運(yùn)場(chǎng)館的生活熱水和加熱的能量都采用太陽(yáng)能熱泵供熱系統(tǒng)。 24太陽(yáng)能熱泵技術(shù)存在的問(wèn)題 我國(guó)太陽(yáng)能熱泵的發(fā)展和應(yīng)用還存在著一些問(wèn)題： 1)投資經(jīng)濟(jì)性。能源結(jié)構(gòu)和燃料價(jià)格直接影響太陽(yáng)能熱泵的經(jīng)濟(jì)性，例如，我國(guó)西部地區(qū)以煤炭為主的能源結(jié)構(gòu)以及較低的燃料價(jià)格必將影響太陽(yáng)能熱泵的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。同時(shí)，太陽(yáng)能熱泵系統(tǒng)初投資偏高也是影響其經(jīng)濟(jì)性的重要因素之一。2)性能匹配性。各種類型的太陽(yáng)能熱泵性能有待提高，要使部

18、件之間的匹配關(guān)系達(dá)到投資運(yùn)行最佳效益，要將系統(tǒng)設(shè)計(jì)與建筑設(shè)計(jì)結(jié)合起來(lái)，既要考慮系統(tǒng)性能又要考慮建筑美觀，要實(shí)行智能化控制，這需要各個(gè)專業(yè)、各個(gè)領(lǐng)域的人共同努力、相互配合。3)公眾對(duì)這一技術(shù)缺乏足夠的了解和認(rèn)識(shí)。目前，在我國(guó)制約太陽(yáng)能熱泵應(yīng)用的主要障礙是系統(tǒng)初投資較高以及政府、建筑設(shè)計(jì)人員和公眾對(duì)這一技術(shù)缺乏足夠的了解和認(rèn)識(shí)。通過(guò)政府部門(mén)、科研機(jī)構(gòu)和工程技術(shù)人員的共同努力，借鑒國(guó)外的成功經(jīng)驗(yàn)，我國(guó)太陽(yáng)能熱泵將得到較快的推廣和發(fā)展。3 油田單井儲(chǔ)油罐太陽(yáng)能熱泵節(jié)能技術(shù)應(yīng)用太陽(yáng)能熱泵應(yīng)用在儲(chǔ)油罐的加溫裝置中，是將計(jì)算機(jī)技術(shù)、智能控制技術(shù)，與熱泵技術(shù)和太陽(yáng)能熱利用技術(shù)相結(jié)合，由太陽(yáng)能集熱裝置和熱泵對(duì)儲(chǔ)

19、油罐進(jìn)行交替加熱。在光照不足的條件下利用熱泵為油罐補(bǔ)充加熱，在光照條件好時(shí)主要有太陽(yáng)能集熱裝置為油罐加熱，智能化控制裝置提高了太陽(yáng)能集熱器效率和熱泵系統(tǒng)性能，解決了儲(chǔ)油罐全天候供熱問(wèn)題。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖6所示，系統(tǒng)核心控制單元使用PLC實(shí)現(xiàn)。圖6 油田單井儲(chǔ)油罐太陽(yáng)能熱泵控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖31 技術(shù)要求1安裝地點(diǎn)：油田56單井儲(chǔ)油罐。2項(xiàng)目要求： 保持油溫在45左右 節(jié)約電能 安全、環(huán)保32 設(shè)計(jì)方案改變加溫方式，即由原電加熱棒加溫方式，改造為以清潔能源即超導(dǎo)太陽(yáng)能集熱管、熱泵的加溫方式，節(jié)能減排，安全環(huán)保，提高生產(chǎn)效率。其中，超導(dǎo)太陽(yáng)能真空集熱管按100%配置，熱泵儲(chǔ)能控制系統(tǒng)按100%配置(自主研

20、發(fā)集熱泵、智能自控、儲(chǔ)能、儲(chǔ)水、循環(huán)一體機(jī)）。321 太陽(yáng)能裝置選擇因?yàn)椋瑢?dǎo)太陽(yáng)能集熱管具有以下特點(diǎn)：1熱傳導(dǎo)效率高。熱傳導(dǎo)效率99%以上，完全收集太陽(yáng)能。2啟動(dòng)快速。熱管單向傳熱，熱容小，傳熱速度快，導(dǎo)熱介質(zhì)在零下40環(huán)境條件下分次加入，介質(zhì)內(nèi)不含任何與導(dǎo)熱介質(zhì)無(wú)關(guān)成分，理論啟動(dòng)溫度為零下38；真空集熱管內(nèi)溫度達(dá)25時(shí)，5秒鐘全面啟動(dòng)導(dǎo)熱。3壽命長(zhǎng)，免維修。導(dǎo)熱管系采用0.6mm無(wú)氧紫銅管制作，在高溫導(dǎo)熱摩擦下與管內(nèi)特殊導(dǎo)熱介質(zhì)間永不產(chǎn)生不凝性氣體，可常年經(jīng)受高溫空曬而永不降低導(dǎo)熱性能，使用壽命在15年以上。4質(zhì)量檢驗(yàn)：經(jīng)300高溫48小時(shí)烘烤而不降低導(dǎo)熱性能。5FLYING超導(dǎo)熱管的組合

21、原理：導(dǎo)熱管與真空集熱管系在高溫條件下瞬間強(qiáng)制冷卻形成自然負(fù)壓而組合，即使真空集熱管內(nèi)的溫度上升至環(huán)境溫度的20倍，仍100%保證導(dǎo)熱管與真空集熱管不分離，同時(shí)，與溫度同比上升的壓力也不可能形成真空集熱管的爆炸。三重真空保護(hù)，保溫性能極佳：真空集熱管真空保溫、集熱管和導(dǎo)熱管真空保溫和導(dǎo)熱管三重真空保溫，性能超群。所以，選用超導(dǎo)太陽(yáng)能集熱管能夠達(dá)到設(shè)計(jì)要求。322 熱泵選擇國(guó)際能源大會(huì)WEC、國(guó)際能源署IEA、國(guó)際制冷學(xué)會(huì)IIR等國(guó)際組織及從事熱泵的研究者都普遍認(rèn)為地源熱泵在目前和將來(lái)均是最有前途的節(jié)能裝置和系統(tǒng)，是國(guó)際空調(diào)和制冷行業(yè)前沿課題之一，是地?zé)崂玫闹匾问剑?998年美國(guó)暖通空調(diào)工程

22、師學(xué)會(huì)ASHRAE技術(shù)獎(jiǎng)就授予地源熱泵系統(tǒng)： 21世紀(jì)的一項(xiàng)以節(jié)能和環(huán)保為特征的最具有發(fā)展前途的綠色空調(diào)技術(shù)。地源熱泵是利用這種低溫位熱能，作為熱泵的熱源系統(tǒng)。以電能為輔助能源，熱泵把地表淺層中的熱量取出來(lái)，供給所需熱能設(shè)備。是一種高效節(jié)能、環(huán)保無(wú)污染的制熱系統(tǒng)。地源熱泵通過(guò)輸入少量的高品位能源（如電能），實(shí)現(xiàn)低溫位熱能向高溫位轉(zhuǎn)移。通常地源熱泵消耗1 KW的能量，用戶可以得到4KW以上的熱量。該技術(shù)節(jié)能、環(huán)保，與傳統(tǒng)制熱相比，地源熱泵制熱系統(tǒng)有著無(wú)可比擬的優(yōu)勢(shì)。1屬于可再生能源利用技術(shù)。地表淺層好象一個(gè)巨大的太陽(yáng)能集熱器，收集了47%的太陽(yáng)能，比人類每年利用能量的 500倍還多。這種近乎無(wú)限

23、、不受地域、資源限制的低焓熱能，是人類可以利用的清潔可再生能源。并且地能不象太陽(yáng)能受氣候的影響，也不象深層地?zé)崾苜Y源和地質(zhì)結(jié)構(gòu)的限制。因此說(shuō)地源熱泵是可再生能源利用技術(shù)。2高效節(jié)能和低的運(yùn)行費(fèi)用。由于地源溫度全年相對(duì)穩(wěn)定，冬季比環(huán)境空氣溫度高，是很好的熱泵熱源，這種溫度特性使得地源熱泵比傳統(tǒng)熱泵系統(tǒng)運(yùn)行效率要高 40%，因此要節(jié)能和節(jié)省運(yùn)行費(fèi)用40%左右。3環(huán)境效益顯著。既不破壞地下水資源，又無(wú)任何污染，可以建造在居民區(qū)內(nèi)，沒(méi)有燃燒，沒(méi)有排煙，也沒(méi)有廢棄物，不需要堆放燃料廢物的場(chǎng)地，且不用遠(yuǎn)距離輸送熱量。節(jié)省投資和占地。地源熱泵這種可再生能源利用技術(shù)，高效節(jié)能且無(wú)任何污染，順應(yīng)了國(guó)際能源發(fā)展大

24、趨勢(shì)，也順應(yīng)了我國(guó)的能源與環(huán)保政策，是值得研究與大力發(fā)展的可再生能源利用方式。所以，選用超地源熱泵能夠達(dá)到設(shè)計(jì)要求。 33 工作原理油田單井儲(chǔ)油罐加溫系統(tǒng)，由超導(dǎo)太陽(yáng)能集熱器+地源熱泵及設(shè)置于油罐內(nèi)部的換熱器構(gòu)成，超導(dǎo)太陽(yáng)能集熱器為油罐內(nèi)部換熱器提供熱源，其特征在于：太陽(yáng)能集熱器與冷、熱水管連通于一保溫?fù)Q熱水箱內(nèi)與其進(jìn)行循環(huán)換熱；儲(chǔ)油罐內(nèi)換熱器的冷、熱水管連通于該保溫?fù)Q熱水箱內(nèi)與其進(jìn)行循環(huán)換熱；該保溫?fù)Q熱水箱還連接安裝有一地源熱泵。地源熱泵的冷、熱水管連通于保溫?fù)Q熱水箱內(nèi)與其進(jìn)行循環(huán)換熱。地源熱泵并接于儲(chǔ)油罐內(nèi)換熱器的冷水管上，并在該地源熱泵的冷水進(jìn)口端、熱水出口端均安裝有閘閥，地源熱泵外部的

25、冷水管與出水管之間采用連通管進(jìn)行連通，并在該連通管上安裝閘閥。保溫水箱裝有補(bǔ)水口，該補(bǔ)水口通過(guò)輸水管路與一保溫補(bǔ)水箱的出水口相連通。保溫補(bǔ)水箱內(nèi)壁固裝有電發(fā)熱管。34 裝置的優(yōu)點(diǎn)和效果1儲(chǔ)油罐加溫系統(tǒng)以超導(dǎo)太陽(yáng)能集熱器為主要熱能提供裝置為設(shè)置于儲(chǔ)油罐內(nèi)的換熱器提供熱源進(jìn)而對(duì)儲(chǔ)油罐內(nèi)所儲(chǔ)存的原油進(jìn)行加溫，同時(shí)采用地源熱泵熱水器機(jī)組為輔助熱能提供裝置，當(dāng)僅采用超導(dǎo)太陽(yáng)能集熱器為儲(chǔ)油罐內(nèi)換熱器提供熱源而無(wú)法達(dá)到加熱儲(chǔ)油罐內(nèi)原油至規(guī)定溫度時(shí)，即可自動(dòng)開(kāi)啟地源熱泵熱水器機(jī)組作為輔助熱源，對(duì)其進(jìn)行加溫，因此無(wú)論在何種光照條件下均可隨時(shí)滿足對(duì)單井儲(chǔ)油罐的加溫需求；同時(shí)上述兩組熱源均與保溫?fù)Q熱水箱進(jìn)行換熱，由

26、保溫?fù)Q熱水箱對(duì)其所產(chǎn)生的熱能進(jìn)行儲(chǔ)存，特別是對(duì)在光照條件好時(shí)超導(dǎo)太陽(yáng)能集熱器所產(chǎn)生的熱能進(jìn)行有效存儲(chǔ)，由此進(jìn)一步提高熱能利用率，節(jié)省能源。2儲(chǔ)油罐加溫系統(tǒng)中所采用的地源熱泵的安裝連接方式可以為直接與保溫?fù)Q熱水箱進(jìn)行換熱安裝，也可以串連安裝于換熱器冷水管路上，后者可對(duì)換熱器的冷水管直接進(jìn)行升溫，從而可縮短換熱器冷水與保溫?fù)Q熱水箱的換熱時(shí)間，提高加溫效率。3儲(chǔ)油罐加溫系統(tǒng)的太陽(yáng)能集熱器的集熱管為金屬超導(dǎo)真空太陽(yáng)能集熱管，比普通太陽(yáng)能集熱管效率提高20以上，并且在陰雨天同樣可以產(chǎn)生晴天時(shí)40的熱能，因此，只有當(dāng)太陽(yáng)光線不足時(shí)才啟動(dòng)地源熱泵熱水器機(jī)組進(jìn)行加溫，真正意義上做到充分利用太陽(yáng)能的目的。 4儲(chǔ)

27、油罐加溫系統(tǒng)采用超導(dǎo)太陽(yáng)能集熱器作為主要熱源，同時(shí)采用地源熱泵作為輔助熱源，二者均為潔凈能源，而且能源消耗極低，符合我國(guó)目前節(jié)能、減排、環(huán)保的基本政策。5本油罐加溫系統(tǒng)在油罐內(nèi)部無(wú)需安裝電加熱器裝置，電流和原油完全隔離，因此不存在原有的儲(chǔ)油罐電加熱器因腐蝕漏電、爆燃等安全問(wèn)題，無(wú)任何安全隱患，安全系數(shù)大大提高。4 實(shí)驗(yàn)與應(yīng)用結(jié)果儲(chǔ)油罐太陽(yáng)能自控裝置安裝運(yùn)行，熱泵機(jī)組可一年四季全天候運(yùn)行，不受夜晚、陰天、下雨及下雪等惡劣天氣的影響。下面數(shù)據(jù)是熱泵配太陽(yáng)能儲(chǔ)油罐加溫系統(tǒng)與傳統(tǒng)方式下能耗對(duì)比。41 各項(xiàng)熱源熱值對(duì)比表1是熱泵配太陽(yáng)能儲(chǔ)油罐加溫系統(tǒng)與傳統(tǒng)方式下能耗對(duì)比數(shù)據(jù)。表1 熱泵配太陽(yáng)能儲(chǔ)油罐加溫

28、系統(tǒng)與傳統(tǒng)方式下能耗對(duì)比名稱熱值熱效率（%）實(shí)際熱值電熱水器860千卡/度90774千卡/度液化氣10800千卡/Kg859180千卡/Kg天然氣8，400千卡/m3857140千卡/m3管道煤氣3，800千卡/m3803040千卡/m3柴油鍋爐10，300千卡/Kg858755千卡/Kg熱泵860千卡/度3503010千卡/度42 太陽(yáng)能配熱泵使用費(fèi)用對(duì)比分析根據(jù)表1數(shù)據(jù)，可以計(jì)算得到：1 20KW電熱棒能耗情況。采用20KW電熱棒每天工作20個(gè)小時(shí)產(chǎn)生的熱量為309600千卡的熱量。則：每天要消耗： 309600千卡/774千卡/度400度 每天電費(fèi)為: 400度×0.82元/度

29、=328元/天(平均每度電按0.82元計(jì)算)電熱棒每年要消耗的電費(fèi): 328元/天×365天=119720元2太陽(yáng)能配熱泵能耗情況。（1）太陽(yáng)能配熱泵晴天光照充足的情況每天太陽(yáng)能可產(chǎn)熱量。（每支太陽(yáng)能管每天日照充足可產(chǎn)熱量為：500千卡的熱量）。500千卡每支管×240支=120000千卡的熱量太陽(yáng)充足的情況每天利用熱泵加熱需消耗的電費(fèi)為：（309600千卡-120000千卡）÷3010千卡/度×0.82元/度=50元/天（2）當(dāng)在陰雨天的情況太陽(yáng)能只有陽(yáng)光充足時(shí)產(chǎn)熱值的40%。則：在陰雨天太陽(yáng)能每天產(chǎn)熱量為:120000千卡×40%=4800

30、0千卡/天陰雨天每天熱泵消耗的電費(fèi)為:（309600千卡-48000千卡）÷3010千卡/度×0.82元/度=71.2元/天按天津平均年陰雨天氣按三個(gè)月90天計(jì)算,那么年陰雨天所消耗的電費(fèi)為:71.2元/天×90=6408元故：平均每年晴天所消耗的電費(fèi)為: 50元/天×(365-90)=13750元太陽(yáng)能配熱泵每年消耗的電費(fèi)總額為: 6408+13750=20158元/年太陽(yáng)能配熱泵與電熱棒對(duì)比每年可節(jié)約電費(fèi)為: 119720元-20158元=99562元/年綜上分析, 儲(chǔ)油罐太陽(yáng)能自控裝置安裝后其效果達(dá)到：安裝后油溫在55以上，節(jié)電60%以上，安全環(huán)保

31、。說(shuō)明，太陽(yáng)能配熱泵比太陽(yáng)能配電熱棒加熱每年可節(jié)約60%以上,節(jié)能降耗顯著。5 結(jié)束語(yǔ) 太陽(yáng)能是地球上一切能的主要來(lái)源，是無(wú)窮無(wú)盡無(wú)公害的潔凈能源，也是21世紀(jì)人類最有希望的能源。我國(guó)地域遼闊，年日照時(shí)間大于2000h的地區(qū)約占全國(guó)國(guó)土面積的2/3，處于利用太陽(yáng)能較有利的區(qū)域內(nèi)。太陽(yáng)能也為油田單井儲(chǔ)油罐加溫提供了足夠的潔凈能源，太陽(yáng)能和熱泵制熱節(jié)能技術(shù)在油田單井儲(chǔ)油罐加溫裝置中應(yīng)用，解決了儲(chǔ)油罐全天候供熱問(wèn)題，節(jié)能降耗顯著。故而說(shuō)明，太陽(yáng)能熱泵技術(shù)是太陽(yáng)能熱利用技術(shù)和熱泵技術(shù)有機(jī)的結(jié)合，具有集熱效率高、供熱性能系數(shù)高、形式多樣、布置靈活、一機(jī)多用、應(yīng)用范圍廣等優(yōu)點(diǎn)，能較好地解決“太陽(yáng)能與建筑一

32、體化”和“全天候”的問(wèn)題。太陽(yáng)能熱泵技術(shù)將在太陽(yáng)能利用中占有重要地位，有著廣闊的發(fā)展前景。 參考文獻(xiàn)： 1范亞云，夏朝鳳等.熱泵技術(shù)在太陽(yáng)能利用中的實(shí)驗(yàn)研究J.太陽(yáng)能學(xué)報(bào)，2002，23(5)：580585.2范亞云，夏朝鳳等.太陽(yáng)能建筑一體化和熱泵技術(shù).云南省第一屆科學(xué)技術(shù)論壇集萃卷一：328332. 3劉立平，葛茂泉.太陽(yáng)能熱泵系統(tǒng)的綜合評(píng)價(jià)J.上海水產(chǎn)大學(xué)學(xué)報(bào)，2001，10(4)：343346.4曠玉輝，王如竹.太陽(yáng)能熱泵J.太陽(yáng)能，2003(2)：2024.5 R.Yamankardeniz，I.Horuz.The theoretical and

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