水源熱泵低溫地板輻射供暖系統節能研究
摘(zhai) 要：本文通過對某小區供(gong)暖用戶的冬季(ji)采暖室(shi)內氣溫實(shi)測、供(gong)暖效果走訪，同時依據相關(guan)參數進(jin)行(xing)理論節(jie)能研(yan)究(jiu)，系(xi)統(tong)地進(jin)行(xing)分析(xi)和研(yan)究(jiu)，得出(chu)水(shui)源熱泵(beng)低(di)溫地板輻射供(gong)暖系(xi)統(tong)的節(jie)能性。
關鍵詞：水源熱泵; 低溫地(di)板輻射供暖(nuan); 供暖(nuan)效果; 節(jie)能(neng)研究
1.本研究的背(bei)景
我(wo)國建筑采(cai)暖(nuan)能(neng)(neng)源(yuan)(yuan)基本都是(shi)以(yi)煤炭為主，占采(cai)暖(nuan)能(neng)(neng)源(yuan)(yuan)總量的百(bai)分比(bi)超過(guo)70%以(yi)上，采(cai)暖(nuan)期(qi)城市大氣污(wu)染(ran)指標普遍超標，造(zao)成嚴重大氣環(huan)境(jing)污(wu)染(ran)。二氧(yang)化碳(tan)造(zao)成的地球大氣外(wai)層的“溫室(shi)效(xiao)應”，嚴重危害人類(lei)生(sheng)存(cun)環(huan)境(jing);煙(yan)塵、二氧(yang)化硫和氮氧(yang)化物也(ye)(ye)是(shi)呼(hu)吸(xi)道疾病(bing)、肺(fei)癌等許(xu)多疾病(bing)的根源(yuan)(yuan)，環(huan)境(jing)酸(suan)(suan)化、酸(suan)(suan)雨(yu)也(ye)(ye)是(shi)破壞(huai)森林、損壞(huai)建筑物的罪魁禍首。顯然，運用(yong)節(jie)能(neng)(neng)系(xi)統，利(li)用(yong)可再生(sheng)能(neng)(neng)源(yuan)(yuan)，提高(gao)能(neng)(neng)源(yuan)(yuan)應用(yong)效(xiao)率，降低建筑能(neng)(neng)耗，提高(gao)建筑節(jie)能(neng)(neng)效(xiao)果是(shi)改善大氣環(huan)境(jing)的重要(yao)途徑。
通過本課題研究(jiu)，推動水(shui)源(yuan)熱泵(beng)低溫地板(ban)輻射供暖系統這一類節能技術的(de)普(pu)及應用(yong)(yong)。它不僅(jin)可以減(jian)少住戶后期(qi)建(jian)筑運行能耗費用(yong)(yong)，還能有(you)效地減(jian)少常規化石燃料的(de)消耗，緩解當前大氣污染，更能為建(jian)筑使用(yong)(yong)者(zhe)提供一個更為舒適和健康的(de)空間。
2.水源熱泵低溫地板輻射供暖系統(tong)
水源(yuan)熱(re)(re)(re)(re)泵是一種(zhong)能(neng)(neng)從(cong)自然(ran)界地下水中(zhong)獲取(qu)低(di)品(pin)位(wei)熱(re)(re)(re)(re)能(neng)(neng)，經過電力做功，提(ti)供可被人們所(suo)用的(de)(de)(de)高(gao)品(pin)位(wei)熱(re)(re)(re)(re)能(neng)(neng)的(de)(de)(de)裝置。熱(re)(re)(re)(re)泵工(gong)作時消(xiao)耗(hao)一部分(fen)能(neng)(neng)量，把環境介(jie)質中(zhong)貯存的(de)(de)(de)能(neng)(neng)量加以(yi)挖掘，通過傳熱(re)(re)(re)(re)工(gong)質循(xun)環系統提(ti)高(gao)溫度進行利用，而整個(ge)熱(re)(re)(re)(re)泵裝置所(suo)消(xiao)耗(hao)的(de)(de)(de)功僅為輸出功中(zhong)的(de)(de)(de)一小(xiao)部分(fen)，這(zhe)樣(yang)就(jiu)以(yi)小(xiao)部分(fen)的(de)(de)(de)能(neng)(neng)源(yuan)(電能(neng)(neng))獲得了更(geng)多的(de)(de)(de)熱(re)(re)(re)(re)量。
低溫(wen)地(di)(di)板輻射采暖是一(yi)種利(li)用建筑物內部(bu)地(di)(di)面(mian)進行采暖的系(xi)統。它以低于60℃的低溫(wen)熱(re)水為熱(re)媒(mei)，通過埋設在地(di)(di)板內的塑料管把地(di)(di)板加熱(re)，以整(zheng)個地(di)(di)面(mian)作為散熱(re)面(mian)，均(jun)勻的向室內輻射熱(re)量(liang)，是一(yi)種對(dui)房(fang)間微氣候進行調節的節能采暖系(xi)統，具有熱(re)感舒適、熱(re)量(liang)均(jun)衡穩定(ding)、節能、免維修、方便管理等特(te)點，是一(yi)種極為理想的采暖方式。
水(shui)(shui)源熱(re)泵系(xi)(xi)統(tong)結合(he)低(di)溫地板輻射采暖(nuan)系(xi)(xi)統(tong)為小區住戶提供(gong)(gong)冬(dong)季供(gong)(gong)暖(nuan)，將更加的節(jie)約冬(dong)季供(gong)(gong)暖(nuan)耗(hao)能。本課題將對(dui)小區水(shui)(shui)源熱(re)泵低(di)溫地板輻射供(gong)(gong)暖(nuan)系(xi)(xi)統(tong)節(jie)能效(xiao)果進(jin)行分析(xi)研究。
3.工程技術方案
3.1項目介紹
本(ben)工程位于河北省邢臺市(shi)東(dong)部地(di)區某縣城(cheng)(cheng)，此(ci)縣城(cheng)(cheng)區域內無城(cheng)(cheng)市(shi)集(ji)中供(gong)暖(nuan)系統(tong)，且地(di)下(xia)(xia)水(shui)資源(yuan)較為(wei)豐富(fu)，故采用水(shui)源(yuan)熱泵低溫地(di)板(ban)輻射供(gong)暖(nuan)系統(tong)。本(ben)項(xiang)目總建(jian)筑(zhu)(zhu)面(mian)積(ji)(ji)為(wei)4.5萬(wan)(wan)(wan)m2，其中住宅建(jian)筑(zhu)(zhu)面(mian)積(ji)(ji)為(wei)3.20萬(wan)(wan)(wan)m2、首層車庫(ku)及儲藏(zang)室建(jian)筑(zhu)(zhu)面(mian)積(ji)(ji)為(wei)1.53萬(wan)(wan)(wan)m2、地(di)下(xia)(xia)儲藏(zang)室建(jian)筑(zhu)(zhu)面(mian)積(ji)(ji)為(wei)0.53萬(wan)(wan)(wan)m2、配套(tao)公建(jian)建(jian)筑(zhu)(zhu)面(mian)積(ji)(ji)為(wei)0.26萬(wan)(wan)(wan)m2、沿街商業(ye)(ye)建(jian)筑(zhu)(zhu)面(mian)積(ji)(ji)為(wei)0.4萬(wan)(wan)(wan)m2，此(ci)次(ci)采暖(nuan)設(she)計為(wei)住宅、配套(tao)公建(jian)及沿街商業(ye)(ye)，采暖(nuan)總面(mian)積(ji)(ji)約為(wei)3.86萬(wan)(wan)(wan)m2。
3.2熱泵負荷計算(suan)
地(di)(di)(di)(di)下水(shui)(shui)溫度(du)常年(nian)保持在(zai)(zai)16～18℃，水(shui)(shui)源(yuan)(yuan)熱泵(beng)系(xi)統利用地(di)(di)(di)(di)下水(shui)(shui)作熱源(yuan)(yuan)，冬季供暖(nuan)，節(jie)約大量運行費用，經濟(ji)效益(yi)顯著。水(shui)(shui)源(yuan)(yuan)熱泵(beng)系(xi)統提供的供暖(nuan)水(shui)(shui)溫在(zai)(zai)50℃左(zuo)右，回水(shui)(shui)溫度(du)在(zai)(zai)40℃左(zuo)右，結合室(shi)內末端低溫地(di)(di)(di)(di)板輻射(she)供熱系(xi)統，可最大限(xian)度(du)地(di)(di)(di)(di)利用電能(neng)提取(qu)的地(di)(di)(di)(di)下水(shui)(shui)的熱量為住戶供暖(nuan)，同時(shi)50℃左(zuo)右的供暖(nuan)水(shui)(shui)溫可最大限(xian)度(du)地(di)(di)(di)(di)提升(sheng)地(di)(di)(di)(di)暖(nuan)管的全壽命周期。根據(ju)國家相(xiang)關規(gui)范和標準以及節(jie)能(neng)要(yao)求，本項目(mu)采暖(nuan)熱負荷(he)取(qu)45W/m2。因此(ci)，項目(mu)總熱負荷(he)約為1737kW。
4.供暖效果研究
國家(jia)相關規范標準規定(ding)，冬(dong)季(ji)(ji)供暖(nuan)(nuan)室(shi)(shi)內氣溫(wen)應達(da)到18℃±;2℃。首(shou)先需要通(tong)過采集采暖(nuan)(nuan)用(yong)戶(hu)室(shi)(shi)內氣溫(wen)，用(yong)來確定(ding)本項目水源熱泵低溫(wen)地板(ban)輻射供暖(nuan)(nuan)系統是(shi)否(fou)滿足冬(dong)季(ji)(ji)供暖(nuan)(nuan)要求。
4.1小區供暖(nuan)最(zui)不利用(yong)戶(hu)冬季(ji)室內(nei)氣溫采集
選(xuan)取了小區(qu)離水源熱泵機房(fang)遠端的1#樓(lou)三單元(yuan)102、502，2#樓(lou)四單元(yuan)102、502，3#樓(lou)四單元(yuan)102、502，6#樓(lou)一(yi)單元(yuan)101、501，7#一(yi)單元(yuan)101、501為冬季室(shi)內(nei)氣(qi)溫(wen)(wen)數據采(cai)(cai)集(ji)點。在每(mei)一(yi)個采(cai)(cai)集(ji)點的最不利采(cai)(cai)暖房(fang)間裝(zhuang)設一(yi)個溫(wen)(wen)濕度(du)記(ji)錄(lu)(lu)儀(yi)，將溫(wen)(wen)濕度(du)記(ji)錄(lu)(lu)儀(yi)調為每(mei)半小時自動記(ji)錄(lu)(lu)一(yi)次溫(wen)(wen)濕度(du)，從而得(de)到課題(ti)所(suo)需數據。
如最不利地區(qu)均能(neng)滿(man)足室溫(wen)要求(qiu)，則小區(qu)內(nei)其他地區(qu)均能(neng)滿(man)足要求(qiu)。
4.2隨(sui)機走(zou)訪及隨(sui)機抽測采(cai)暖用戶供暖效果(guo)情況
為了(le)更加清楚、全面(mian)地了(le)解(jie)小區(qu)內整(zheng)體供暖效(xiao)果，除采集最不利地區(qu)采暖室(shi)內氣溫外，還利用(yong)隨機(ji)走訪和隨機(ji)抽測其(qi)他采暖用(yong)戶(hu)冬季室(shi)內氣溫的方式，了(le)解(jie)其(qi)他用(yong)戶(hu)供暖效(xiao)果。如走訪住(zhu)戶(hu)反映溫度(du)偏(pian)低(di)，將(jiang)通過實(shi)測來認真其(qi)反映情況。使(shi)本項目供暖效(xiao)果這(zhe)一結論更加科學(xue)、全面(mian)。
5.系統節能研究
根據《河北省居(ju)(ju)住建筑節(jie)(jie)(jie)能(neng)(neng)設計標(biao)(biao)(biao)準(zhun)》DB13(J)63-2007規定(ding)，邢(xing)臺(tai)市(shi)4-6層居(ju)(ju)住建筑耗熱(re)量指標(biao)(biao)(biao)為14.2W/㎡。此標(biao)(biao)(biao)準(zhun)是第三階(jie)(jie)段(duan)(duan)節(jie)(jie)(jie)能(neng)(neng)指標(biao)(biao)(biao)。[注：我(wo)國第一階(jie)(jie)段(duan)(duan)居(ju)(ju)住建筑節(jie)(jie)(jie)能(neng)(neng)設計標(biao)(biao)(biao)準(zhun)，于1986年開(kai)始實(shi)施。第一階(jie)(jie)段(duan)(duan)節(jie)(jie)(jie)能(neng)(neng)指標(biao)(biao)(biao)是在(zai)(zai)1980~1981年通用住宅設計的(de)(de)(de)建筑物耗熱(re)指標(biao)(biao)(biao)的(de)(de)(de)基(ji)礎上(shang)節(jie)(jie)(jie)能(neng)(neng)30%;第二(er)階(jie)(jie)段(duan)(duan)節(jie)(jie)(jie)能(neng)(neng)的(de)(de)(de)目標(biao)(biao)(biao)是在(zai)(zai)第一階(jie)(jie)段(duan)(duan)節(jie)(jie)(jie)能(neng)(neng)的(de)(de)(de)基(ji)礎上(shang)，節(jie)(jie)(jie)約(yue)30%(即所說的(de)(de)(de)節(jie)(jie)(jie)能(neng)(neng)50%標(biao)(biao)(biao)準(zhun));現在(zai)(zai)執(zhi)行(xing)第三階(jie)(jie)段(duan)(duan)節(jie)(jie)(jie)能(neng)(neng)目標(biao)(biao)(biao)，是在(zai)(zai)第二(er)階(jie)(jie)段(duan)(duan)節(jie)(jie)(jie)能(neng)(neng)的(de)(de)(de)基(ji)礎上(shang)，再節(jie)(jie)(jie)約(yue)30%(即所說的(de)(de)(de)節(jie)(jie)(jie)能(neng)(neng)65%標(biao)(biao)(biao)準(zhun))。] 那水源(yuan)熱(re)泵(beng)低溫地板輻射供(gong)暖系統節(jie)(jie)(jie)約(yue)多少(shao)能(neng)(neng)源(yuan)呢?
本項(xiang)目采暖(nuan)面(mian)積約為(wei)(wei)3.86萬㎡。項(xiang)目水(shui)源(yuan)熱(re)泵(beng)機(ji)組總(zong)輸入(ru)功(gong)率(lv)為(wei)(wei)365.4kW，2臺循(xun)環水(shui)泵(beng)運(yun)行(xing)配(pei)(pei)(pei)電功(gong)率(lv)為(wei)(wei)30kW，潛(qian)水(shui)泵(beng)運(yun)行(xing)配(pei)(pei)(pei)電功(gong)率(lv)約為(wei)(wei)110kW，其(qi)他設備約為(wei)(wei)13.5 kW，則冬季(ji)總(zong)配(pei)(pei)(pei)電功(gong)率(lv)為(wei)(wei)518.9kW,取(qu)520 kW。 則項(xiang)目平均(jun)耗熱(re)量(liang)為(wei)(wei)520000W ÷38600㎡=13.5W/㎡<14.2 W/㎡。說明(ming)水(shui)源(yuan)熱(re)泵(beng)低溫地(di)板(ban)輻射供(gong)暖(nuan)系統完(wan)全符(fu)合(he)節能65%標準(zhun)。
6.環(huan)境影響效益分析
與(yu)傳統(tong)(tong)的(de)空氣(qi)源(yuan)熱(re)(re)泵(beng)相比(bi)(bi)(bi)，要高出(chu)40%左右，其運行(xing)費用為普通中(zhong)(zhong)央(yang)空調(diao)的(de)50～60%。水(shui)源(yuan)熱(re)(re)泵(beng)與(yu)鍋(guo)爐(電(dian)、燃(ran)料)和(he)空氣(qi)源(yuan)熱(re)(re)泵(beng)的(de)供熱(re)(re)系統(tong)(tong)相比(bi)(bi)(bi)有(you)明顯的(de)優勢。鍋(guo)爐供熱(re)(re)只能(neng)(neng)(neng)將90%~98%的(de)電(dian)能(neng)(neng)(neng)或70～90%的(de)燃(ran)料內能(neng)(neng)(neng)轉化(hua)(hua)為熱(re)(re)量，供用戶使(shi)用。因此(ci)水(shui)源(yuan)熱(re)(re)泵(beng)要比(bi)(bi)(bi)電(dian)鍋(guo)爐加(jia)熱(re)(re)節(jie)省三(san)分之(zhi)二以(yi)上的(de)電(dian)能(neng)(neng)(neng)，比(bi)(bi)(bi)燃(ran)料鍋(guo)爐節(jie)省二分之(zhi)一(yi)以(yi)上的(de)能(neng)(neng)(neng)量。水(shui)源(yuan)熱(re)(re)泵(beng)系統(tong)(tong)無任何(he)污(wu)染，由于該機(ji)組(zu)在(zai)制熱(re)(re)過程中(zhong)(zhong)無任何(he)燃(ran)燒(shao)化(hua)(hua)學反(fan)應，不(bu)排放任何(he)廢(fei)棄物，無需設煙(yan)囪，1萬平方米的(de)建筑物一(yi)個(ge)采暖期即可節(jie)煤350噸。可推算出(chu)，本(ben)項(xiang)目水(shui)源(yuan)熱(re)(re)泵(beng)低(di)溫地(di)板輻射供暖系統(tong)(tong)每年可節(jie)煤1300多(duo)噸，環境效益顯著(zhu)。
7.結語
(1)與其他普通(tong)空調器相(xiang)比，水源熱泵低溫(wen)地板輻(fu)射供暖(nuan)系(xi)統與傳統鍋爐(lu)采暖(nuan)初投資相(xiang)差不大， 但(dan)運行費用(yong)低，在滿足相(xiang)同(tong)的熱負荷條件下，水源熱泵低溫(wen)地板輻(fu)射供暖(nuan)系(xi)統可節(jie)省運行費用(yong)。
(2)由于水源熱泵(beng)低溫(wen)(wen)地板輻(fu)射供暖系統無(wu)需直接消耗燃煤、天然氣,使用便捷;可以有效減少溫(wen)(wen)室氣體的(de)排放，對環境保護有積極(ji)的(de)促進(jin)作用。
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