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山東萊州“熱泵+儲(chǔ)能水箱”集中供暖BOT項(xiàng)目方案設(shè)計(jì)
日期:2019-01-03   [復(fù)制鏈接]
責(zé)任編輯:anni_hyp 打印收藏評(píng)論(0)[訂閱到郵箱]
編者按:山東萊州城港路街道朱旺村提供冬季配套采暖熱源,采用“空氣源熱泵+儲(chǔ)能水箱+供熱管網(wǎng)”的型式以及合同能源管理的供熱模式。



本案例為超低溫二聯(lián)供商用產(chǎn)品在北方寒冷地區(qū)新農(nóng)村建設(shè)項(xiàng)目供熱清潔能源市場(chǎng)中的典型應(yīng)用。本項(xiàng)目采用了合同能源管理的方式,為空氣源熱泵在民用供暖領(lǐng)域里的應(yīng)用提供了新的運(yùn)作模式。

1.工程簡(jiǎn)介

項(xiàng)目位于山東萊州城港路街道朱旺村。該村建設(shè)各種設(shè)施配套齊全的高標(biāo)準(zhǔn)小區(qū)住宅樓13棟,共計(jì)500戶。本采暖系統(tǒng)主要為該小區(qū)二期住宅樓(9~13號(hào)樓)提供冬季配套采暖熱源,共有230戶,采暖面積約有26000平方米,開發(fā)商已為全部區(qū)域配備了地暖盤管末端。針對(duì)該項(xiàng)目樓房結(jié)構(gòu)、供熱特點(diǎn)、取暖習(xí)慣等情況。

在對(duì)該建筑的采暖系統(tǒng)進(jìn)行了一系列的設(shè)計(jì)和配置方案對(duì)比,最終采用了“空氣源熱泵+儲(chǔ)能水箱+供熱管網(wǎng)”的型式以及合同能源管理的供熱模式。

北方某小區(qū)“熱泵+儲(chǔ)能水箱”集中供暖BOT項(xiàng)目方案設(shè)計(jì)
該工程2015年8月開始系統(tǒng)設(shè)計(jì),12月中旬竣工、調(diào)試,正常運(yùn)行至今。通過能源管理措施,整個(gè)系統(tǒng)一直運(yùn)行在節(jié)能高效的狀態(tài),室內(nèi)溫度均達(dá)到了合同約定的技術(shù)指標(biāo),經(jīng)銷商的成本回收也能在預(yù)期內(nèi)完成并保證實(shí)現(xiàn)盈利。

2.空調(diào)設(shè)計(jì)

2.1 設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定

甲方提供的建筑圖紙及工程資料;《居住建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》(DB37/5026-2014);《采暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50019-2012);《民用建筑供暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50736-2012);《通風(fēng)與空調(diào)工程施工規(guī)范》GB50738-2011;《通風(fēng)與空調(diào)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》GB50243-2011;《輻射供暖供冷技術(shù)規(guī)程》JGJ 142-2012;《全國(guó)民用建筑工程設(shè)計(jì)技術(shù)措施 / 暖通空調(diào)•動(dòng)力》2009版

2.2采暖設(shè)計(jì)基礎(chǔ)資料

A.室內(nèi)主要空調(diào)設(shè)計(jì)參數(shù)

北方某小區(qū)“熱泵+儲(chǔ)能水箱”集中供暖BOT項(xiàng)目方案設(shè)計(jì)

B.項(xiàng)目所在地室外氣象條件參數(shù)

通過查相關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)范知萊州市所屬煙臺(tái)地區(qū),建筑熱工氣候分區(qū)為寒冷地區(qū),其室外設(shè)計(jì)計(jì)算參數(shù)如下表:

北方某小區(qū)“熱泵+儲(chǔ)能水箱”集中供暖BOT項(xiàng)目方案設(shè)計(jì)
另外,煙臺(tái)市日平均溫度≤+8℃的天數(shù)為140天(11.15~04.03),期間的平均溫度為1.9℃,極端氣溫為-12.8℃。

2.3采暖熱負(fù)荷計(jì)算

供暖系統(tǒng)的設(shè)計(jì)熱負(fù)荷是指在某設(shè)計(jì)室外溫度下,為達(dá)到要求的室內(nèi)溫度,供暖系統(tǒng)在單位時(shí)間內(nèi)向建筑物供給的熱量。冬季供暖系統(tǒng)的熱負(fù)荷應(yīng)根據(jù)建筑物或房間的得、失熱量確定,而建筑物墻壁、窗戶、頂棚等各個(gè)構(gòu)成體傳熱不同均有不同的熱量損失,且與建筑材料的厚度、材質(zhì)都有關(guān)系。

構(gòu)成采暖熱負(fù)荷的因素主要為:1)維護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱耗熱量;2)冷風(fēng)滲透耗熱量;3)冷風(fēng)侵入耗熱量;4)水分蒸發(fā)耗熱量;5)加熱由外部運(yùn)入的冷物料和運(yùn)輸工具的耗熱量;6)通風(fēng)耗熱量;7)最小負(fù)荷班的工藝設(shè)備散熱量;8)熱管道及其他熱表面的散熱量;9)熱物料的散熱量;10)通過其他途徑散失或獲得的熱量等。

采暖熱負(fù)荷采用面積熱指標(biāo)法進(jìn)行估算。根據(jù)甲方條件、工程經(jīng)驗(yàn)及建筑節(jié)能設(shè)計(jì)規(guī)范,結(jié)合本項(xiàng)目建筑物結(jié)構(gòu)情況,在冬季平均氣溫在0℃以上,采暖熱負(fù)荷指標(biāo)按照30W/㎡計(jì)算。值得指出的是,山東省發(fā)布的《居住建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》(DB37/5026-2014)自2015年10月1日起施行,該省成為全國(guó)首個(gè)出臺(tái)并執(zhí)行節(jié)能75%標(biāo)準(zhǔn)的省份;之前至2012年的建筑均執(zhí)行的為65%的標(biāo)準(zhǔn)。

本工程中有效采暖面積為26000㎡,可得采暖負(fù)荷為:

QA=S×Q’=26000㎡×0.03kW/㎡=780KW。

2.4 水系統(tǒng)設(shè)計(jì)

為方便能源管理,采暖水系統(tǒng)采用“儲(chǔ)熱式熱源水循環(huán)加熱方式”,設(shè)計(jì)一個(gè)儲(chǔ)能水箱,該水箱為熱量交換水箱。

北方某小區(qū)“熱泵+儲(chǔ)能水箱”集中供暖BOT項(xiàng)目方案設(shè)計(jì)
主機(jī)側(cè),由空氣源熱泵主機(jī)進(jìn)行小溫差循環(huán)、不斷加熱水箱內(nèi)的水,使水溫保持在設(shè)定溫度;使用側(cè),水箱內(nèi)的水提供為地面輻射采暖末端提供熱量,且能保證5~10℃的運(yùn)行溫差。

北方某小區(qū)“熱泵+儲(chǔ)能水箱”集中供暖BOT項(xiàng)目方案設(shè)計(jì)
本方案中設(shè)計(jì)采用主機(jī)側(cè)水泵為一級(jí)泵、采暖水系統(tǒng)為二級(jí)泵;采用隔斷水箱設(shè)計(jì),主機(jī)側(cè)為定流量循環(huán)、采暖負(fù)荷側(cè)水系統(tǒng)為變流量系統(tǒng)(推薦采暖泵為變頻控制,但考慮到集中供熱的特點(diǎn),變頻泵使用率不高,改用壓差控制)。

雙管制供熱;管路采用同程式的管網(wǎng)系統(tǒng)。

采暖管材:當(dāng)管徑DN<100mm時(shí)采用鍍鋅鋼管,絲接;當(dāng)管徑DN≥100mm時(shí)采用無縫鋼管,焊接。

北方某小區(qū)“熱泵+儲(chǔ)能水箱”集中供暖BOT項(xiàng)目方案設(shè)計(jì)
采用B1級(jí)發(fā)泡橡塑材料保溫,當(dāng)管徑≤100mm時(shí),δ=32mm;100<管徑≤250mm時(shí),δ=40mm。室外管道外設(shè)不小于0.7mm的鋁皮制作防護(hù)層;室外埋地管網(wǎng)做法:除銹/防腐+6cm聚氨酯預(yù)制或現(xiàn)場(chǎng)發(fā)泡保溫+高密度聚乙烯外護(hù)管。

所有水流設(shè)備和附件的工作壓力不小于1.0MPa。

3.冷熱源選型

由前述設(shè)計(jì)計(jì)算可知本項(xiàng)目冬季采暖的熱負(fù)荷分別為780kW。

考慮到萊州市屬于寒冷地區(qū),為保證在低溫環(huán)境條件下機(jī)組提供的熱能可以滿足建筑物的采暖需求,本項(xiàng)目空氣源熱泵設(shè)計(jì)機(jī)型采用了噴氣增焓EVI技術(shù)的超低溫機(jī)組。

二期工程,采暖熱源設(shè)備選用18臺(tái)空氣源熱泵機(jī)組(參數(shù)見表3),安裝在小區(qū)北側(cè)靠臨海邊的空地平臺(tái)上,并預(yù)留一期將增設(shè)的設(shè)備及管網(wǎng)余量。水箱、水泵及電控裝置放在另外搭建的設(shè)備間內(nèi)。

北方某小區(qū)“熱泵+儲(chǔ)能水箱”集中供暖BOT項(xiàng)目方案設(shè)計(jì)
注:機(jī)組的名義制熱量是在名義工況下的參數(shù),即額定工況測(cè)試條件為:干球溫度7℃,濕球溫度6℃,進(jìn)出水溫度40/45℃下測(cè)試得到的數(shù)據(jù)。

由性能測(cè)試實(shí)驗(yàn)室測(cè)得的數(shù)據(jù)可知,該系列機(jī)組在煙臺(tái)市冬季采暖室外計(jì)算干球溫度-5.8℃環(huán)境條件下、出水溫度為45℃、供回水溫差為5℃運(yùn)行時(shí),機(jī)組的制熱量修正系數(shù)為0.69。本系統(tǒng)在最不利的條件下,機(jī)組能夠提供的供熱量為:63*0.69KW/臺(tái)*18臺(tái)=782.46KW,略大于系統(tǒng)所需的780kW的散熱量。

4.系統(tǒng)設(shè)計(jì)

4.1 儲(chǔ)能水箱

本工程所用水箱為熱量交換水箱,水箱的容積根據(jù)采暖系統(tǒng)要求選??;水箱容積越大,儲(chǔ)存的熱量越多,對(duì)整個(gè)采暖系統(tǒng)的穩(wěn)定性來說更有利,但同時(shí)帶來的能量損失也會(huì)越大。

北方某小區(qū)“熱泵+儲(chǔ)能水箱”集中供暖BOT項(xiàng)目方案設(shè)計(jì)
除去末端管路及設(shè)備中的水容量,并綜合考慮熱穩(wěn)定性、投資的經(jīng)濟(jì)性以及以后擴(kuò)容的初投資利用率,本系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用了一個(gè)30噸的保溫水箱。儲(chǔ)能水箱除了儲(chǔ)存熱能的作用外,還有排氣、緩沖、水分壓、排污等功能。

4.2 排氣裝置

管路系統(tǒng)的最高點(diǎn)或局部高點(diǎn)都設(shè)計(jì)并安裝有自動(dòng)排氣閥。

4.3 控制系統(tǒng)

A.熱源設(shè)備的控制

二聯(lián)供機(jī)組的啟??刂撇捎玫氖菣C(jī)組面板的就地控制。二聯(lián)供機(jī)組可根據(jù)回水溫度或水箱溫度(本項(xiàng)目制熱時(shí)為45℃)控制機(jī)組壓縮機(jī)的啟停,來達(dá)到節(jié)能的目的。另外,空氣源二聯(lián)供機(jī)組自帶低水溫保護(hù)、缺水保護(hù)、高低壓保護(hù)等功能。管道式電加熱器作為輔助熱源只有當(dāng)環(huán)境溫度低于某一設(shè)定值、或儲(chǔ)能水箱水溫在特定的時(shí)間內(nèi)無法達(dá)到設(shè)定值時(shí)才開啟。其余時(shí)間,處于關(guān)閉狀態(tài)。

B.采暖水泵的控制

采暖水泵的啟停,受到采暖總回水管的溫度控制。

C.缺水控制

采暖管路供回水總管之間為防止水泵缺水,設(shè)有壓差旁通控制系統(tǒng);壓差旁通閥的分流作用使流經(jīng)熱泵機(jī)組的水量穩(wěn)定不變。另外,熱泵主機(jī)缺水運(yùn)行時(shí),會(huì)開啟水流故障報(bào)警,關(guān)閉壓縮機(jī)及機(jī)組循環(huán)水泵的運(yùn)行。

5.系統(tǒng)節(jié)能措施

本系統(tǒng)自2015年12月運(yùn)行至今,采暖效果良好,均達(dá)到了設(shè)計(jì)技術(shù)指標(biāo),用戶評(píng)價(jià)較高。為加強(qiáng)能源管理,工程商采用了分戶收取整年采暖費(fèi)用的形式,在運(yùn)行過程中根據(jù)用戶的采暖需求,全程記錄了系統(tǒng)的運(yùn)行情況。在2016年1月在該市遇到號(hào)稱50年難得一見的最低氣溫-15℃的條件下,室內(nèi)溫度仍能保證達(dá)到18℃以上。

北方某小區(qū)“熱泵+儲(chǔ)能水箱”集中供暖BOT項(xiàng)目方案設(shè)計(jì)

為節(jié)約運(yùn)行成本,經(jīng)過理論計(jì)算和不斷的實(shí)踐,得知隨著室外溫度的變化宜將水箱內(nèi)水溫設(shè)定在35~45℃之間,此時(shí)室內(nèi)溫度可以保證達(dá)到20℃的設(shè)計(jì)溫度,且運(yùn)行成本最低。在該項(xiàng)目的運(yùn)行及管理中,供暖系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及使用過程中主要采用的節(jié)能措施總結(jié)為以下幾條:

根據(jù)室內(nèi)負(fù)荷和室外氣溫的變化,調(diào)節(jié)熱源水的供水溫度,實(shí)現(xiàn)按需供熱和合理分配,提高能源的利用率,可以達(dá)到最大限度的節(jié)能;

在滿足熱環(huán)境要求的前提下,不要盲目提高供暖系統(tǒng)室內(nèi)設(shè)計(jì)溫度,冬季供暖室溫越高,系統(tǒng)能耗越大;

一般規(guī)律是室內(nèi)溫度每降低1℃可降低能耗5~10%,這是最重要、最有效、實(shí)施最簡(jiǎn)單的措施之一。

在能源管理項(xiàng)目的運(yùn)行過程中,必須通過室溫調(diào)節(jié)和控制設(shè)置,對(duì)地面輻射供暖室內(nèi)末端進(jìn)行切實(shí)的調(diào)節(jié)和控制,否則會(huì)造成嚴(yán)重浪費(fèi)。

6.總結(jié)

低溫?zé)崴匕遢椛洳膳到y(tǒng)的采暖形式是目前空氣源熱泵采暖最合適的末端,使用上最直接、舒服、節(jié)能。本項(xiàng)目也是合同能源管理這種市場(chǎng)化節(jié)能機(jī)制用在民用住宅樓供暖領(lǐng)域的一次成功案例。這種采暖系統(tǒng)操作模式雖然利潤(rùn)較高,但存在前期投入大、回收周期長(zhǎng)等原因,比較適用于大型的、有一定經(jīng)濟(jì)實(shí)力的供暖公司或企業(yè)來運(yùn)營(yíng)。結(jié)合各地對(duì)可再生能源的補(bǔ)貼及電價(jià)優(yōu)惠政策,這種模式可廣泛應(yīng)用于采暖、制冷、供應(yīng)熱水等場(chǎng)所。

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來源:熱泵市場(chǎng)
 
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