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淺談地源熱泵(地下水式)在地板輻射 供冷供熱工程實踐中的應用

發布時間:2016-07-14  文章來源:王穎  瀏覽量:[]

(四川自力建筑勘測設計有限公司  四川  瀘州  646000)

1、引言

日本野外强奷在线播放 能源和環保是人類生存和發展的兩大主題,是全球關注的問題。建筑節能是貫徹可持續發展戰略的重要組成部分,是執行國家節約能源、保護環境基本國策的重要措施,是建筑發展的大趨勢。建筑能耗以供熱采暖和空調能耗為主,地源熱泵供熱供冷是一種使用可再生能源的高效節能、環保型的工程系統,冬季向建筑物供熱,夏季又可供冷,可廣泛應用與各類建筑中。

地下水式水源熱泵概念:地下水式水源熱泵空調系統,是一種以水為低位熱源,利用地下式水源熱泵機組為空調系統制備與提供冷/熱水,再通過空調末端設備實現房間空氣調節的系統形式、作為低位熱源的水體,可以利用溫度合適的地下水、地表水(含海水、江水等)、再生水(城市生活污水、工業廢水、礦山廢水、油田廢水和熱電廠冷卻水等人工利用后排放且經過處理的水源)等。

日本野外强奷在线播放 地下水式水源熱泵空調系統的組成,如圖。




室內地板輻射供冷供熱技術,優點是熱舒適性好,空調環境安靜。運行費用低,本文以新疆庫爾勒某住宅小區應用地源熱泵為小區住戶提供供冷供熱及生活熱水作具體分析。

工程概況及系統設計本工程為巴州庫爾勒永樂·陽光水岸水源熱泵中央空調與供暖系統設計,工程位于庫爾勒市區,永樂·陽光水岸是集高層住宅與商業廣場為一體的高品位社區,總建筑面積為193580m2,其中地上建筑面積為177943m2,地下建設置三座機房四個系統,采用高溫高效型水源熱泵機組提供冷、熱源,冬季為住宅樓、商業廣場供暖,夏季為住宅樓、商業廣場制冷。筑面積為15637m2;高層住宅樓面積為100728 m2,多層住宅樓面積為42278m2,商業廣場建筑面積為33447m2。本工程分三期,一期為11棟多層建筑:二期為5棟高層商住樓:三期為5棟高層商住樓。

本工程分三期,一期為多層建筑:二期為高層商住樓:三期為高層住宅。


日本野外强奷在线播放 一期外網系統圖

住宅采暖采用低溫地板輻射供暖系統,冬季熱水供回水溫度為45/38℃。夏季供水溫度為18/21℃,管路按照夏季工況進行設計。商業廣場采用中央空調系統,冬季熱水供回水溫度為45/40℃,夏季冷水供回水溫度為7/12℃。住宅供冷不使用熱泵機組,只運行深井泵,抽取地下水,地下水溫為15℃,通過板式換熱器換熱后供水溫度為18℃,供入住戶后,進過地板輻射盤管熱交換后,回水溫度為約1℃,實測下午六點室外干球溫度為33.1℃,濕球溫度為21.2℃,相對濕度34.4%,客廳新疆庫爾勒市區七月份實測平均溫度


室外溫度:

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日本野外强奷在线播放 地點

日本野外强奷在线播放 干球溫度

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9:00

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18

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微干熱

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室外

33.1

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日本野外强奷在线播放 34.4

干熱

22:00

室外

27

日本野外强奷在线播放 18

42

較舒適

沒有空調房間的室內溫度:

時間

地點

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濕球溫度

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日本野外强奷在线播放 熱感覺

9:00

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20.2

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普通臥室

日本野外强奷在线播放 29.1

22.5

57.4

微干熱

22:00

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地板輻射房間實測溫度

時間

地點

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相對濕度

熱感覺

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19:30

客廳

25

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63.9

日本野外强奷在线播放 舒適

19:30

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25

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57.4

日本野外强奷在线播放 舒適

庫爾勒為干燥地區,室外夏季炎熱,冬季寒冷,相對濕度冬季為20%左右,夏季為40%左右,夏季空氣露點溫度為13℃左右,目前供水溫度為18℃,供水溫度在空氣露點溫度以上,很適合夏季利用地板輻射盤管供冷進行室內環境的降溫,并且沒有室內比較寧靜,沒有風機噪音的問題,地板有蓄冷的作用,熱惰性比較好,地板表面輻射溫度比較低,冷輻射效果比較好。

日本野外强奷在线播放 本工程打7口井,兩口抽水井,單口出水量120m3/h,5口回灌井,單口井回灌量60m3/h,單口井深140米,井直徑為600mm,井的間距為不小于60米。


日本野外强奷在线播放 2、工程設計依據規范

日本野外强奷在线播放 1、《采暖通風與空氣調節設計規范》                       (GB50019-2003)

日本野外强奷在线播放 2、《建筑給水排水及采暖工程施工質量驗收規范》           (GB50045-95)(2005版)

3、《公共建筑節能設計標準》                             (GB50189-2005)

4、《通風與空調工程施工質量驗收規范》                   (GB50243-2002)

日本野外强奷在线播放 5、《地源熱泵系統工程設計規范》                         (GB50366-2006)

日本野外强奷在线播放 6、國家有關設計施工規范

3、工程設計原則:

工程方案中明確的幾個設計原則如下:

1. 在熱輻射的作用下,維護結構內表面和室內其他物體的溫度,都比對流供熱時高,人體的輻射散熱相應減少,人的實際感覺比相同室內溫度對流供暖時舒適得多。

日本野外强奷在线播放 2. 由于直接滿足了輻射負荷,而且室內空氣的流動速度處于自然通風水平,因此能創造舒適度優于其他供暖和空調系統的綠色環境。

日本野外强奷在线播放 3. 既能供暖,又可供冷,一套設備,兩種用途。

4. 由于有輻射強(照)度和溫度的綜合利用,供冷(暖)負荷可減少約15%左右;不僅節省能耗,而且初投資與運行費用都相應減少。

5. 輻射供冷供熱加上置換通風或常規新風系統,可以創造出符合綠色要求的仿自然通風環境。

日本野外强奷在线播放 6. 避免了冷卻盤管在濕工況下運行的弊端,沒有潮濕的表面,杜絕細菌滋生,不僅改善了衛生條件,而且減少了金屬的腐蝕機會。

7. 不會產生空調器、風機盤管機組、誘導器、風機動力箱等無法避免的噪音。

8. 由于地面樓板,外墻、隔墻等構造具有較大的蓄熱功能,使峰值負荷減少。

供冷負荷的確定

日本野外强奷在线播放 輻射供冷系統的負荷

用地下水資源,做到熱能綜合利用,達到最佳經濟運行狀態。

地面輻射供冷供熱系統的施工安裝比較方便簡單,造價低,

地面輻射供冷供熱為一個系統,其系統新式、盤管管材、敷設方式等都是相同的。本工程盤管的設計與布置,以夏季供冷工況進行,盤管間距控制在150mm,由于庫爾勒地區夏季的相對濕度很低,據實測數據為30%左右,空氣露點溫度大約在15攝氏度,地面供水溫度為16攝氏度。可以不考慮濕度的影響,不采取防結露的措施。為了保證室內空氣的品質,住戶可根據自己的需求在二裝時安裝室內換氣扇,換氣次數為不小于1次/小時,換氣扇為夏季使用,冬季必須關閉好,防止冷風滲透。

本小區一期為多層住宅小區,面積約5萬平方米,由住宅、會所、幼兒園,商場組成,地源熱泵為小區提供冷熱源,住宅住宅、幼兒園末端采用地板輻射供冷供熱系統,會所、商場末端采用半集中式空氣處理系統,住宅主立管采用同程式系統,解決每戶的水力失調問題,外網也采用同程式系統,解決每個單元建筑水力失調問題。會所、商場建筑為一個系統,室內外管道均采用異程是系統,節約管路造價,阻力平衡由管路平衡閥解決。

日本野外强奷在线播放 商業廣場中央空調系統冷、熱負荷計算表


日本野外强奷在线播放 序號


日本野外强奷在线播放 項目

面積

m2

日本野外强奷在线播放 單位冷負荷

日本野外强奷在线播放 W/m2

總冷負荷

日本野外强奷在线播放 KW

單位熱負荷

W/m2

總熱負荷

KW

日本野外强奷在线播放 1

多層住宅樓

42278

40


45


日本野外强奷在线播放 2

幼兒園

1350

80


48

日本野外强奷在线播放 3

日本野外强奷在线播放 商業

33447

日本野外强奷在线播放 100

3345

50

2341

日本野外强奷在线播放 2、衛生生活熱負荷計算:

日本野外强奷在线播放 業主每戶每天需要100升衛生生活熱水,共500戶需要150噸衛生生活熱水。

生活熱水負荷計算如下(按照將10℃自來水加熱到45℃衛生生活熱水計算)。

日本野外强奷在线播放 熱水耗熱量:Q=1.163×50×(45-10) =2035.25KW

熱水機組每日累計運行12小時,則熱水機組制熱量為170KW。

3、水源熱泵機組選型:

根據以上冷、熱負荷計算,確定水源熱泵中央空調與供暖系統選用如下設備:

選用:2臺高溫高效型水源熱泵機組(該機組制熱量:2106KW/臺,制熱功率:494KW/臺)為住宅樓采暖系統低區供暖;

日本野外强奷在线播放 選用:2臺0高溫高效型水源熱泵機組(該機組制熱量:1871KW/臺,制熱功率:446KW/臺;制冷量:1665KW/臺,制熱功率:253KW/臺)為商業廣場供暖、制冷。

日本野外强奷在线播放 選用:1臺高溫高效型水源熱泵熱水機組(該機組制熱量:531KW/臺,制熱功率:125KW/臺)為住宅樓提供衛生生活熱水;

機房位置的確定:地源熱泵機房設置在負荷的幾何中心,并且在機房內采取消聲隔振防電磁輻射的措施,減少對小區內住戶生活的影響,實際情況是多層系統中心機房單獨選址確定,經權衡比較后,多層系統機房確定在網球場地下層,地下總建筑面積為400平方米,層高為梁下3.8米,實際建筑層高為5.1米,詳見機房工藝布置圖。

室外供熱(冷)外網采用直埋管道敷設,管路采用同程式系統,有利于每個單元的水力平衡,減少各個單元的水力失調;每個單元立管同時也采用同程式系統,較少各個用戶的水力失調,從工程經濟及管路系統平衡設計角度,雖然增加了一些立管的造價,但是解決了水力失調的問題。 為以后的運行效果創造了好的條件。

本設計的運行調節問題,該系統是按照夏季工況進行布管設計,盤管間距為150mm,供回水溫度為18/21℃,單位面積供冷量為40W/m2左右。

日本野外强奷在线播放 在夏季住宅客廳實測溫度為25攝氏度,

1、 系統性能、經濟性能分析

日本野外强奷在线播放 系統冷暖兩用,并提供熱水,冷暖費用為50元/平方米,生活熱水5元/立方米,與同面積的居住面積比較,采暖和夏季制冷費用節約30%并且住戶可以節省購買壁掛爐和家用空調的一次費用,平均每戶節省開支為2萬元左右。由于地源熱泵的能效比達到4以上,冬季把儲存在地下的熱量去處理,通過高效壓縮機,變為高品味熱能,供冬季取暖使用,實際的運行成本主要是壓縮機,及水泵消耗的電能,同樣的一度電,通過壓縮機可產生至少4倍的熱量,提供給住戶取暖。

日本野外强奷在线播放 夏季的制冷運行,通過深水離心吸水泵抽取地下水恒溫水的,水溫為14℃,通過板式換熱器交換熱量后,室內供水溫度為18℃左右,室內回水溫度為21℃左右,主要運行費用主要是水泵的電費,沒有其他的運行費用,住戶反饋意見非常滿意,制冷費用少,室內安靜,舒適性很好,沒有常規空調的吹風感。

2、 總結

日本野外强奷在线播放 地下水式水源熱泵在地板輻射供冷供熱綜合能效比高,節能效果為,地板輻射供冷供熱在西北干燥地區有很大的節能前景。

室外溫度:

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%


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日本野外强奷在线播放 庫爾勒為干燥地區,室外夏季炎熱,冬季寒冷,相對濕度冬季為20%左右,夏季為40%左右,夏季空氣露點溫度為13℃左右,目前供水溫度為18℃,供水溫度在空氣露點溫度以上,很適合夏季利用地板輻射盤管供冷進行室內環境的降溫,并且沒有室內比較寧靜,沒有風機噪音的問題,地板有蓄冷的作用,熱惰性比較好,地板表面輻射溫度比較低,冷輻射效果比較好。

日本野外强奷在线播放 本工程打7口井,兩口抽水井,單口出水量120m3/h,5口回灌井,單口井回灌量60m3/h,單口井深140米,井直徑為600mm,井的間距為不小于60米。

2、工程設計依據規范

1、《采暖通風與空氣調節設計規范》                       (GB50019-2003)

2、《建筑給水排水及采暖工程施工質量驗收規范》           (GB50045-95)(2005版)

3、《公共建筑節能設計標準》                             (GB50189-2005)

4、《通風與空調工程施工質量驗收規范》                   (GB50243-2002)

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6、國家有關設計施工規范

3、工程設計原則:

日本野外强奷在线播放 工程方案中明確的幾個設計原則如下:

1. 在熱輻射的作用下,維護結構內表面和室內其他物體的溫度,都比對流供熱時高,人體的輻射散熱相應減少,人的實際感覺比相同室內溫度對流供暖時舒適得多。

2. 由于直接滿足了輻射負荷,而且室內空氣的流動速度處于自然通風水平,因此能創造舒適度優于其他供暖和空調系統的綠色環境。

日本野外强奷在线播放 3. 既能供暖,又可供冷,一套設備,兩種用途。

4. 由于有輻射強(照)度和溫度的綜合利用,供冷(暖)負荷可減少約15%左右;不僅節省能耗,而且初投資與運行費用都相應減少。

5. 輻射供冷供熱加上置換通風或常規新風系統,可以創造出符合綠色要求的仿自然通風環境。

6. 避免了冷卻盤管在濕工況下運行的弊端,沒有潮濕的表面,杜絕細菌滋生,不僅改善了衛生條件,而且減少了金屬的腐蝕機會。

7. 不會產生空調器、風機盤管機組、誘導器、風機動力箱等無法避免的噪音。

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地面輻射供冷供熱系統的施工安裝比較方便簡單,造價低,

地面輻射供冷供熱為一個系統,其系統新式、盤管管材、敷設方式等都是相同的。本工程盤管的設計與布置,以夏季供冷工況進行,盤管間距控制在150mm,由于庫爾勒地區夏季的相對濕度很低,據實測數據為30%左右,空氣露點溫度大約在15攝氏度,地面供水溫度為16攝氏度。可以不考慮濕度的影響,不采取防結露的措施。為了保證室內空氣的品質,住戶可根據自己的需求在二裝時安裝室內換氣扇,換氣次數為不小于1次/小時,換氣扇為夏季使用,冬季必須關閉好,防止冷風滲透。

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2、衛生生活熱負荷計算:

業主每戶每天需要100升衛生生活熱水,共500戶需要150噸衛生生活熱水。

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熱水耗熱量:Q=1.163×50×(45-10) =2035.25KW

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選用:2臺高溫高效型水源熱泵機組(該機組制熱量:2106KW/臺,制熱功率:494KW/臺)為住宅樓采暖系統低區供暖;

選用:2臺0高溫高效型水源熱泵機組(該機組制熱量:1871KW/臺,制熱功率:446KW/臺;制冷量:1665KW/臺,制熱功率:253KW/臺)為商業廣場供暖、制冷。

選用:1臺高溫高效型水源熱泵熱水機組(該機組制熱量:531KW/臺,制熱功率:125KW/臺)為住宅樓提供衛生生活熱水;

機房位置的確定:地源熱泵機房設置在負荷的幾何中心,并且在機房內采取消聲隔振防電磁輻射的措施,減少對小區內住戶生活的影響,實際情況是多層系統中心機房單獨選址確定,經權衡比較后,多層系統機房確定在網球場地下層,地下總建筑面積為400平方米,層高為梁下3.8米,實際建筑層高為5.1米,詳見機房工藝布置圖。

室外供熱(冷)外網采用直埋管道敷設,管路采用同程式系統,有利于每個單元的水力平衡,減少各個單元的水力失調;每個單元立管同時也采用同程式系統,較少各個用戶的水力失調,從工程經濟及管路系統平衡設計角度,雖然增加了一些立管的造價,但是解決了水力失調的問題。 為以后的運行效果創造了好的條件。

本設計的運行調節問題,該系統是按照夏季工況進行布管設計,盤管間距為150mm,供回水溫度為18/21℃,單位面積供冷量為40W/m2左右。

在夏季住宅客廳實測溫度為25攝氏度,

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系統冷暖兩用,并提供熱水,冷暖費用為50元/平方米,生活熱水5元/立方米,與同面積的居住面積比較,采暖和夏季制冷費用節約30%并且住戶可以節省購買壁掛爐和家用空調的一次費用,平均每戶節省開支為2萬元左右。由于地源熱泵的能效比達到4以上,冬季把儲存在地下的熱量去處理,通過高效壓縮機,變為高品味熱能,供冬季取暖使用,實際的運行成本主要是壓縮機,及水泵消耗的電能,同樣的一度電,通過壓縮機可產生至少4倍的熱量,提供給住戶取暖。

夏季的制冷運行,通過深水離心吸水泵抽取地下水恒溫水的,水溫為14℃,通過板式換熱器交換熱量后,室內供水溫度為18℃左右,室內回水溫度為21℃左右,主要運行費用主要是水泵的電費,沒有其他的運行費用,住戶反饋意見非常滿意,制冷費用少,室內安靜,舒適性很好,沒有常規空調的吹風感。

日本野外强奷在线播放 2、 總結

地下水式水源熱泵在地板輻射供冷供熱綜合能效比高,節能效果為,地板輻射供冷供熱在西北干燥地區有很大的節能前景。