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我国随着城市建设的快速发展、人民生活水平的不断提高,人们对居住环境要求越来越高,形成了冬季南方采暖夏季北方空调的局面。但能源储量日益减少,节能减排工作已日趋紧迫,而热泵技术的应用,可使企业在供热领域开拓新的空间,实现节能减排的目的。正因此,热泵的运用在当前迅猛发展。
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$ s3 J; O* T1 y, V i- D 笔者认为热泵、集中供热及燃气供热各有自己的优势和局限性,在工程实践中应当发挥它们的综合优势,达到投资省、运行费用低,安全可靠地为建筑物供热制冷的目的。下面笔者对一个工程实例加以剖析。4 S* {+ F2 ~2 C! ]! a
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1工程背景某
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8 e# f7 \: ?/ [8 v7 V2 ~* r( `6 t' H5 F 小区位于唐山市高新技术开发区,地理位置优越,环境优雅,该项目共分A、B、C、D四个区,其中A、C区为普通高层公寓,采用集中供热,共设一个热力站,只提供冬季供暖。B、D区为豪华别墅和跃层高级公寓,为唐山市顶级豪华小区,要求进行冬季供热、夏季制冷、一年四季24小时提供生活热水。8 C6 I* H8 P1 n# z4 e0 V
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2方案制定该
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/ V* @/ n5 _! l: M$ F2 Z 小区B、D区定位于高端建筑市场,需提供优质的供热、制冷及生活热水服务,为此,确定可再生能源供热、制冷方案。可再生能源应用属国家重点推广应用技术,具有环保、节能、可持续利用的特点。该项目供热(制冷)方案:因为考虑到水源热泵回灌问题,随地下水下降水量不足及由此引起地面沉降问题,还有国家政策不提倡水源热泵,建议不采用水源热泵而采用土壤源供热制冷,供热不足部分以集中供热作为补充,制冷不足部分用冷却塔补充,使进出土壤的冷热量达到完全的平衡,以使土壤源长久使用。生活热水系统冬季采用集中供热、夏季采用热回收热泵提供,春秋两季采用燃气锅炉提供热水。本方案提供最大限度供热、制冷及生活热水保障,打造唐山市顶级绿色环保+时尚豪华小区。( ]. g! T% J; }7 [( H
) m0 A" }# w" _/ z5 } 3项目基本情况; l$ W) D$ A1 K* V$ C+ {* i7 S
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3.1项目要求:B、D区室内系统为地板供热+风机盘管系统,要求冬季供热,夏季制冷,并且提供24小时生活热水供应。
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3.2基本参数及计算基准
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3.2.1别墅:采暖热指标为40W/m2,制冷冷指标为100W/m2;3.2.2高层楼:采暖热指标为40W/m2,制冷冷指标为100W/m2;3.2.3综合服务楼:采暖热指标为45W/m2,制冷冷指标为100W/m2;3.2.4土壤原始平均温度:13℃左右;3.2.5夏季平均单孔换热量60W/m;冬季平均单孔换热量40W/m;3.2.6生活热水设计参数:按550户(其中别墅41套,豪华跃层住宅509户)、每人每日最高日用水定额100L来计算,热水温度取50℃。
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2 M% l# T# n7 V" J! h5 V8 ~ 4B、D区具体方案
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9 M v! G; p! @ a* F4 r 4.1B、D区为一个整体,共用一个热力站,都统一考虑。分3系统:夏季制冷系统、冬季供热系统及生活热水系统。制冷、供热采用地源热泵,地源冷负荷不足时用冷却塔补充,地源热负荷不足时用集中供热回水补充。土壤热源以冷量为准,热量比冷量多的部分,由集中供热一次回水的热量进行补充,达到一年内土壤冷热量的总体平衡。生活热力系统冬季采用集中供热回水加热;夏季采用可回收式热泵的冷凝水加热,附以燃气炉补充加热;春、秋采用燃气炉加热。几种热源可互为备用,确保供热制冷的安全稳定。6 ~7 w. ]1 E: @( k% Q- c* Q' ]# E
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4.2室内系统
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4.2.1高、低分区:由于最高建筑为22层住宅楼,所以室内系统分为高、低2个区,1~11层为低区,建筑面积为92141.69平方米;12~22层为高区,建筑面积为24401.78平方米。高、低区冷、热负荷计算表见下表;由于有12层楼房,12层不分区,所以低区定压按12层计算,定压压力设为0.4MPa。高区定压按22层计算,定压压力设为0.7MPa。2 m/ Y! K8 m" Q- h' x! P
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4.2.2室内冬季采暖采用地板供热,夏季制冷采用风机盘管系统,供热与制冷的切换在室内进行。$ W f4 `5 W$ W1 d
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4.2.3室内热水系统按11层分高低区,与上水系统一起布置,入户装置与上水入户装置放入一个入户井中,热水进水管和回水管各加一块热水表,2块表计数差为该户用水量。
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4.3室外管网4.3.1室外管网对应室内系统也分高、低区2个系统。低区中的B区别墅区单独引入机房,B、D区的高层1~11层单独引入机房,低区在机房内设集、分水器,有利在机房内进行调节。7 x. i8 G3 c0 P( V0 T
# ^1 \$ m H, A/ y0 }1 w 4.3.2为节省资金投入室外管网制冷、供热用同一管网,会造成冬季采暖运行严重失调。制冷时:别墅冷负荷100W,高层冷负荷100W,温差5℃。供热时:别墅热负荷40W,高层热负荷40W,温差10℃。冬季运行阻力太小,不平衡率太大,会造成庭院管网的严重失调。采用措施是在制冷入户小室的回水管上加旁通(如下图),供热时开启旁通阀,关闭制冷回水阀,使供暖时管网阻力达到平衡。
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" F" [* E% X4 d. Z8 ] 4.3.3采用土壤源热泵:按单井120m计算,共布置了661口井,井径φ150,井间距4.5m,单U埋管。冷负荷估算:661×60×120=4759kW;热负荷估算:661×40×120=3173kW。7 k% L6 T* t: v, L" o% }6 b
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4.3.4生活热水管网:生活热水管网分高、低2个区,都设循环回水管,主管线沿供热二次网布置,各楼的生活热水入户管线接至给定的上水入户井中。
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( a& I: q+ B: k# S) v 4.3.5供热制冷、生活水高低分区共8根直埋管线水平布置,并有足够的沟宽。# D2 ?% l( O$ N
+ X- {7 a# C: @4 t: ?9 M7 R6 v1 a+ y 4.4机房4.4.1设2个独立机房,一个热泵主机房及一个燃气真空炉机房。燃气真空炉机房内不设动力设备,只用管道与主机房相联。
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0 @: X0 F8 H' L; T3 h" p 4.4.2燃气真空炉机房内安装一台1400kW(2吨)真空燃气锅炉,型号:SV-13005G-H·W。按550户(其中别墅41套,豪华跃层住宅509户)、每人每日最高日用水定额100L来计算,冷水温度取10℃,热水温度取60℃。每天需要177t热水,考虑晚上集中6个小时连续使用,热水流量为30t/h,温差为50℃,热负荷为1380kW。燃气用量为160m3/h。2 `9 G3 I- B1 [8 @
: [1 A' ~% E- K# z( X+ `1 J 4.4.3热泵主机房4.4.3.1低区:冷负荷为6877kW,热负荷3685kW,土壤源可提供4759kW的冷量,冷却塔需提供2117kW的冷量。
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) W2 n+ }9 J) ?3 B7 n d( e9 q! V, p 所以可以选取型号为KCWF2620BR土壤源热泵3台,制冷量2190kW,输入功率387kW;制热量为2330kW,输入功率492kW。2台采用土壤源热泵,1台机组代热回收装置,热回收功率657kW,同时采用冷却塔冷却。
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* |2 l! S- O( y8 f$ C0 J9 A4 N$ r$ d 4.4.3.2高区:冷负荷为1466kW,热负荷988kW,制冷时需使用冷却塔。所以可以选取型号为KCWF2410BR土壤源热泵2台,代热回收装置,热回收功率434kW。制冷量1448kW,输入功率262kW,制热量为1555kW,输入功330kW。, C# }7 A) c3 Z, k) q# C
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4.4.3.3土壤冷热量的平衡:5 s: \$ P3 s I' p, F" Z* O
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夏季放入土壤热量:4759kW×90×12×3600/109=18503GJ?) |6 _2 ], t' B7 F( `8 U, m7 b* B1 n
# F% f3 T! E* t: ?6 M 生活热水回收热量:1380kW×90×6×3600/109=2683GJ冬季取自土壤热量:3173kW×136×24×3600/109=37284GJ土壤可取出热量比取出的冷量大21464GJ,为达到冷热负荷的平衡,冬季需用集中供热补充21464GJ。3 V2 Y0 B* }" A9 j
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4.4.3.4热力站总用电负荷:2000kW。3 Z7 a6 X+ I" K4 d( U
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5总结及结论土壤源热泵的优点是:热源稳定,可以冬季供热夏季制冷,特别是在夏季制冷时运行费用较低,有明显优势;缺点是:打井占地面积大,初投资大。集中供热的优点是:热源稳定,初投资和运行费用较低,有明显优势;缺点是:只能冬季供热不能夏季制冷,集中供热热源紧张。天然气的优点是:春秋及夏季气量充裕,运行费用适中;缺点是:冬季用气紧张,运行费用比集中供热高。在本工程中,充分综合了这3种供热形式的优势,首先土壤源夏季提供60%的冷负荷,大部分时间由土壤源制冷,从而保证夏季制冷的运行费最低,在极端负荷的情况下由冷却塔补充制冷,由于减少40%的打井数量,可以减小初投资。冬季供热时按夏季放入土壤中的热量为准,在每天的用电低谷时开启土壤源热泵,以达到最低的运行成本,不足部分以集中供热作为补充,使进出土壤的冷热量达到完全的平衡,以使土壤源长久使用。生活热水系统冬季采用集中供热,夏季采用热回收热泵提供,春秋二季采用燃气锅炉提供热水,这样生活热水的运行成本亦可以达到最低。本项目在节省初投资,保证土壤源冷热平衡情况下,使运行费用最低,这充分体现运用多种能源及节能技术进行供热制冷的综合优势。
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我国随着城市建设的快速发展、人民生活水平的不断提高,人们对居住环境要求越来越高,形成了冬季南方采暖夏季北方空调的局面。但能源储量日益减少,节能减排工作已日趋紧迫,而热泵技术的应用,可使企业在供热领域开拓新的空间,实现节能减排的目的。正因此,热泵的运用在当前迅猛发展。
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& L2 u! a1 t2 r! D6 P 笔者认为热泵、集中供热及燃气供热各有自己的优势和局限性,在工程实践中应当发挥它们的综合优势,达到投资省、运行费用低,安全可靠地为建筑物供热制冷的目的。下面笔者对一个工程实例加以剖析。% l; R, x* b& O9 h+ \# E7 f2 A
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1工程背景某
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小区位于唐山市高新技术开发区,地理位置优越,环境优雅,该项目共分A、B、C、D四个区,其中A、C区为普通高层公寓,采用集中供热,共设一个热力站,只提供冬季供暖。B、D区为豪华别墅和跃层高级公寓,为唐山市顶级豪华小区,要求进行冬季供热、夏季制冷、一年四季24小时提供生活热水。8 L; k: K5 o9 k& L9 s, h# i1 i
`. w, J5 v: R. u7 @( L 2方案制定该: J6 d& D+ s4 I, e. w) E
' c; L6 x9 r0 j( w& @ 小区B、D区定位于高端建筑市场,需提供优质的供热、制冷及生活热水服务,为此,确定可再生能源供热、制冷方案。可再生能源应用属国家重点推广应用技术,具有环保、节能、可持续利用的特点。该项目供热(制冷)方案:因为考虑到水源热泵回灌问题,随地下水下降水量不足及由此引起地面沉降问题,还有国家政策不提倡水源热泵,建议不采用水源热泵而采用土壤源供热制冷,供热不足部分以集中供热作为补充,制冷不足部分用冷却塔补充,使进出土壤的冷热量达到完全的平衡,以使土壤源长久使用。生活热水系统冬季采用集中供热、夏季采用热回收热泵提供,春秋两季采用燃气锅炉提供热水。本方案提供最大限度供热、制冷及生活热水保障,打造唐山市顶级绿色环保+时尚豪华小区。
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: j! b7 v; f3 ]7 D4 I 3项目基本情况, f0 u: u+ e% k+ T- D
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3.1项目要求:B、D区室内系统为地板供热+风机盘管系统,要求冬季供热,夏季制冷,并且提供24小时生活热水供应。
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3.2基本参数及计算基准
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0 A6 n; `' }* C1 M 3.2.1别墅:采暖热指标为40W/m2,制冷冷指标为100W/m2;3.2.2高层楼:采暖热指标为40W/m2,制冷冷指标为100W/m2;3.2.3综合服务楼:采暖热指标为45W/m2,制冷冷指标为100W/m2;3.2.4土壤原始平均温度:13℃左右;3.2.5夏季平均单孔换热量60W/m;冬季平均单孔换热量40W/m;3.2.6生活热水设计参数:按550户(其中别墅41套,豪华跃层住宅509户)、每人每日最高日用水定额100L来计算,热水温度取50℃。! ]! l4 v8 k! Z& \, L9 e7 y" X. O
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0 F' ~& @. X8 V$ K% S! [ 4.1B、D区为一个整体,共用一个热力站,都统一考虑。分3系统:夏季制冷系统、冬季供热系统及生活热水系统。制冷、供热采用地源热泵,地源冷负荷不足时用冷却塔补充,地源热负荷不足时用集中供热回水补充。土壤热源以冷量为准,热量比冷量多的部分,由集中供热一次回水的热量进行补充,达到一年内土壤冷热量的总体平衡。生活热力系统冬季采用集中供热回水加热;夏季采用可回收式热泵的冷凝水加热,附以燃气炉补充加热;春、秋采用燃气炉加热。几种热源可互为备用,确保供热制冷的安全稳定。
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% `& t" J6 v( v7 J# u 4.2.1高、低分区:由于最高建筑为22层住宅楼,所以室内系统分为高、低2个区,1~11层为低区,建筑面积为92141.69平方米;12~22层为高区,建筑面积为24401.78平方米。高、低区冷、热负荷计算表见下表;由于有12层楼房,12层不分区,所以低区定压按12层计算,定压压力设为0.4MPa。高区定压按22层计算,定压压力设为0.7MPa。
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4.2.2室内冬季采暖采用地板供热,夏季制冷采用风机盘管系统,供热与制冷的切换在室内进行。
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6 Q. Q9 G8 A4 |/ e. y4 } 4.2.3室内热水系统按11层分高低区,与上水系统一起布置,入户装置与上水入户装置放入一个入户井中,热水进水管和回水管各加一块热水表,2块表计数差为该户用水量。% w; D! F. A5 S4 Z6 o3 z
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4.3室外管网4.3.1室外管网对应室内系统也分高、低区2个系统。低区中的B区别墅区单独引入机房,B、D区的高层1~11层单独引入机房,低区在机房内设集、分水器,有利在机房内进行调节。2 h: m6 {2 M0 Z$ N, m# v, g
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4.3.2为节省资金投入室外管网制冷、供热用同一管网,会造成冬季采暖运行严重失调。制冷时:别墅冷负荷100W,高层冷负荷100W,温差5℃。供热时:别墅热负荷40W,高层热负荷40W,温差10℃。冬季运行阻力太小,不平衡率太大,会造成庭院管网的严重失调。采用措施是在制冷入户小室的回水管上加旁通(如下图),供热时开启旁通阀,关闭制冷回水阀,使供暖时管网阻力达到平衡。# N3 W5 H1 _. A0 I2 S
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4.3.3采用土壤源热泵:按单井120m计算,共布置了661口井,井径φ150,井间距4.5m,单U埋管。冷负荷估算:661×60×120=4759kW;热负荷估算:661×40×120=3173kW。
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4.3.4生活热水管网:生活热水管网分高、低2个区,都设循环回水管,主管线沿供热二次网布置,各楼的生活热水入户管线接至给定的上水入户井中。& z% b- P0 w9 i
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4.3.5供热制冷、生活水高低分区共8根直埋管线水平布置,并有足够的沟宽。. t1 |, L) ~6 s9 J$ r: B0 m
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4.4机房4.4.1设2个独立机房,一个热泵主机房及一个燃气真空炉机房。燃气真空炉机房内不设动力设备,只用管道与主机房相联。/ P& _- m% @; \4 }) c5 {3 d3 X0 x7 H
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4.4.2燃气真空炉机房内安装一台1400kW(2吨)真空燃气锅炉,型号:SV-13005G-H·W。按550户(其中别墅41套,豪华跃层住宅509户)、每人每日最高日用水定额100L来计算,冷水温度取10℃,热水温度取60℃。每天需要177t热水,考虑晚上集中6个小时连续使用,热水流量为30t/h,温差为50℃,热负荷为1380kW。燃气用量为160m3/h。) O5 @/ G/ @( U* T2 S
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4.4.3热泵主机房4.4.3.1低区:冷负荷为6877kW,热负荷3685kW,土壤源可提供4759kW的冷量,冷却塔需提供2117kW的冷量。
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$ D1 v/ H' _2 g2 a) v& N! K2 u 所以可以选取型号为KCWF2620BR土壤源热泵3台,制冷量2190kW,输入功率387kW;制热量为2330kW,输入功率492kW。2台采用土壤源热泵,1台机组代热回收装置,热回收功率657kW,同时采用冷却塔冷却。0 {: Y2 r6 [8 ?
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4.4.3.2高区:冷负荷为1466kW,热负荷988kW,制冷时需使用冷却塔。所以可以选取型号为KCWF2410BR土壤源热泵2台,代热回收装置,热回收功率434kW。制冷量1448kW,输入功率262kW,制热量为1555kW,输入功330kW。
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7 O. B' Z+ H5 |9 n! b0 o0 r 4.4.3.3土壤冷热量的平衡:
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+ K" q( c& v% ?2 Y 夏季放入土壤热量:4759kW×90×12×3600/109=18503GJ?0 H% A1 A, Q5 B5 W1 X, ?3 P
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生活热水回收热量:1380kW×90×6×3600/109=2683GJ冬季取自土壤热量:3173kW×136×24×3600/109=37284GJ土壤可取出热量比取出的冷量大21464GJ,为达到冷热负荷的平衡,冬季需用集中供热补充21464GJ。' d$ Y% u8 a! x, O9 p6 E" m
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5总结及结论土壤源热泵的优点是:热源稳定,可以冬季供热夏季制冷,特别是在夏季制冷时运行费用较低,有明显优势;缺点是:打井占地面积大,初投资大。集中供热的优点是:热源稳定,初投资和运行费用较低,有明显优势;缺点是:只能冬季供热不能夏季制冷,集中供热热源紧张。天然气的优点是:春秋及夏季气量充裕,运行费用适中;缺点是:冬季用气紧张,运行费用比集中供热高。在本工程中,充分综合了这3种供热形式的优势,首先土壤源夏季提供60%的冷负荷,大部分时间由土壤源制冷,从而保证夏季制冷的运行费最低,在极端负荷的情况下由冷却塔补充制冷,由于减少40%的打井数量,可以减小初投资。冬季供热时按夏季放入土壤中的热量为准,在每天的用电低谷时开启土壤源热泵,以达到最低的运行成本,不足部分以集中供热作为补充,使进出土壤的冷热量达到完全的平衡,以使土壤源长久使用。生活热水系统冬季采用集中供热,夏季采用热回收热泵提供,春秋二季采用燃气锅炉提供热水,这样生活热水的运行成本亦可以达到最低。本项目在节省初投资,保证土壤源冷热平衡情况下,使运行费用最低,这充分体现运用多种能源及节能技术进行供热制冷的综合优势。 |
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