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运用多种能源及节能技术进行供热制冷的优势

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发表于 2013-10-23 11:30:01 |显示全部楼层
  制冷网快讯: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。- q5 f0 D5 I2 t, l* I  u
: v( Z& O+ q( p4 c4 v7 o. T) `
  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。
) P4 B* e$ Z; a
( ~3 b' }3 \! G; v: I1 ?  1工程背景3 |8 [2 G& T: ~, e9 b

4 p, o* L  a$ |$ `  某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。! J, h/ z" p) y, k* T1 p- @/ m; ?

  q7 f* |3 U  c/ n* R  2方案制定6 G1 E8 r% m. h3 ~
9 }- `' n9 |9 ?. w2 X
  该小区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。
, L5 r9 i* N+ F
- k+ m, f# x# A+ [  3项目基本情况
% L, s& D/ ~. K# D6 d* Y* ~* |3 Z- y7 p: ?+ `; n9 {
  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。& J1 H- |* v1 i* L) n, r* Z3 \9 {
  _- [7 O( O: W- v! a
  3.2基本参数及计算基准/ R  h6 [8 S0 c$ [6 z& d! \9 ]7 d5 |

% t3 l4 P+ j0 j/ t& @  3.2.1别墅:采暖热指标为40W/m2,制冷冷指标为100W/m2;2 _8 O0 r8 C/ }7 X! d

* `9 e7 a$ \/ O" {) G' o9 v! C  3.2.2高层楼:采暖热指标为40W/m2,制冷冷指标为100W/m2;
* P6 C, F% t* q# ~( v. F+ y
# g) g" q% z! _+ R- s  3.2.3综合服务楼:采暖热指标为45W/m2,制冷冷指标为100W/m2;2 T. t: U$ p, @4 [, k

; f0 k% b: r* R" B+ c1 `: ?  3.2.4土壤原始平均温度:13℃左右;
) j& S9 k1 A) ?: K% x. }4 P! J- H' @$ ^/ X0 [3 Y! S
  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;
  h, e/ I% Q( O% a3 B7 d% b
: Q. [. l; K% c  R: ~  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℃。  k. |% _8 F8 Z" [

. N. g" `0 l" m! l' O2 n  4B、D区具体方案. i& N7 r+ S- J% S1 o

9 k& z3 ~# p, Z) L4 B  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。
! \8 [; V/ M: |; v4 s1 Q, t! r0 E4 U( G7 J% y' l
  4.2室内系统
; ^, D& a! L( G) n3 p; p  s4 m3 |4 D! [: B0 }7 l
  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。
- R6 F$ N  L" Y; R9 ^( E# Q
3 j& f8 H8 ^  ?/ x+ W  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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- e1 ~4 T  ~, t/ T4 ~- |8 ]  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。
) H4 _, p0 A  h$ @) U4 z! ]% a( L; p& S4 e  f+ ^
  4.3室外管网+ Q4 F8 Z5 b4 D% E
1 m" F$ D$ W7 C5 n% E1 P: W
  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。/ _4 A7 [, \+ i- N
, K* ?4 o. [) t+ b( f! K+ V6 y
  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。0 Z" k9 A0 n3 X; Y$ e% E+ }

. u) G' k$ y9 ?+ W9 J  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。
1 y0 r/ N: u9 B$ G% k: |9 m% I# L# A; E, ?) |0 M0 l" T  t8 d# l
  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。
5 m9 s; G4 R8 W2 _  K& N! J
/ [) n. R& s4 @  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。( P( e, \& y  C9 v/ J7 _) Y

7 M: d. J6 ?& N7 i  R% `% \! Q  4.4机房
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  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。
! \$ ?7 X: A' I2 z3 y% `, r8 n! z
3 [4 @: z0 \! v! z7 G  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。  P0 }2 K1 R$ K. [8 l

: X$ _8 s0 x0 K6 R  ]( o9 C  4.4.3热泵主机房9 p. B6 J1 S) D. \5 W" [

2 `/ K+ N! }6 X, i  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。
" b6 X+ ~% s' u; ~- z4 f! m
* t9 c4 M* X+ i  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。) _" J% N- h9 ^2 p+ D- L
9 ^+ A6 ]% C, v& C: a5 r
  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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9 A& I" E( \9 _5 n  D2 T5 I! M6 I  4.4.3.3土壤冷热量的平衡:+ i& T1 B% ^  F& H+ g# Q, D3 }2 E: [

* Z8 }0 E3 @* O2 h9 ^7 L  夏季放入土壤热量:4759kW×90×12×3600/109=18503GJ?
. `3 ^4 Q! q  ]! q. H, G5 C( ^
$ Q- W! c6 T( }5 A( p6 b  生活热水回收热量:1380kW×90×6×3600/109=2683GJ0 m9 ?0 L& g9 W- p. g

. s% x( Z9 E7 k9 c) X; Q  冬季取自土壤热量:3173kW×136×24×3600/109=37284GJ
, p) _# F* x: p( I5 ^( O3 h# r
. R3 r4 D! T: q" |  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。2 n! }4 Q2 w4 K
' G+ I5 R5 m& ?+ N& O# R8 W
  4.4.3.4热力站总用电负荷:2000kW。
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9 M: l% E) s9 Y& A  5总结及结论
. A- T0 D- r% @* z2 X9 L% ~+ k1 C( c4 j: Z2 H& o( m
  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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