分析节能技术进行供热制冷的优势

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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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! d  L& B# a' T0 F# N　　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。

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6 T8 r+ k9 w0 \2 R4 {) c  G　　1工程背景某
　　
　　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。
　　
6 ?* c; n& q9 t, K　　2方案制定该
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" r) R0 _' F% Q) ^( f　　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。
　　
  V  n9 q2 O" d. U; H# X9 W　　3项目基本情况
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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。
　　
　　3.2基本参数及计算基准
　　
　　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℃。
　　
2 p& M) \* B) n8 i6 L  @　　4B、D区具体方案
　　
　　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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　　4.2室内系统
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# E. x: M, M* \! [1 Q　　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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　　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。
　　
　　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。
　　
) a  _: c6 {% T! _/ l9 h! R2 R, m　　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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% P/ ?* @4 }7 f2 N# Q& a# ?　　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。
　　
　　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。
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+ Q  `4 m8 ]% g9 V, R$ v2 p1 w　　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。
　　
　　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。
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- \7 l) O/ \) `1 P9 |" [& X, U; }　　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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　　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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; M" M; L' I# @9 `" X　　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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　　4.4.3.3土壤冷热量的平衡：
　　
  [+ W7 U) J$ F, B: n! G) H　　夏季放入土壤热量：4759kW×90×12×3600/109=18503GJ?
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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。
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　　4.4.3.4热力站总用电负荷：2000kW。
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- t  G( s2 G  ?8 j) p* q6 m# C　　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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- R( \4 u* O4 [8 c　　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。
　　
) y6 x% @" l: k- v　　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。
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　　1工程背景某
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8 v, c7 q, B, s　　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。
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: w, [$ w; ~6 [' }# z1 T　　2方案制定该
　　
　　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。
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　　3项目基本情况
　　
6 N+ C* W" D% M" w. c　　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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6 i: b; y4 t$ w) g) 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℃。
　　
$ L+ U3 w4 b0 ?/ H5 f　　4B、D区具体方案
　　
  Y5 X+ R3 @; P% a　　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。
　　
　　4.2室内系统
　　
" P( O& A0 P' v5 A; ]6 k; b5 F. b! v　　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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5 \7 U: z8 D, y6 e. f/ m- r　　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。
　　
! A; s$ h  M9 A# A9 ?　　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。
　　
　　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。
　　
, }" z0 o. d7 n　　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。
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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。
　　
　　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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　　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。
　　
　　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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4 V; o( ^# E% V% d7 F　　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。
　　
　　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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$ z  a3 `% U* C0 E: t; j　　夏季放入土壤热量：4759kW×90×12×3600/109=18503GJ?
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5 `/ A4 Q2 ^, a' {) R3 Y' `　　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。
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　　4.4.3.4热力站总用电负荷：2000kW。
　　
　　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。