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北京某小區(qū)采用熱泵能源梯級(jí)利用供暖,比燃?xì)夤?jié)省56.3%

 ejcar 2017-09-08

當(dāng)?shù)氐靥巼?yán)寒地區(qū),考慮到供暖的能耗成本,采用了一種熱泵梯級(jí)供暖系統(tǒng),即空氣源熱泵+水源熱泵梯級(jí)提熱系統(tǒng)來(lái)供暖,該系統(tǒng)可以比低溫空氣源熱泵供暖系統(tǒng)可以節(jié)約能耗20%以上,且系統(tǒng)穩(wěn)定可靠。


一、項(xiàng)目概況

   本工程為我國(guó)北方嚴(yán)寒地區(qū)一新建住宅小區(qū),共20棟,建筑面積共30萬(wàn)平米,均為18-20層的小高層,供暖采用地板低溫?zé)崴椛涔┡绞?。由于?dāng)?shù)厥姓釤o(wú)法接入,開(kāi)發(fā)商考慮采用熱泵系統(tǒng)供暖。

   當(dāng)?shù)氐靥巼?yán)寒地區(qū),考慮到供暖的能耗成本,采用了熱泵梯級(jí)供暖系統(tǒng),即空氣源熱泵+水源熱泵梯級(jí)提熱系統(tǒng)來(lái)供暖,該系統(tǒng)可以比低溫空氣源熱泵供暖系統(tǒng)可以節(jié)約能耗20%以上,且系統(tǒng)穩(wěn)定可靠。

二、供暖方案設(shè)計(jì)

2.1設(shè)計(jì)依據(jù)

1.《民用建筑供暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)規(guī)范》GB 50736-2012;

2.《建筑給水排水及采暖工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》GB 50242-2002;

3.《地面輻射供暖技術(shù)規(guī)程》(JGJ142-2004)(J365-2004);

4.《供熱工程熱計(jì)量技術(shù)規(guī)范》JGJ173-2009;

5.當(dāng)?shù)貧庀筚Y料及甲方提供的資料要求等。

2.2當(dāng)?shù)貧夂驐l件

2.2.1設(shè)計(jì)計(jì)算參數(shù)

設(shè)計(jì)技術(shù)參數(shù)表

熱泵工況

計(jì)算參數(shù)

季節(jié)工況

當(dāng)?shù)囟練庀髤?shù)

水源熱泵 工況條件

水源水溫(℃)

10.0~20.0

冬季工況

室外空調(diào)計(jì)算溫度(℃)

-12.8

供暖水溫(℃)

30.0~75.0

室外采暖計(jì)算溫度(℃)

-10.1



最冷月平均相對(duì)濕度(%)

50

空氣源熱泵 工況條件

環(huán)境計(jì)算溫度(℃)

-20.0~43.0

當(dāng)?shù)卮髿鈮毫Γ≒a)

93350

進(jìn)水溫度(℃)

5.0~20.0

空氣源熱泵出水溫度(℃)

10.0~20.0

出水溫度(℃)

10.0~20.0

水源熱泵出水溫度(℃)

30.0~75.0


2.2.2當(dāng)?shù)卦缕骄鶜鉁?/span>

2.3供暖解決方案

該小區(qū)冬季供暖擬采用專用輔助熱源型高效低溫空氣源熱泵+水源熱泵集中分布式能源梯級(jí)利用綜合節(jié)能解決方案。專用輔助熱源型高效低溫空氣源熱泵集中設(shè)置做一級(jí)能源從外界環(huán)境中提熱,提供10℃-20℃的熱水做水源熱泵的水源;水源熱泵分布到戶設(shè)置做二級(jí)能源為每戶提供30℃-50℃熱水作為地板輻射供暖的熱源。

該系統(tǒng)不但很好的解決了空氣源熱泵在寒冷地區(qū)直接供熱能效低下和故障頻發(fā)無(wú)法保證供熱熱源穩(wěn)定性的難題,而且通過(guò)水源熱泵分布到戶的設(shè)置又可以很好的解決目前北方集中供暖分戶計(jì)量無(wú)法有效實(shí)施和住戶浪費(fèi)用能的不良習(xí)慣等難題。能夠培養(yǎng)用戶節(jié)約每一分能源的良好用能習(xí)慣。

專用輔助熱源型高效低溫空氣源熱泵在寒冷地區(qū)低水溫段下能夠高效穩(wěn)定運(yùn)行,有效的保證了水源熱泵水源水溫和穩(wěn)定供應(yīng);同時(shí)水源熱泵在10℃-20℃的水源工況下能夠高效穩(wěn)定的制熱。該系統(tǒng)是目前在沒(méi)有地表水、地下水和地下埋管的情況下,用熱泵供暖最穩(wěn)定可靠和能耗最低的熱泵供暖系統(tǒng)。

空氣源熱泵熱水機(jī)組和水源熱泵熱水機(jī)組都是目前技術(shù)比較成熟,應(yīng)用最廣的節(jié)能供熱設(shè)備,具有節(jié)能、環(huán)保、安全、低碳減排、管理簡(jiǎn)單(全自動(dòng)控制)等特點(diǎn),而且也是目前除水地源熱泵外,熱泵供暖系統(tǒng)中運(yùn)行能耗最低、經(jīng)濟(jì)效益最好、最穩(wěn)定、最便于分戶計(jì)量的方式。

2.4 供暖熱負(fù)荷計(jì)算

以其中1棟建筑面積為21165.30平米住宅為例,共3個(gè)單元;其供暖總熱負(fù)荷為808.3kw。

2.5 集中分布式能源梯級(jí)利用系統(tǒng)

所謂“集中分布式能源梯級(jí)利用”是指一次能源利用集中設(shè)置,二次能源利用分布在用戶端的能源綜合利用系統(tǒng)。一次能源以室外空氣做為熱源,為可再生能源,利用專用輔助熱源型高效低溫空氣源熱泵作為提升裝置;二次能源以分布在用戶端的水源熱泵作為二級(jí)能源提升裝置,實(shí)現(xiàn)以直接滿足用戶供暖需求的能源梯級(jí)利用,并通過(guò)一次能源供應(yīng)系統(tǒng)提供支持和補(bǔ)充;在能源的輸送和利用上分片布置,減少長(zhǎng)距離輸送能源的損失,有效的提高了能源利用的安全性和靈活性。

2.5.1水源熱泵機(jī)組選型

水源熱泵機(jī)組按分布到戶的形式設(shè)置,即每一戶設(shè)置一臺(tái)小型的水源熱泵機(jī)組,冬季用來(lái)制熱為房間供暖,水源機(jī)組根據(jù)每個(gè)戶型暖施圖紙供暖熱負(fù)荷來(lái)選取;共選用水源熱泵機(jī)組216臺(tái)。

2.5.2專用輔助熱源型高效低溫空氣源熱泵選擇

專用輔助熱源型高效低溫空氣源熱泵機(jī)組按每棟樓或每單元一個(gè)系統(tǒng)集中設(shè)置,通過(guò)系統(tǒng)管道與分布到每一戶的水源熱泵機(jī)組連接,冬季制熱為水源機(jī)組提供熱源。共選用專用輔助熱源型高效低溫空氣源熱泵機(jī)組12臺(tái)。

2.5.3一次能源與二次能源間循環(huán)水泵選型

專用輔助熱源型高效低溫空氣源熱泵機(jī)組按每棟樓或每單元一個(gè)系統(tǒng)集中設(shè)置,通過(guò)系統(tǒng)管道和循環(huán)水泵與分布到每一戶的水源熱泵機(jī)組連接,冬季制熱為水源機(jī)組提供熱源。每套系統(tǒng)間的循環(huán)水泵選型如下:


2.5.4家庭生活熱水

家庭生活熱水為選配,若家庭需要生活熱水,每戶增加一個(gè)保溫承壓水箱即可,根據(jù)戶型大小,保溫承壓水箱容積150L-260L 即可滿足日常的生活熱水需求(洗浴、廚房等用熱水需求)。

2.6 系統(tǒng)控制說(shuō)明

1、一次能源空氣源熱泵根據(jù)進(jìn)出水溫度進(jìn)行控制。

一般情況下,機(jī)組的出水溫度穩(wěn)定在15℃,根據(jù)機(jī)組的進(jìn)出水溫度和外界環(huán)境溫度,來(lái)開(kāi)啟空氣源熱泵或壓縮機(jī)的開(kāi)啟臺(tái)數(shù),空氣源熱泵機(jī)組6臺(tái)壓縮機(jī),遠(yuǎn)程集控系統(tǒng)自行智能開(kāi)啟空氣源熱泵或壓縮機(jī)臺(tái)數(shù),也可人工操作。

2、二次能源水源熱泵機(jī)組通過(guò)二次側(cè)的熱水進(jìn)出水溫度進(jìn)行控制。

一般情況下分成6個(gè)時(shí)段運(yùn)行,每個(gè)時(shí)段一個(gè)工況運(yùn)行??梢愿鶕?jù)天氣的變化進(jìn)行調(diào)節(jié),比如極端天氣下,可以高水溫運(yùn)行;暖冬情況下,可以低水溫運(yùn)行;操作靈活,根據(jù)實(shí)際調(diào)整,通過(guò)遠(yuǎn)程集控系統(tǒng)自行智能開(kāi)啟水源熱泵機(jī)組的壓縮機(jī)運(yùn)行數(shù)量,也可人工操作。

2.7 能源梯級(jí)利用供暖系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)及節(jié)能分析

1、穩(wěn)定可靠:

一級(jí)能源輔助熱源型高效低溫空氣源熱泵機(jī)組熱水出水溫度15℃左右水溫低,壓縮機(jī)排氣壓力低,空氣源熱泵機(jī)組穩(wěn)定可靠,二級(jí)能源水源熱泵機(jī)組水源側(cè)水溫穩(wěn)定在15℃,由于水源熱泵分布到戶,循環(huán)管路較短,熱水側(cè)出水溫度一般不超過(guò)45℃即可很好的達(dá)到供暖效果。

一般的超低溫空氣源熱泵機(jī)組,由于系統(tǒng)管理過(guò)長(zhǎng),需要把水溫升到50℃以上循環(huán)才能保證供暖效果,導(dǎo)致壓縮機(jī)排氣壓力過(guò)高,壓縮機(jī)容易損壞,壓縮機(jī)壽命大大縮短,穩(wěn)定性差,供暖系統(tǒng)不可靠,影響供暖效果。

2、高效節(jié)能:

一級(jí)能源輔助熱源型高效低溫空氣源熱泵機(jī)組熱水出水溫度15℃左右,水溫低,熱泵機(jī)組的在-10℃環(huán)境下運(yùn)行,其COP值仍可高達(dá)4.0以上。二級(jí)能源水源熱泵機(jī)組在水源側(cè)進(jìn)水15℃下,其熱水側(cè)出水溫度在45℃時(shí),其COP值可高達(dá)4.5以上,其熱水側(cè)出水溫度在35℃下時(shí),其COP值可高達(dá)5.5以上;一二級(jí)均在高效段工作,系統(tǒng)高效節(jié)能,系統(tǒng)綜合能效高達(dá)2.75以上。

一般的超低溫空氣源熱泵機(jī)組,供暖工況下,其熱水出水水溫需達(dá)50℃以上循環(huán)才能保證供暖效果,在-10℃環(huán)境下運(yùn)行,其COP值只能達(dá)到1.7左右,加上循環(huán)水泵的功耗,其綜合能效COP值在1.5以下;其綜合能效遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于能源梯級(jí)供暖系統(tǒng)。

3、系統(tǒng)熱損失?。?/span>

一級(jí)能源輔助熱源型高效低溫空氣源熱泵機(jī)組熱水出水溫度15℃左右,水溫低,一二級(jí)能源間的管道損失大大降低。系統(tǒng)熱損失小。

一般的超低溫空氣源熱泵機(jī)組,供暖工況下,其熱水出水水溫需達(dá)50℃以上,水溫高,管道損失大大升高。系統(tǒng)熱損失大。市政集中供暖的供熱管線過(guò)長(zhǎng),系統(tǒng)熱損失更大。

4、分戶計(jì)量簡(jiǎn)單:

能源梯級(jí)利用供暖系統(tǒng),可以解決多年來(lái)北方集中供暖分戶計(jì)量的難題,無(wú)需加裝熱計(jì)量裝置,即做到二次能源,用戶多用多出費(fèi)用,少用少出費(fèi)用,且計(jì)費(fèi)準(zhǔn)確可靠;不像熱計(jì)量裝置計(jì)費(fèi)不準(zhǔn)確,容易損壞,年年校核等弊端。

市政集中供暖和一般的超低溫空氣源熱泵機(jī)組供暖系統(tǒng),很難解決多年來(lái)北方集中供暖分戶計(jì)量的難題,需加裝熱計(jì)量裝置,但熱計(jì)量裝置計(jì)費(fèi)不準(zhǔn)確,容易損壞,經(jīng)常校核等弊端。

5、節(jié)能減排、環(huán)保低碳:

能源梯級(jí)利用供暖系統(tǒng),利用很少一部分清潔能源電能,將可再生的空氣中低品位熱能進(jìn)行梯級(jí)利用,達(dá)到供暖的需求。系統(tǒng)節(jié)能減排,不向外界排放二氧化碳、二氧化硫等,環(huán)保低碳,能源再生循環(huán)利用。

燃?xì)鉅t供暖系統(tǒng),利用天然氣清潔能源,減排不減碳,利用的是不可再生的能源。一般的超低溫空氣源熱泵機(jī)組供暖系統(tǒng),節(jié)能減排效果不明顯。

6、培養(yǎng)節(jié)約用能的良好習(xí)慣:

能源梯級(jí)利用供暖系統(tǒng),可以很簡(jiǎn)單分戶計(jì)量,分時(shí)、分室控制,能夠很好的培養(yǎng)人們節(jié)約能源,減少浪費(fèi)用能的良好習(xí)慣。

市政集中供暖、燃?xì)鉅t供暖系統(tǒng)和一般的超低溫空氣源熱泵機(jī)組供暖系統(tǒng),很難真正做到分戶計(jì)量,分時(shí)、分室控制,浪費(fèi)能源,不利于培養(yǎng)人們節(jié)約用能的習(xí)慣。

7、掌握能源梯級(jí)利用供暖系統(tǒng)核心技術(shù):

能源梯級(jí)利用系統(tǒng),國(guó)家發(fā)明專利技術(shù),其供暖設(shè)備,已經(jīng)經(jīng)過(guò)多年的實(shí)際能源梯級(jí)利用考驗(yàn)。其它熱泵廠家不具備能源梯級(jí)利用供暖系統(tǒng)的核心技術(shù)和實(shí)際成功案例的運(yùn)營(yíng),更不具備設(shè)備生產(chǎn)許可認(rèn)證。

8、系統(tǒng)遠(yuǎn)程集散智能控制:

遠(yuǎn)程集散智能控制系統(tǒng),很方便的使一二級(jí)能源模塊化控制,真正做到每個(gè)壓縮機(jī)一個(gè)小模塊,保證每個(gè)模塊都是峰值效率高效運(yùn)行,無(wú)論是在部分負(fù)荷或是在滿負(fù)荷工況下均可以高效運(yùn)行。無(wú)需人工操作,系統(tǒng)可以根據(jù)需求,用多少能量供應(yīng)多少能量,比傳統(tǒng)系統(tǒng)節(jié)能顯著,徹底解決了設(shè)備在部分負(fù)荷下效率降低的難題。

解決不了系統(tǒng)智能控制,即使是節(jié)能設(shè)備,系統(tǒng)也不節(jié)能。

三、能源梯級(jí)利用供暖能耗概算

4.1 供暖能耗概算說(shuō)明

1、當(dāng)?shù)毓釙r(shí)間按5個(gè)月計(jì)算,即每年的11月1日到次年的3月31日為一個(gè)供暖季;

2、用戶端的水源熱泵機(jī)組每天分6個(gè)時(shí)段運(yùn)行,根據(jù)用戶需求,每個(gè)時(shí)間段水源熱泵機(jī)組的運(yùn)行工況根據(jù)用戶的生活習(xí)慣進(jìn)行調(diào)整(模擬6個(gè)工況)。

日工作時(shí)間

5~8

8~11

11~13

13~16

16~21

21~5

時(shí)長(zhǎng)(h)

3

3

2

3

5

8

水源側(cè)進(jìn)出

口水溫(℃)

15/10

15/10

15/10

15/10

15/10

15/10

供暖側(cè)進(jìn)出

口水溫(℃)

40/45

30/35

40/45

30/35

40/45

30/35

水源熱泵機(jī)

組綜合  COP 值

4.2

5.5

4.2

5.5

4.2

5.5

3、專用輔助熱源型高效低溫空氣源熱泵每天熱水側(cè)均按一個(gè)工況運(yùn)行,即熱水進(jìn)出口水溫10/15℃;外界環(huán)境溫度按月平均溫度計(jì)算,每天按2個(gè)室外工況進(jìn)行模擬(日間工況和夜間工況)。

日工作時(shí)間段

6:00~18:00

18:00~6:00

時(shí)長(zhǎng)(h)

12

12

機(jī)組進(jìn)出口水溫(℃)

10/15

10/15

11

環(huán)境溫度(℃)

9

-3

機(jī)組綜合  COP 值

5.52

4.42

12

環(huán)境溫度(℃)

3

-10

機(jī)組綜合  COP 值

4.94

4.00

1

環(huán)境溫度(℃)

1

-12

機(jī)組綜合  COP 值

4.71

3.92

2

環(huán)境溫度(℃)

5

-8

機(jī)組綜合  COP 值

5.17

4.12

3

環(huán)境溫度(℃)

12

-2

機(jī)組綜合  COP 值

5.71

4.48

4、當(dāng)?shù)仉娰M(fèi)按0.6元/kwh計(jì)算,天然氣按3.6元/N·m3計(jì)算,燃?xì)鉅t綜合效率70%計(jì)算(含水泵功耗)。

日工作時(shí)間

5~8

8~11

11~13

13~16

16~21

21~5

時(shí)長(zhǎng)(h)

3

3

2

3

5

8

住宅室內(nèi)溫

度≥

16℃

10℃

16℃

10℃

16℃

10℃

日工作時(shí)間段

8~20

20~8

時(shí)長(zhǎng)(h)

12

12

商業(yè)室內(nèi)溫度≥

16℃

10℃










4.2 供暖系統(tǒng)能耗概算對(duì)比(表六)

供暖系統(tǒng)

供暖費(fèi)用指標(biāo)(元/m2)

供暖能耗指標(biāo)(kwh/m2)

備注

梯級(jí)供暖系統(tǒng)(一)

一次能源

14.96

24.94

集中段

二次能源

11.92

19.86

分布段

小計(jì)

26.88

44.80


超低溫空氣源熱泵供暖系統(tǒng)(二)

33.61

56.02

集中

燃?xì)鉅t(壁掛爐)供暖系統(tǒng)(三)

47.73

13.26

集中

供暖費(fèi)用指標(biāo)對(duì)比

(一)/(二)

79.97%

熱泵梯級(jí)供暖系統(tǒng)節(jié)能顯著

(一)/(三)

56.32







四、總結(jié)

熱泵能源梯級(jí)利用供暖系統(tǒng)不但很好的解決了空氣源熱泵在寒冷地區(qū)直接供熱能效低下和故障頻發(fā)無(wú)法保證供熱熱源穩(wěn)定性的難題,而且通過(guò)水源熱泵分布到戶的設(shè)置又可以很好的解決目前北方集中供暖分戶計(jì)量無(wú)法有效實(shí)施和住戶浪費(fèi)用能的不良習(xí)慣等難題。

熱泵能源梯級(jí)利用供暖系統(tǒng)能夠培養(yǎng)用戶節(jié)約每一分能源的良好用能習(xí)慣,同時(shí)也能夠讓企業(yè)和個(gè)人為北方地區(qū)冬季節(jié)能環(huán)保、減排、減碳,為北方冬季驅(qū)除霧霾,呼吸干凈新鮮空氣和享受藍(lán)天陽(yáng)光做自己的貢獻(xiàn)。

以綠色能源推動(dòng)中國(guó)節(jié)能減排事業(yè)發(fā)展,為建設(shè)美麗中國(guó)貢獻(xiàn)力量;大家共同推動(dòng)經(jīng)濟(jì)社會(huì)綠色發(fā)展、低碳發(fā)展,建設(shè)生態(tài)文明。




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