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2019-10

案例评测 | 北京煤改电109㎡热泵采暖项目,耗能19.7元/㎡

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尽管空气源热泵在户式采暖中的应用已经越来越多,但很多人仍怀疑其供暖效果及运行费用等相关问题,特别是在高寒地区的应用效果。今天我们就来看一个空气源热泵在北京高寒山区的采暖项目。该项目2017年冬天前竣工,当年冬天经权威机构对运行效果实时监测,室温20℃左右,平均能耗为19.7元/㎡。

 

项目信息

该项目位于房山区蒲洼乡宝水村,是空气源热泵在高寒山区的试点项目,建筑用途为森林消防大队第十一中队员工宿舍。建筑均为单层坡脊建筑,拟建于上世纪80年代,砖混单体结构,外墙240红砖无保温,窗户为单层玻璃塑钢,户门为双层玻璃铝合金结构,房顶为木材檩条加苇毡镶嵌红瓦,室内吊顶净高2.7米。

项目建筑背靠大山,海拔高度1100米左右

 

单排分两侧进行试验,东侧五间建筑面积132㎡,西侧五间建筑面积102㎡,原为集中燃煤锅炉采暖,东、西两侧均为钢制暖气片散热器。根据建筑面积及末端散热器情况,两侧分别安装一台独立的热泵机组进行供热采暖。本案例以东侧1号建筑为例说明。

 

 

气象参数

单排分两侧进行试验,东侧五间建筑面积132㎡,西侧五间建筑面积102㎡,原为集中燃煤锅炉采暖,东、西两侧均为钢制暖气片散热器。根据建筑面积及末端散热器情况,两侧分别安装一台独立的热泵机组进行供热采暖。本案例以东侧1号建筑为例说明。

 

室外空气计算参数

 

冬季室外供暖计算干球温度(℃)

-12

冬季室外空调计算干球温度(℃)

-16

冬季最多风向平均风速(m/s)

3.7

冬季室外空调相对湿度(%)

43

 

室内计算参数

总高度(m)

2.7

供暖面积(m2)

109

总热负荷(kW)

8.36

非空调热负荷(kW)

8.36

非空调热指标(W/m2)

76.71

 

设计计算

热负荷计算简略表

 

水泵选型计算

水泵流量计算

根据计算公式:qx=(1.163*Qg)/(c*ρ*Δt)式中:qx——水泵循环流量,m³/h;Qg——设计小时供热量KJ/h;DΔt——热泵机组供回水温差,一般选5℃;rρ——热泵机组被加热水的密度,kg/L。

计算结果为:qx=(1.163*8.36*3600)/(4.187*1*5*1000)=1.672m³/h所以,选用循环水泵的额定流量应不低于1.672m³/h

 

水泵扬程计算

水泵扬程计算计算公式:H=1.38*(Hb+He+Hp)式中:H——循环水泵扬程,KPa;Hb——热泵换热器阻力损失,50KPa;He——热泵机组内蒸发器的阻力损失,KPa,这里水系统不经过蒸发器,阻力为零;Hp——连接管路阻力损失,KPa;

系统末端循环管道为PPR热熔管道,总长度约50米(沿程阻力损失1.4米),并联安装8组钢制暖气片及回水管道串联60L闭式承压保温水箱一个,连接管路总阻力约2.0米。

经管道水力计算软件可得,循环泵总扬程为:H=1.3*(5+0+2)=9.1m

据系统管道及主机设备循环流量及系统沿程阻力等计算结果,选用一台某品牌静音屏蔽泵XPS25-12-180型,最大扬程12米(额定扬程8米),最大流量3.5m³/h(额定流量2.0m³/h),水泵最大输入功率245W能满足系统循环要求。

 膨胀罐计算

膨胀罐和缓冲水箱该系统设置为闭式系统,确保系统最低压力0.1MPa以上,采暖末端共计安装8组新型碳钢散热片,每组规格600*18片,主循环管道PPR热水管,De32mm,供回水主管道总长度约50米,系统总容水量接近180L。

为确保系统运行稳定,系统需串联缓冲水箱,确保系统总容水量到达240L以上,因此在采暖回水管道主管道加装1套60L闭式承压保温水箱。机组内机在制造时就设置了5L膨胀罐,这里就不再加装了。

 

项目配置及系统介绍

根据建筑热负荷计算,总热负荷约为8.4KW,结合采暖末端(暖气片)方式及环境,系统选配海立睿能DKMDX-20INBP低温型空气源热泵变频机组1台,主机相关参数标准如下:

输入电源

220V~50Hz

名义制热量

10.5kW

名义输入功率

4.2kW

性能系数(COP)

2.5kW/kW

IPLV(H)

2.8kW/kW

餐厅和宿舍:钢制柱式暖气片,散热效果相对较差

系统原有采暖末端暖气片散热系统8组(18片/组600*18管钢制散热器),另采用某品牌循环水泵屏蔽泵XPS-25-12-180型一台,缓冲水箱60L保温水箱一台,电源箱一套,电源安装电量表一支,监测系统一套。具体如下:

由于该项目地位于海拔1100米左右的山区,低温时间长,冬季最低温度-26℃,湿度大,天气变化快,对空气源热泵采暖的要求高。针对该特种情况,项目对系统采用以下方法,以达到采暖的设计要求:

  • 选用海立睿能低环境空气源热泵变频采暖机组,机组最低运行温度-30℃,出水温度依然达到58℃。业主设定的热泵机组的回水温度在48~52℃,出水温度达到53℃以上,房间温度在极寒季节,达到18℃以上。

  • 系统中增加一个60L的承压搪瓷缓冲保温水箱,其一可以保证系统的最小容水量的要求,减少由于水容量不足造成的气堵、断流的引起的系统高压保护现象;其二、缓冲系统负荷变化引起的系统不稳定,压缩机的转速忽高忽低的运行,造成异常的耗电损失和异常的运行噪声。

  • 采用远程监控系统,实时监测采暖系统的运行情况,有利于热泵的稳定运行,为用户采暖保驾护航。

 

 

效果分析和结论

 

虽然该项目的建筑条件不良,但整个冬季采暖过程,业主反映效果很好,不用人管理,自动运行,省事。同时,由于建筑条件的不良,造成采暖季节热泵运行的电费较高,机组高频运行时间长,为维持室内设定温度,并抵消墙体、天花板、地面的辐射热和门窗关闭不严的漏热量。

 

效果分析

运行费用:约19.68元/㎡(按取暖季123天计,享受峰谷电价政策);室内温度:监测期间,室内温度平均达到19.3℃左右;监测时间:2018年01月05日至2018年03月15日,共计70天。本数据监测时间为2017-2018年取暖季。

 

时间

2018/01/05—2018/03/15

实际平均每日用电度数

63.22

平均每平米取暖费用

(按123天计算)

19.68

室内每日平均温度

19.3

注:联合中国建筑科学研究院共同对系统进行效果运行实时监测

清洁能源性能监测系统

 

结论

海立睿能低环境空气源热泵变频机组在采暖监测期间,室内温度平均达到19.3℃左右,能够满足北京山区的采暖需求,用户对供暖效果满意;

  • 由于建筑物的围护结构较差,无法达到节能的效果,漏热量比较大,采暖的耗电量不太理想;

  • 针现有北京山区如本项目的房屋建筑,需要做节能改造,以更好的保证采暖的效果和达到节能的要求;

  • 现有的北京山区如本项目的采暖设备,需要更换成中低温暖气片,如:翅片式暖气片、带对流通道的辐射暖气片等,会达到更好的节能效果。