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山東萊州“熱泵+儲能水箱”集中供暖BOT項目方案設(shè)計
日期:2019-01-03   [復(fù)制鏈接]
責(zé)任編輯:anni_hyp 打印收藏評論(0)[訂閱到郵箱]
編者按:山東萊州城港路街道朱旺村提供冬季配套采暖熱源,采用“空氣源熱泵+儲能水箱+供熱管網(wǎng)”的型式以及合同能源管理的供熱模式。



本案例為超低溫二聯(lián)供商用產(chǎn)品在北方寒冷地區(qū)新農(nóng)村建設(shè)項目供熱清潔能源市場中的典型應(yīng)用。本項目采用了合同能源管理的方式,為空氣源熱泵在民用供暖領(lǐng)域里的應(yīng)用提供了新的運作模式。

1.工程簡介

項目位于山東萊州城港路街道朱旺村。該村建設(shè)各種設(shè)施配套齊全的高標(biāo)準(zhǔn)小區(qū)住宅樓13棟,共計500戶。本采暖系統(tǒng)主要為該小區(qū)二期住宅樓(9~13號樓)提供冬季配套采暖熱源,共有230戶,采暖面積約有26000平方米,開發(fā)商已為全部區(qū)域配備了地暖盤管末端。針對該項目樓房結(jié)構(gòu)、供熱特點、取暖習(xí)慣等情況。

在對該建筑的采暖系統(tǒng)進行了一系列的設(shè)計和配置方案對比,最終采用了“空氣源熱泵+儲能水箱+供熱管網(wǎng)”的型式以及合同能源管理的供熱模式。

北方某小區(qū)“熱泵+儲能水箱”集中供暖BOT項目方案設(shè)計
該工程2015年8月開始系統(tǒng)設(shè)計,12月中旬竣工、調(diào)試,正常運行至今。通過能源管理措施,整個系統(tǒng)一直運行在節(jié)能高效的狀態(tài),室內(nèi)溫度均達到了合同約定的技術(shù)指標(biāo),經(jīng)銷商的成本回收也能在預(yù)期內(nèi)完成并保證實現(xiàn)盈利。

2.空調(diào)設(shè)計

2.1 設(shè)計規(guī)范規(guī)定

甲方提供的建筑圖紙及工程資料;《居住建筑節(jié)能設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》(DB37/5026-2014);《采暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計規(guī)范》(GB50019-2012);《民用建筑供暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計規(guī)范》(GB50736-2012);《通風(fēng)與空調(diào)工程施工規(guī)范》GB50738-2011;《通風(fēng)與空調(diào)工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范》GB50243-2011;《輻射供暖供冷技術(shù)規(guī)程》JGJ 142-2012;《全國民用建筑工程設(shè)計技術(shù)措施 / 暖通空調(diào)•動力》2009版

2.2采暖設(shè)計基礎(chǔ)資料

A.室內(nèi)主要空調(diào)設(shè)計參數(shù)

北方某小區(qū)“熱泵+儲能水箱”集中供暖BOT項目方案設(shè)計

B.項目所在地室外氣象條件參數(shù)

通過查相關(guān)設(shè)計規(guī)范知萊州市所屬煙臺地區(qū),建筑熱工氣候分區(qū)為寒冷地區(qū),其室外設(shè)計計算參數(shù)如下表:

北方某小區(qū)“熱泵+儲能水箱”集中供暖BOT項目方案設(shè)計
另外,煙臺市日平均溫度≤+8℃的天數(shù)為140天(11.15~04.03),期間的平均溫度為1.9℃,極端氣溫為-12.8℃。

2.3采暖熱負荷計算

供暖系統(tǒng)的設(shè)計熱負荷是指在某設(shè)計室外溫度下,為達到要求的室內(nèi)溫度,供暖系統(tǒng)在單位時間內(nèi)向建筑物供給的熱量。冬季供暖系統(tǒng)的熱負荷應(yīng)根據(jù)建筑物或房間的得、失熱量確定,而建筑物墻壁、窗戶、頂棚等各個構(gòu)成體傳熱不同均有不同的熱量損失,且與建筑材料的厚度、材質(zhì)都有關(guān)系。

構(gòu)成采暖熱負荷的因素主要為:1)維護結(jié)構(gòu)傳熱耗熱量;2)冷風(fēng)滲透耗熱量;3)冷風(fēng)侵入耗熱量;4)水分蒸發(fā)耗熱量;5)加熱由外部運入的冷物料和運輸工具的耗熱量;6)通風(fēng)耗熱量;7)最小負荷班的工藝設(shè)備散熱量;8)熱管道及其他熱表面的散熱量;9)熱物料的散熱量;10)通過其他途徑散失或獲得的熱量等。

采暖熱負荷采用面積熱指標(biāo)法進行估算。根據(jù)甲方條件、工程經(jīng)驗及建筑節(jié)能設(shè)計規(guī)范,結(jié)合本項目建筑物結(jié)構(gòu)情況,在冬季平均氣溫在0℃以上,采暖熱負荷指標(biāo)按照30W/㎡計算。值得指出的是,山東省發(fā)布的《居住建筑節(jié)能設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》(DB37/5026-2014)自2015年10月1日起施行,該省成為全國首個出臺并執(zhí)行節(jié)能75%標(biāo)準(zhǔn)的省份;之前至2012年的建筑均執(zhí)行的為65%的標(biāo)準(zhǔn)。

本工程中有效采暖面積為26000㎡,可得采暖負荷為:

QA=S×Q’=26000㎡×0.03kW/㎡=780KW。

2.4 水系統(tǒng)設(shè)計

為方便能源管理,采暖水系統(tǒng)采用“儲熱式熱源水循環(huán)加熱方式”,設(shè)計一個儲能水箱,該水箱為熱量交換水箱。

北方某小區(qū)“熱泵+儲能水箱”集中供暖BOT項目方案設(shè)計
主機側(cè),由空氣源熱泵主機進行小溫差循環(huán)、不斷加熱水箱內(nèi)的水,使水溫保持在設(shè)定溫度;使用側(cè),水箱內(nèi)的水提供為地面輻射采暖末端提供熱量,且能保證5~10℃的運行溫差。

北方某小區(qū)“熱泵+儲能水箱”集中供暖BOT項目方案設(shè)計
本方案中設(shè)計采用主機側(cè)水泵為一級泵、采暖水系統(tǒng)為二級泵;采用隔斷水箱設(shè)計,主機側(cè)為定流量循環(huán)、采暖負荷側(cè)水系統(tǒng)為變流量系統(tǒng)(推薦采暖泵為變頻控制,但考慮到集中供熱的特點,變頻泵使用率不高,改用壓差控制)。

雙管制供熱;管路采用同程式的管網(wǎng)系統(tǒng)。

采暖管材:當(dāng)管徑DN<100mm時采用鍍鋅鋼管,絲接;當(dāng)管徑DN≥100mm時采用無縫鋼管,焊接。

北方某小區(qū)“熱泵+儲能水箱”集中供暖BOT項目方案設(shè)計
采用B1級發(fā)泡橡塑材料保溫,當(dāng)管徑≤100mm時,δ=32mm;100<管徑≤250mm時,δ=40mm。室外管道外設(shè)不小于0.7mm的鋁皮制作防護層;室外埋地管網(wǎng)做法:除銹/防腐+6cm聚氨酯預(yù)制或現(xiàn)場發(fā)泡保溫+高密度聚乙烯外護管。

所有水流設(shè)備和附件的工作壓力不小于1.0MPa。

3.冷熱源選型

由前述設(shè)計計算可知本項目冬季采暖的熱負荷分別為780kW。

考慮到萊州市屬于寒冷地區(qū),為保證在低溫環(huán)境條件下機組提供的熱能可以滿足建筑物的采暖需求,本項目空氣源熱泵設(shè)計機型采用了噴氣增焓EVI技術(shù)的超低溫機組。

二期工程,采暖熱源設(shè)備選用18臺空氣源熱泵機組(參數(shù)見表3),安裝在小區(qū)北側(cè)靠臨海邊的空地平臺上,并預(yù)留一期將增設(shè)的設(shè)備及管網(wǎng)余量。水箱、水泵及電控裝置放在另外搭建的設(shè)備間內(nèi)。

北方某小區(qū)“熱泵+儲能水箱”集中供暖BOT項目方案設(shè)計
注:機組的名義制熱量是在名義工況下的參數(shù),即額定工況測試條件為:干球溫度7℃,濕球溫度6℃,進出水溫度40/45℃下測試得到的數(shù)據(jù)。

由性能測試實驗室測得的數(shù)據(jù)可知,該系列機組在煙臺市冬季采暖室外計算干球溫度-5.8℃環(huán)境條件下、出水溫度為45℃、供回水溫差為5℃運行時,機組的制熱量修正系數(shù)為0.69。本系統(tǒng)在最不利的條件下,機組能夠提供的供熱量為:63*0.69KW/臺*18臺=782.46KW,略大于系統(tǒng)所需的780kW的散熱量。

4.系統(tǒng)設(shè)計

4.1 儲能水箱

本工程所用水箱為熱量交換水箱,水箱的容積根據(jù)采暖系統(tǒng)要求選??;水箱容積越大,儲存的熱量越多,對整個采暖系統(tǒng)的穩(wěn)定性來說更有利,但同時帶來的能量損失也會越大。

北方某小區(qū)“熱泵+儲能水箱”集中供暖BOT項目方案設(shè)計
除去末端管路及設(shè)備中的水容量,并綜合考慮熱穩(wěn)定性、投資的經(jīng)濟性以及以后擴容的初投資利用率,本系統(tǒng)設(shè)計采用了一個30噸的保溫水箱。儲能水箱除了儲存熱能的作用外,還有排氣、緩沖、水分壓、排污等功能。

4.2 排氣裝置

管路系統(tǒng)的最高點或局部高點都設(shè)計并安裝有自動排氣閥。

4.3 控制系統(tǒng)

A.熱源設(shè)備的控制

二聯(lián)供機組的啟??刂撇捎玫氖菣C組面板的就地控制。二聯(lián)供機組可根據(jù)回水溫度或水箱溫度(本項目制熱時為45℃)控制機組壓縮機的啟停,來達到節(jié)能的目的。另外,空氣源二聯(lián)供機組自帶低水溫保護、缺水保護、高低壓保護等功能。管道式電加熱器作為輔助熱源只有當(dāng)環(huán)境溫度低于某一設(shè)定值、或儲能水箱水溫在特定的時間內(nèi)無法達到設(shè)定值時才開啟。其余時間,處于關(guān)閉狀態(tài)。

B.采暖水泵的控制

采暖水泵的啟停,受到采暖總回水管的溫度控制。

C.缺水控制

采暖管路供回水總管之間為防止水泵缺水,設(shè)有壓差旁通控制系統(tǒng);壓差旁通閥的分流作用使流經(jīng)熱泵機組的水量穩(wěn)定不變。另外,熱泵主機缺水運行時,會開啟水流故障報警,關(guān)閉壓縮機及機組循環(huán)水泵的運行。

5.系統(tǒng)節(jié)能措施

本系統(tǒng)自2015年12月運行至今,采暖效果良好,均達到了設(shè)計技術(shù)指標(biāo),用戶評價較高。為加強能源管理,工程商采用了分戶收取整年采暖費用的形式,在運行過程中根據(jù)用戶的采暖需求,全程記錄了系統(tǒng)的運行情況。在2016年1月在該市遇到號稱50年難得一見的最低氣溫-15℃的條件下,室內(nèi)溫度仍能保證達到18℃以上。

北方某小區(qū)“熱泵+儲能水箱”集中供暖BOT項目方案設(shè)計

為節(jié)約運行成本,經(jīng)過理論計算和不斷的實踐,得知隨著室外溫度的變化宜將水箱內(nèi)水溫設(shè)定在35~45℃之間,此時室內(nèi)溫度可以保證達到20℃的設(shè)計溫度,且運行成本最低。在該項目的運行及管理中,供暖系統(tǒng)的設(shè)計及使用過程中主要采用的節(jié)能措施總結(jié)為以下幾條:

根據(jù)室內(nèi)負荷和室外氣溫的變化,調(diào)節(jié)熱源水的供水溫度,實現(xiàn)按需供熱和合理分配,提高能源的利用率,可以達到最大限度的節(jié)能;

在滿足熱環(huán)境要求的前提下,不要盲目提高供暖系統(tǒng)室內(nèi)設(shè)計溫度,冬季供暖室溫越高,系統(tǒng)能耗越大;

一般規(guī)律是室內(nèi)溫度每降低1℃可降低能耗5~10%,這是最重要、最有效、實施最簡單的措施之一。

在能源管理項目的運行過程中,必須通過室溫調(diào)節(jié)和控制設(shè)置,對地面輻射供暖室內(nèi)末端進行切實的調(diào)節(jié)和控制,否則會造成嚴(yán)重浪費。

6.總結(jié)

低溫?zé)崴匕遢椛洳膳到y(tǒng)的采暖形式是目前空氣源熱泵采暖最合適的末端,使用上最直接、舒服、節(jié)能。本項目也是合同能源管理這種市場化節(jié)能機制用在民用住宅樓供暖領(lǐng)域的一次成功案例。這種采暖系統(tǒng)操作模式雖然利潤較高,但存在前期投入大、回收周期長等原因,比較適用于大型的、有一定經(jīng)濟實力的供暖公司或企業(yè)來運營。結(jié)合各地對可再生能源的補貼及電價優(yōu)惠政策,這種模式可廣泛應(yīng)用于采暖、制冷、供應(yīng)熱水等場所。

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來源:熱泵市場
 
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