摘 要:以西宁大润发超市为案例,分析在不改变原有制冷系统的基础上,用空气源热泵系统来代替市政集中供暖的情况,并对其设计过程和优势做一个总结,案例详细叙述工程需求、设计选型(设计依据、负荷计算、主机选型)和工程安装,通过对比不同热源运行费用分析空气源热泵的节能程度。
关键词:空气源;热泵供暖;节能比例;系统优势
一、工程概概况
西宁大润发超市位于西宁市综合大楼地下一层,总面积13500㎡,其中主卖场10000㎡,后面为仓库、机房和冷库室,配电室约3500㎡,层高4.2m。该项目为采暖改造项目,超市原采用螺杆机组制冷,市政集中供热采暖,配100T蓄能水箱回收冷库等热量。由于市政采暖按面积收费(13500平方米),超市很多时候对于仓库等地方并不要求采暖,存在能源浪费,运行费用高舒适度差等情况,甲方希望改造此采暖系统。
二、设计依据
《公共建筑节能设计标准》广东省实施细则(DBJ15-51-2007)
《通风与空调工程施工质量验收规范》(GB50304-2012)
《采暖通风与空气调节设计规范》(GB50019-2015)
《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范》(GB50736-2012)
《空气调节设计手册》(中国建筑工业出版社、第二版)
三、设计参数
西宁市位于我国西北严寒地区,大陆性高原半干旱气候,全年气温低、湿度低是其天气的主要特征。全年平均气温7.6℃,年平均降雨量约为380毫米,冬季空调室外计算温度-15℃,夏季空调室外计算干球温度为25.9℃,空调室外计算湿球温度为16.4 ℃。冬季室外设计计算参数(见表1),室内设计计算参数(见表2)。
表1:冬季室外设计计算参数
四、负荷计算
空调区的负荷由冷负荷和湿负荷组成,其中夏季冷负荷由围护结构传入热量、外窗辐射热量、人体散热量、照明散热量、内部热源散热量、各种潜热量逐时转化形成;湿负荷由人体散湿量、渗人空气带入的湿量、室内湿表面、液面的散湿量等组成。
(一)外墙、屋顶传热形成的逐时冷负荷
K ------传热系数 W/(m2•℃)
F------ 外墙和屋顶的面积㎡
---- 作用时刻下冷负荷计算温度,简称冷负荷温度℃
△------围护结构的地点修正系数,℃
tn------室内设计温度℃
(二)内墙、楼板等室内传热维护结构形成的瞬时冷负荷
当空调房间的温度与相邻非空调房间的温度大于3℃时,要考虑由内维护结构的温差传热对空调房间形成的瞬时冷负荷:
F——内围护结构的传热面积,m²
K——内维护结构的传热系数,W /( m²•℃)
twp——夏季空调房间室外计算日平均温度,℃
△t——附加温升℃
(三)外窗温差传热引起的冷负荷
在室内外温差的作用下,玻璃窗瞬变热形成的冷负荷可按公式3计算:
K——玻璃的传热系数,W /( m²•℃)
F——窗口面积,㎡
——窗框修正系数
——计算时刻下的冷负荷温度℃
(四)透过玻璃窗的太阳辐射得热引起的冷负荷,无任何遮阳措施来计算,辐射得热冷负荷计算:
xg-----窗的构造修正系数
xd-----地点修正系数
xz-----遮阳修正系数
Jnt-----计算时刻下透过玻璃的太阳辐射的冷负荷强度 W/㎡
(五)人员散热引起的冷负荷
q1——不同室温和劳动性质成年男子显然散热量,W
——群集系数
n——室内全部人数,本设计中室内人员数根据实际办公人数确定
(六)照明散热形成的冷负荷
根据照明灯具的类型和安装方式的不同,其冷负荷计算式分别为:
白炽灯:Q=1000•N•CLQ
荧光灯:Q=1000•n1•n2 •N•CLQ
N——照明灯具所需功率,W
CLQ——照明散热冷负荷系数,本设计根据陆耀庆《实用供热空调设计手册第二版》(下册)选取。
n1——镇流器消耗功率系数,当明装荧光灯的镇流器装在空调房间时,取n1=1.2;当暗装荧光灯镇流器装设在顶棚内时,可取n1=1.0。
n2——灯罩隔热系数,当荧光灯上部穿有小孔(下部为玻璃板),可利用自然通风散热与顶棚内时,n2=0.5~0.8;而荧光灯罩无通风孔时,n2=0.6~0.8。
(七)设备散热形成的冷负荷
Q7=Qq+Q•CLQ
Q7——设备和用具实际的显热形成的冷负荷,W
Qq——设备和用具的实际显热散热量,W
CLQ——设备和用具显热散热冷负荷系数;如果空调系统不连续运行,则CLQ=1.0。
(八)人体散湿量:
g——成年男子的小时散湿量,g/h
n——室内全部人数
——群集系数
室内其他物体散湿量:敞开水面,食物等散湿量根据实际情况酌情考虑,可参考陆耀庆《实用供热空调设计手册第二版》(下册)选取。
根据以上计算公式,计算每个空调区的各分项负荷值,并将各分项负荷按照计算时刻累加,得出空调区总冷负荷逐时值的时间序列,找出最大值作为该空调区的计算热负荷。由计算可知,西宁大润发超市热负荷指标大约在55~60 w/㎡。
五、系统设计
(一)设计要求:更换采暖系统,改变原有能源浪费,运行费用高,舒适度差等情况;设备与原有系统完美结合,系统变动不要太大,控制初投资;系统智能化;机组要安全,环保,高能效的同时运行稳定。
(二)设计思路:原有制冷系统(螺杆机组+风盘)保留不变,采暖系统保留原热回收设备(100T蓄能水池+150KW备用电锅炉)情况下使用超低温机组供暖,同时联合螺杆机组作为辅助动力设备采暖(水路切换,用蓄能池中的热量)。
(三)设备选型:该项目为采暖改造项目,超市原采用螺杆机组制冷,市政集中采暖供热,只需求更换采暖系统代替原有市政集中供热采暖。因此,本次设计根据热负荷需求量为选型标准。
(四)主机选型:根据热负荷表计算得,在原有制冷系统(螺杆机组+风盘)保留不变;采暖系统保留原热回收设备(100T蓄能水池+150KW备用电锅炉)情况下使用10台PHNIX 30P北极星机组超低温机组供暖,同时联合螺杆机组作为辅助动力设备采暖(水路切换,用蓄能池中的热量)。
(五)选型核验:PHNIX超低温机组30P北极星机组额定制热量为86 KW,制热输入功率为23.5kW,10台30P模块提供总热量Q=86*10=860KW > 600KW 满足最大使用需求。根据当地冬季气候参数机组制冷能力为50KW,10台30P超低温机组能够满足要求。
六、系统优势
新供热系统相对于市政集中供热采暖系统而言,在保护环境和节约能源方面有重大的意义。项目运行一个采暖季后,机组性能稳定,恶劣低温环境使用仍能够满足室内采暖需求。
整套空调系统采用PLC控制系统,智能监控主机和每个末端运行情况,根据实际需求合理开启主机数量,避免浪费,大大节省运行费用;系统合理运用了100T蓄能水池+螺杆机,回收冷库废热的同时拉大蓄能温差,提升蓄能能力;同时可利用波谷电价,避开用电高峰,减少运行费用;采暖系统设计过程中,有效利用回收废热采暖,多种热源配合使用,减少费用的同时加强采暖效果。由于集中采暖按照面积(13500㎡)收费,可调性差,每天耗煤量5.2T,一个季度耗煤量为Q=5.2*30*5=780T而空气源热泵直接以电能驱动,吸收空气中热量,无污染,相比更加节能环保。
七、运行费用分析
表3:不同热源采暖季节运行费用分析
由上对比分析可知,采用空气源热泵采暖比集中供暖更环保节能。根据当地的集中供暖收费标准:5.8元/平方米*月,大润发一个季度的总采暖费用为5.8*5*13500=39.2万元,热泵每天工作15h,根据开启情况计算可知运行费用为3.3元/㎡*月,采暖季总运行费用为22.3万元每个采暖季节省运行费用16.9万元,节能比例为44%。
八、采暖系统原理图纸 |