水源熱泵低溫地板輻射供暖系統(tǒng)節(jié)能研究
摘 要：本文通過對某小區(qū)供暖用戶的冬季采暖室內氣溫實測、供暖效果走訪，同時依據(jù)相關參數(shù)進行理論節(jié)能研究，系統(tǒng)地進行分析和研究，得出水源熱泵低溫地板輻射供暖系統(tǒng)的節(jié)能性。
關鍵詞：水源熱泵; 低溫地板輻射供暖; 供暖效果; 節(jié)能研究
1.本研究的背景
我國建筑采暖能源基本都是以煤炭為主，占采暖能源總量的百分比超過70%以上，采暖期城市大氣污染指標普遍超標，造成嚴重大氣環(huán)境污染。二氧化碳造成的地球大氣外層的“溫室效應”，嚴重危害人類生存環(huán)境;煙塵、二氧化硫和氮氧化物也是呼吸道疾病、肺癌等許多疾病的根源，環(huán)境酸化、酸雨也是破壞森林、損壞建筑物的罪魁禍首。顯然，運用節(jié)能系統(tǒng)，利用可再生能源，提高能源應用效率，降低建筑能耗，提高建筑節(jié)能效果是改善大氣環(huán)境的重要途徑。
通過本課題研究，推動水源熱泵低溫地板輻射供暖系統(tǒng)這一類節(jié)能技術的普及應用。它不僅可以減少住戶后期建筑運行能耗費用，還能有效地減少常規(guī)化石燃料的消耗，緩解當前大氣污染，更能為建筑使用者提供一個更為舒適和健康的空間。
2.水源熱泵低溫地板輻射供暖系統(tǒng)
水源熱泵是一種能從自然界地下水中獲取低品位熱能，經(jīng)過電力做功，提供可被人們所用的高品位熱能的裝置。熱泵工作時消耗一部分能量，把環(huán)境介質中貯存的能量加以挖掘，通過傳熱工質循環(huán)系統(tǒng)提高溫度進行利用，而整個熱泵裝置所消耗的功僅為輸出功中的一小部分，這樣就以小部分的能源(電能)獲得了更多的熱量。
低溫地板輻射采暖是一種利用建筑物內部地面進行采暖的系統(tǒng)。它以低于60℃的低溫熱水為熱媒，通過埋設在地板內的塑料管把地板加熱，以整個地面作為散熱面，均勻的向室內輻射熱量，是一種對房間微氣候進行調節(jié)的節(jié)能采暖系統(tǒng)，具有熱感舒適、熱量均衡穩(wěn)定、節(jié)能、免維修、方便管理等特點，是一種極為理想的采暖方式。
水源熱泵系統(tǒng)結合低溫地板輻射采暖系統(tǒng)為小區(qū)住戶提供冬季供暖，將更加的節(jié)約冬季供暖耗能。本課題將對小區(qū)水源熱泵低溫地板輻射供暖系統(tǒng)節(jié)能效果進行分析研究。
3.工程技術方案
3.1項目介紹
本工程位于河北省邢臺市東部地區(qū)某縣城，此縣城區(qū)域內無城市集中供暖系統(tǒng)，且地下水資源較為豐富，故采用水源熱泵低溫地板輻射供暖系統(tǒng)。本項目總建筑面積為4.5萬m2，其中住宅建筑面積為3.20萬m2、首層車庫及儲藏室建筑面積為1.53萬m2、地下儲藏室建筑面積為0.53萬m2、配套公建建筑面積為0.26萬m2、沿街商業(yè)建筑面積為0.4萬m2，此次采暖設計為住宅、配套公建及沿街商業(yè)，采暖總面積約為3.86萬m2。
3.2熱泵負荷計算
地下水溫度常年保持在16～18℃，水源熱泵系統(tǒng)利用地下水作熱源，冬季供暖，節(jié)約大量運行費用，經(jīng)濟效益顯著。水源熱泵系統(tǒng)提供的供暖水溫在50℃左右，回水溫度在40℃左右，結合室內末端低溫地板輻射供熱系統(tǒng)，可最大限度地利用電能提取的地下水的熱量為住戶供暖，同時50℃左右的供暖水溫可最大限度地提升地暖管的全壽命周期。根據(jù)國家相關規(guī)范和標準以及節(jié)能要求，本項目采暖熱負荷取45W/m2。因此，項目總熱負荷約為1737kW。
4.供暖效果研究
國家相關規(guī)范標準規(guī)定，冬季供暖室內氣溫應達到18℃±2℃。首先需要通過采集采暖用戶室內氣溫，用來確定本項目水源熱泵低溫地板輻射供暖系統(tǒng)是否滿足冬季供暖要求。
4.1小區(qū)供暖最不利用戶冬季室內氣溫采集
選取了小區(qū)離水源熱泵機房遠端的1#樓三單元102、502，2#樓四單元102、502，3#樓四單元102、502，6#樓一單元101、501，7#一單元101、501為冬季室內氣溫數(shù)據(jù)采集點。在每一個采集點的最不利采暖房間裝設一個溫濕度記錄儀，將溫濕度記錄儀調為每半小時自動記錄一次溫濕度，從而得到課題所需數(shù)據(jù)。
如最不利地區(qū)均能滿足室溫要求，則小區(qū)內其他地區(qū)均能滿足要求。
4.2隨機走訪及隨機抽測采暖用戶供暖效果情況
為了更加清楚、全面地了解小區(qū)內整體供暖效果，除采集最不利地區(qū)采暖室內氣溫外，還利用隨機走訪和隨機抽測其他采暖用戶冬季室內氣溫的方式，了解其他用戶供暖效果。如走訪住戶反映溫度偏低，將通過實測來認真其反映情況。使本項目供暖效果這一結論更加科學、全面。
5.系統(tǒng)節(jié)能研究
根據(jù)《河北省居住建筑節(jié)能設計標準》DB13(J)63-2007規(guī)定，邢臺市4-6層居住建筑耗熱量指標為14.2W/㎡。此標準是第三階段節(jié)能指標。[注：我國第一階段居住建筑節(jié)能設計標準，于1986年開始實施。第一階段節(jié)能指標是在1980~1981年通用住宅設計的建筑物耗熱指標的基礎上節(jié)能30%;第二階段節(jié)能的目標是在第一階段節(jié)能的基礎上，節(jié)約30%(即所說的節(jié)能50%標準);現(xiàn)在執(zhí)行第三階段節(jié)能目標，是在第二階段節(jié)能的基礎上，再節(jié)約30%(即所說的節(jié)能65%標準)。] 那水源熱泵低溫地板輻射供暖系統(tǒng)節(jié)約多少能源呢?
本項目采暖面積約為3.86萬㎡。項目水源熱泵機組總輸入功率為365.4kW，2臺循環(huán)水泵運行配電功率為30kW，潛水泵運行配電功率約為110kW，其他設備約為13.5 kW，則冬季總配電功率為518.9kW,取520 kW。 則項目平均耗熱量為520000W ÷38600㎡=13.5W/㎡<14.2 W/㎡。說明水源熱泵低溫地板輻射供暖系統(tǒng)完全符合節(jié)能65%標準。
6.環(huán)境影響效益分析
與傳統(tǒng)的空氣源熱泵相比，要高出40%左右，其運行費用為普通中央空調的50～60%。水源熱泵與鍋爐(電、燃料)和空氣源熱泵的供熱系統(tǒng)相比有明顯的優(yōu)勢。鍋爐供熱只能將90%~98%的電能或70～90%的燃料內能轉化為熱量，供用戶使用。因此水源熱泵要比電鍋爐加熱節(jié)省三分之二以上的電能，比燃料鍋爐節(jié)省二分之一以上的能量。水源熱泵系統(tǒng)無任何污染，由于該機組在制熱過程中無任何燃燒化學反應，不排放任何廢棄物，無需設煙囪，1萬平方米的建筑物一個采暖期即可節(jié)煤350噸？赏扑愠，本項目水源熱泵低溫地板輻射供暖系統(tǒng)每年可節(jié)煤1300多噸，環(huán)境效益顯著。
7.結語
(1)與其他普通空調器相比，水源熱泵低溫地板輻射供暖系統(tǒng)與傳統(tǒng)鍋爐采暖初投資相差不大， 但運行費用低，在滿足相同的熱負荷條件下，水源熱泵低溫地板輻射供暖系統(tǒng)可節(jié)省運行費用。
(2)由于水源熱泵低溫地板輻射供暖系統(tǒng)無需直接消耗燃煤、天然氣,使用便捷;可以有效減少溫室氣體的排放，對環(huán)境保護有積極的促進作用。
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