撖 文 輝

(山西省建筑科學(xué)研究院有限公司，山西 太原 030001)

0 引言

國務(wù)院辦公廳關(guān)于促進(jìn)建材工業(yè)穩(wěn)增長(zhǎng)調(diào)結(jié)構(gòu)增效益的指導(dǎo)意見，其中要求加大對(duì)無組織排放治理力度，支持企業(yè)向特色園區(qū)集聚，鼓勵(lì)園區(qū)加快燃料升級(jí)，有條件的企業(yè)實(shí)施“煤改氣”“煤改電”，集中使用清潔能源。

呂梁某煤礦采用空氣源熱泵取代燃煤鍋爐，由于礦區(qū)的單體建筑較為分散，因此不設(shè)置集中的熱源，每個(gè)單體附近安裝空氣源熱泵為其提供熱水。以職工宿舍為工程實(shí)例分析，宿舍層數(shù)6層，采用上供下回雙管散熱器供暖系統(tǒng)。原有散熱器要求溫度較高，規(guī)范要求供回水溫度為75 ℃/50 ℃，空氣源熱泵在標(biāo)況下出水溫度為50 ℃。煤礦位于山區(qū)，海拔較高，冬季風(fēng)速較大，室外采暖溫度較低，因此熱泵的衰減較大，出水溫度低于標(biāo)況出水溫度，隨室外溫度波動(dòng)較大，散熱器散熱量受此影響較大，為保證室內(nèi)溫度，熱源端采用怎樣的形式，才能保證出水溫度受室外溫度影響較小，保持較小的波動(dòng)，同時(shí)在符合節(jié)能政策的要求下，保證室內(nèi)溫度的要求。

1 工程實(shí)例

1.1 工程概述

職工宿舍為6層磚混結(jié)構(gòu)，有外保溫，雙層玻璃外窗；長(zhǎng)度100 m，寬9 m，建筑面積5 400 m2，供暖面積約5 000 m2，室內(nèi)采用上供下回式雙管供暖系統(tǒng)，鑄鐵散熱器供暖。

1.2 供暖改造方案

本工程室外氣候資料見表1。

表1 室外氣候資料

取消原有供熱鍋爐，室內(nèi)供熱管道、末端散熱器保持不變，管網(wǎng)不變，熱源采用空氣源熱泵。為不影響宿舍員工休息，熱泵機(jī)組設(shè)在建筑單體通風(fēng)效果較好，且冬季太陽輻射時(shí)間較長(zhǎng)的位置，這樣熱泵機(jī)組的能效比在同等工況下達(dá)到最大值。

熱泵機(jī)組與蓄熱水箱為一次循環(huán)，設(shè)一次循環(huán)泵，變頻系統(tǒng)；二次循環(huán)泵承擔(dān)系統(tǒng)的阻力及建筑定壓，系統(tǒng)減少了定壓系統(tǒng)。熱泵機(jī)組；蓄熱水箱與用戶端為二次循環(huán)。蓄熱水箱采用開式水箱，為保證在極端天氣情況下，出水溫度過低，影響散熱器供暖效果，同時(shí)為防止室外溫度低于熱泵啟動(dòng)溫度造成主機(jī)停止運(yùn)行，水箱內(nèi)設(shè)電加熱棒，當(dāng)水箱內(nèi)溫度低于40 ℃情況下，開啟電加熱系統(tǒng)。水箱內(nèi)設(shè)浮球閥，當(dāng)液位低于限值時(shí)，軟水系統(tǒng)自動(dòng)補(bǔ)水。蓄熱水箱回水主管設(shè)泄壓閥，防止非滿管回水，造成空氣進(jìn)入系統(tǒng)(如圖1所示)。

1.3 設(shè)備選型

1)考慮主機(jī)冬季室外溫度低于標(biāo)況溫度及間斷容霜，導(dǎo)致主機(jī)制熱衰減，按照熱泵低溫供熱能力選擇主機(jī)，選擇4臺(tái)100 kW熱泵機(jī)組。

2)一次循環(huán)泵需滿足滿負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的最大流量，阻力按照室外網(wǎng)管長(zhǎng)度及走向計(jì)算。

G=Q1/cΔt1。

Δt1——機(jī)組進(jìn)出水溫差。

3)二次循環(huán)泵的流量根據(jù)室內(nèi)熱負(fù)荷計(jì)算，阻力不但要求考慮室內(nèi)管網(wǎng)阻力，同時(shí)要考慮建筑高差。

G=Q2/cΔt2。

式中：Q2——建筑物熱負(fù)荷;

Δt2——散熱器進(jìn)出水溫差，按15 ℃～20 ℃考慮。

其中，H為建筑物高度，采用此種開式系統(tǒng)，主要是用水量較大，水箱較大，同時(shí)采用換熱式水箱會(huì)造成熱效率降低。

4)蓄熱水箱的計(jì)算。

蓄熱水箱起著緩沖，電加熱能源補(bǔ)充，蓄熱，自動(dòng)排氣，清潔作用，還有在熱泵除霜時(shí)，可不從室內(nèi)制取熱量，從水箱中提取熱量即可，減少除霜對(duì)室內(nèi)環(huán)境溫度的影響。最重要的作用是當(dāng)供暖周期的始末，中午室外溫度較高時(shí)，同時(shí)室內(nèi)熱負(fù)荷由于太陽輻射，負(fù)荷降低，這時(shí)蓄熱水箱可以儲(chǔ)存一部分熱量，當(dāng)夜晚溫度較低時(shí)，此部分熱量可以作為補(bǔ)充。只有當(dāng)蓄熱水箱的溫度高于設(shè)定值時(shí)，可以停止部分熱泵機(jī)組工作，大部分時(shí)間，熱泵都是處于運(yùn)行狀態(tài)，熱泵不會(huì)頻繁的啟停，而造成能源的浪費(fèi)。

內(nèi)容很簡(jiǎn)單：“一顆不老的童心，生生不息的信念，背包走天下的健康，愉悅和舒心的創(chuàng)業(yè)環(huán)境，安穩(wěn)與平和的睡眠，享有屬于自己的空間與時(shí)間的生活，牽手一個(gè)教會(huì)你愛與被愛的人，品味美好的心情，自由的心態(tài)與寬廣的胸襟，點(diǎn)燃他人希望的精神特質(zhì)?！?/p>

關(guān)于蓄熱水箱的容量計(jì)算，規(guī)范上沒有明確的計(jì)算公式，根據(jù)多方面查得資料，可參考以下計(jì)算公式：

式中：L——水流量；

Q——機(jī)組制熱量;

α——水流速。

2 機(jī)組運(yùn)行及室內(nèi)熱環(huán)境

根據(jù)運(yùn)行軟件監(jiān)控，整個(gè)根據(jù)運(yùn)行期內(nèi)熱泵機(jī)組的進(jìn)出水溫度、運(yùn)行時(shí)間、電加熱等參數(shù)，可計(jì)算出整體熱泵機(jī)組的能效比。

2.1 不同時(shí)段蓄熱水箱溫度

從監(jiān)控記錄可查，冬季供暖期內(nèi)水箱的溫度記錄如下，白天的水箱可以蓄一部分熱量，在下午14：00左右達(dá)到高峰值，晚上室外溫度較低的情況下，從22:00可以看出溫度有較大下降，這時(shí)白天的蓄熱量也耗到極限，晚上水箱供水溫度雖低，這時(shí)戶內(nèi)住戶基本處于睡眠狀態(tài)，室內(nèi)溫度要求也較低，滿足室內(nèi)溫度要求(見圖2)。

2.2 系統(tǒng)的出水溫度

系統(tǒng)采用蓄熱機(jī)組，通過整個(gè)采暖期的記錄結(jié)果，能顯著提高空氣源熱泵的出水溫度，單空氣源熱泵機(jī)組，冬季出水平穩(wěn)溫度50 ℃，采用蓄熱水箱后，系統(tǒng)的出水溫度可以提高3 ℃～5 ℃，明顯提高整體系統(tǒng)的供熱效果。

2.3 室內(nèi)熱環(huán)境

采用水泵直供，無定壓系統(tǒng)，從運(yùn)行過程來看，運(yùn)行平穩(wěn)，系統(tǒng)沒有出現(xiàn)很多的空氣進(jìn)入。采用蓄熱水箱后，晚上供暖溫度沒有很大幅度的波動(dòng)，整體室內(nèi)參數(shù)如圖3所示。

3 結(jié)語

1)采用蓄熱水箱后，對(duì)于機(jī)組的出水溫度有很大提升作用，同時(shí)還能減少室外溫度波動(dòng)對(duì)室內(nèi)的影響。

2)對(duì)于多層建筑，機(jī)組采用直供形式，循環(huán)泵滿足循環(huán)及定壓要求，系統(tǒng)運(yùn)行平穩(wěn)，并未產(chǎn)生喘振，氣體進(jìn)入系統(tǒng)等影響。

3)電輔熱系統(tǒng)在夜間補(bǔ)充熱量占到熱負(fù)荷的30%～40%，考慮當(dāng)?shù)氐凸入妰r(jià)為白天電價(jià)的1/2，此部分熱量的能耗比與空氣源熱泵相差不大，極大的提高了室內(nèi)空氣溫度的穩(wěn)定性。

4)系統(tǒng)無定壓系統(tǒng)，簡(jiǎn)潔方便，減少初投資。