劉 博，王玥娜，張 雨，楊少兵

(1.蘭州高新技術新能源有限公司，甘肅 蘭州 730010;2.蘭州交通大學，甘肅 蘭州 730070)

1 引言

隨著2016年國務院下發(fā)《“十三五”節(jié)能減排綜合工作方案》中目標的確定，能源消費燃煤總量要控制在50億t標準煤以內(nèi)，SO2、NOx排放總量分別要控制在1580萬t、1574萬t，比上一個年度要下降15%[1]。在2017年《北方地區(qū)冬季清潔取暖規(guī)劃(2017～2021)》出臺，對清潔能源取暖有了明確要求，到2021年，電供暖(含熱泵)面積達到15億m2[2]。推進北方地區(qū)冬季清潔取暖等6個問題，都是關系廣大人民群眾生活的大事，是重大的民生工程、民心工程。由此，“清潔取暖”首次進入全國視野，在北方地區(qū)引起廣泛應用。在此大背景下，甘肅慧聯(lián)信息科技發(fā)展有限責任公司供暖項目采用了低環(huán)溫空氣源熱泵為廠房及辦公樓提供熱源。

2 項目概況及供暖系統(tǒng)介紹

2.1 項目概況

項目位于甘肅省慶陽市環(huán)縣，地屬溫帶大陸性季風氣候，旱、雹、風、凍、蟲五災俱全，尤以旱災為重。年平均氣溫9.2 ℃，無霜期200 d；年均降雨量300 mm左右，日照時間2600 h，蒸發(fā)量2000 mm?？偣┡娣e為2983. m2。其中包括鋼構結(jié)構廠房面積為1872 m2，鋼筋混泥土結(jié)構辦公樓面積為1111.7 m2。供暖熱源選用低環(huán)溫空氣源熱泵，廠房末端使用立式明裝風機盤管，辦公樓采用地暖供暖。由于廠區(qū)經(jīng)常性的停電，為防止停電期間無人值守時設備及管道凍裂，故整個供暖系統(tǒng)中加入防凍液(-25 ℃)代替軟化水。

2.2 供暖系統(tǒng)

該項目采用低環(huán)溫空氣源熱泵為熱源，由空氣源熱泵把系統(tǒng)中防凍液(-25 ℃)加熱到45 ℃，系統(tǒng)主管道分兩路送到采暖末端設備立式明裝風機盤管及地暖盤管為室內(nèi)散熱，為便于獨立控制，辦公樓地暖盤管供回水主管道分別加裝蝶閥；防凍液(-25 ℃)溫度降到35 ℃時，再由循環(huán)水泵吸到低環(huán)溫空氣源熱泵加熱，整個系統(tǒng)循環(huán)如此運行。供暖系統(tǒng)如圖1所示。

3 供暖方案設計

熱負荷計算。按照相關規(guī)范(表1)要求，供暖期間工作時間廠房內(nèi)溫度不低于12 ℃；冬季時，環(huán)縣最低環(huán)境溫度在-15～-10 ℃之間浮動，此時低環(huán)溫空氣源熱泵出水溫度45 ℃。建筑物熱負荷可按建筑外輪廓體積V(m3)估算：

Q=aqvV(Tn-Tw)

(1)

式(1)中，Q-供暖熱負荷(W)；qv-為建筑物供暖體積熱指標，見表1；V-建筑外輪廓體積(m3)；Tn-室內(nèi)平均計算空氣溫度( ℃)；Tw-室外采暖計算溫度( ℃)；a-為修正系數(shù)，見表2。

利用表1、2查得體積熱指標，代入式(1)計算供暖熱負荷：建筑面積1872 m2的廠房熱負荷為246.46 kW，建筑面積1111.7 m2辦公樓熱負荷為92 kW(原設計值)，總的建筑熱負荷為338.46 kW。

根據(jù)上述計算熱負荷，選擇當環(huán)境溫度-15 ℃時，產(chǎn)熱量為91.8 kW的低環(huán)溫空氣源熱泵數(shù)量為4臺，低環(huán)溫空氣源熱泵總的制熱量為367.2 kW。廠房內(nèi)安裝33臺制熱量為9.6 kW的立式明裝風機盤管，總制熱量為316.8 kW，末端立式明裝風機盤管散熱量比低環(huán)溫空氣源熱泵-15 ℃時制熱量總和高15%。

4 供暖效果分析

4.1 測量數(shù)據(jù)

由于辦公樓玻璃幕墻未安裝好，因此接地暖盤管供回水主管道上蝶閥關閉，低環(huán)溫空氣源熱泵機組斷電一臺，實測時實際運行低環(huán)溫空氣源熱泵機組3臺。

利用溫度檢測設備和低環(huán)溫空氣源熱泵機組溫控器，對低環(huán)溫空氣源熱泵供暖系統(tǒng)的運行情況進行測試，測試時間為2019年12月24日8:00至2020年2月2日8:00，測試內(nèi)容包括：室外環(huán)境溫度、低環(huán)溫空氣源熱泵進出口溫度、低環(huán)溫空氣源熱泵水流量、供暖室內(nèi)溫度(圖2)。

圖1 供暖系統(tǒng)

表1 工業(yè)建筑體積熱指標[W/(m3. ℃)]

表2 修正系數(shù)a值

圖2 熱泵進出口溫度及室內(nèi)外溫度數(shù)據(jù)

4.2 數(shù)據(jù)分析

根據(jù)熱量計算公式：

Q=G(Tg-Th)0.95/0.86。

(2)

式(2)中,Q-制熱量(kW)；0.95-防凍液(-25 ℃)制熱能力修正系數(shù)；G-防凍液(-25 ℃)質(zhì)量流量(m3/h)；Tg-室內(nèi)平均計算空氣溫度(℃)；Th-室外采暖計算溫度(℃)。

計算出各個時間的實際制熱量Q(圖3)。

圖3 熱泵實際制熱量與水流量及室內(nèi)外溫差

把計算出各個時間的實際制熱量和測量的數(shù)據(jù)代入建筑物熱負荷建筑外輪廓體積V(m3)估算公式：

Q=aqvV(Tn-Tw)

(3)

通過計算，體積熱指標平均值為0.369[W/(m3·℃)]，比設計選型時選擇的0.35[W/(m3·℃)]高5.4%(圖4)。

5 結(jié)論

通過對甘肅慧聯(lián)信息科技發(fā)展有限責任公司供暖項目的運行數(shù)據(jù)分析，得出以下幾點結(jié)論。

(1)對于層高比較高的廠房等建筑，方案設計階段熱負荷估算采用體積熱指標優(yōu)于面積熱指標。

圖4 熱泵制熱量和體積熱指標

(2)對于加防凍液的低環(huán)溫空氣源熱泵供暖系統(tǒng)，設備選型階段必須既考慮防凍液對換熱效率的影響，又考慮制熱能力修正系數(shù)。

(3)末端風機盤管等設備熱負荷總和不能高于低環(huán)溫空氣源熱泵機組的15%。

以上是低環(huán)溫空氣源熱泵系統(tǒng)供暖的部分建議，隨著清潔能源供暖在北方的逐步普及，低環(huán)溫空氣源熱泵系統(tǒng)供暖必將占一席之地，設計方案的優(yōu)劣對于整個供暖系統(tǒng)后期運行以及節(jié)能環(huán)保都至關重要。