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甘肃某农村信用社空气源热泵地暖设计方案
发布日期:2016/2/29 13:45:07


  摘 要:地暖作为一种新型节能供热方式越来越受到人们的关注,地暖供热是以温度不高于60℃的热水,在埋置于地板下的盘管系统内循环流动,加热整个地板,通过地面均匀地向室内辐射散热的一种供暖方式。空气能作为清洁能源在地面辐射的应用越来越广。本工程位于甘肃某农村信用社,总的建筑面积为500平方米,其中采暖面积为400平方米左右,层高4.5米,应用户的要求,冬天室内温,18℃~22℃,冬季供水温度45℃,回水温度40℃,采暖采用正旭超低温冷暖机组+地暖。

 

  关键词:空气能、地暖辐射、采暖、冷暖机组

 

一、工程概况

 

  本工程位于甘肃某农村信用社,总的建筑面积为500平方米,其中采暖面积为400平方米左右,层高4.5米,应用户的要求,冬天室内温,18℃~22℃,冬季供水温度45℃,回水温度40℃,采暖采用正旭超低温冷暖机组+地暖。

 

二 设计规范及标准

 

  1)采暖通风与空气调节设计规范 GB/50019-2003

  2)建筑给水排水设计规范(2009年版)GB 50015-2003

  3)建筑结构荷载规范GB 50009-2001

  4)设备及管道绝热技术通则GB/T 4272-2008

  5)室外给水设计规范GB 50013-2006

  6)通风与空调工程施工质量验收规范GB/50243-2002

  7)给水排水管道工程施工及验收规范GB 50268-2008

  8)建筑设计防火规范GB 50016-2006

  9)空气源热泵技术条件GB/T6424-1997

  10)全国民用建筑工程设计技术措施 暖通•动力 2009

  11)全国民用建筑工程设计技术措施节能专篇 暖通空调•动力 2007

 

三、气象参数

 

3.1室外空气计算参数:

 

  夏季:

 

  大气压力:84.31KPa,空调计算干球温度:30.5℃;通风计算干球温度:26℃,空调计算湿球温度:20.2℃;

 

  冬季:

 

  大气压力:85.14KPa采暖计算温度:-11℃,通风计算温度:-7℃,空调计算温度:-13℃;

 

3.2室内计算参数:

 

 

四、负荷计算

 

4.1围护物基本耗热量计算公式

 

  Qj= K F(tn- tw)α

 

  式中:Qj——围护结构基本耗热量,W;

  K——围护结构的传热系数,W/(m2•℃);F——围护结构的传热面积,m2;tn——冬季供暖室内计算温度,℃;tw——冬季供暖室外计算温度,℃;α——围护结构的温差修正系数。

 

  温差修正系数是对(tn-tw)修正。当围护结构直接与大气接触时a=1, 此时基本耗热量为Qj=KF(tn-tw)。

 

  但是,在已知冷侧温度或用热平衡法能计算出冷侧温度时,可直接用冷侧温度代入,不再进行α值修正。

 

  表2:温差修正系数表

 

 

  围护结构的传热系数:由于该建筑物的外墙和屋顶采用均匀多层材料的平壁结构,所以其传热系数K值可以用公式一计算:

 

  公式一:

  式中 R——围护结构的总传热热阻,(m2•℃)/W;

 

  αn——围护结构的内表面换热系数,W/(m2•℃);

 

  αw——围护结构的外表面换热系数W/(m2•℃);

 

  δi——围护结构各层材料的厚度,m;

 

  λi——围护结构各层材料的导热系数, W/(m•℃)。

 

  使用上述公式时,应该注意下列问题:

 

  (1)围护结构的面积F,应按一定的规则从建筑图上量取。其规则可以查阅有的设计手册。

 

  (2)一些定型的围护结构的传热系数K,可以从设计手册上直接查取。一般情况下,根据传热学原理,可按多层匀质材料组成的结构计算其传热系数。但不同地区供暖建筑各围护结构传热系数不应超过《民用建筑节能设计标准(供暖、居住建筑部分)》[3]、《公共建筑节能设计标准》(GB50189-2005)[1]中的有关规定值。

 

  (3)设置全面供暖的建筑物,其围护结构应具有一定的保温性能,应能满足卫生要求和围护结构内表面不结露的要求,并在技术经济上是合理的。评价围护结构保温性能的主要指标是围护结构的热阻R,R值的大小直接影响围护结构耗热量的多少和其内表面温度的高低,也会影响围护结构的造价。因此,围护结构的热阻R,应根据技术经济比较确定,且应符合国家有关民用建筑热工设计规范和节能标准的要求,《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范》GB 50736-2012[4]中已明确规定了确定围护结构最小热阻的计算公式。

 

  当围护结构是贴土的非保温地面(组成地面的各层材料导热系数都大于1.16 W/(m•℃))时,需要对地面划分地带,划分时要与建筑的维护结构平行相距2 m,划分三个地带后余下的部分均按第四地带计算,其中第一地带靠近墙角的地面积需要计算两次。

 

  下面以下图为例进行地带的划分,具体的划分情况见下图。

 

  地面各个地带的传热系数和换热阻见表3:

 

  表3:非保温地面的换热阻(m2•℃/w)和传热系数(w/m2•℃)表

 

 

4.2朝向修正耗热量

 

  不同朝向的围护结构,受到的太阳辐射热量是不同的;同时,不同的朝向,风的速度和频率也不同。因此,《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范》GB 50736-2012[4]规定对不同的垂直外围护结构进行修正。其修正率为:

 

  北、东北、西北朝向:0~10%;

 

  东、西朝向:-5%;

 

  东南、西南朝向:-10%~-15%

 

  南向:-15%~-30%。

 

  选用修正率时应考虑当地冬季日照率及辐射强度的大小。冬季日照小于35%的地区,东南、西南和南向的修正率宜采用-10%~0,其他朝向可不修正。

 

4.2.1风力附加耗热量

 

  在《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范》GB 50736-2012[4]中明确规定:在不避风的高地、河边、海岸、旷野上的建筑物以及城镇、厂区内特别高的建筑物,垂直的外围护结构热负荷附加5%~10%。

 

4.2.2外门附加耗热量

 

  为加热开启外门时侵入的冷空气,对于短时间开启无热风幕的外门,可以用外门的基本耗热量乘以按表2-3 中查出的相应的附加率。阳台门不应考虑外门附加率。

 

  表4: 外门附加率N值

 

 

  注:n——建筑物的楼层数。

 

4.2.3高度附加耗热量

 

  由于室内温度梯度的影响,往往使房间上部的传热量加大。因此规定:当采用地面辐射供暖的房间(不含楼梯间)高度大于4m时,应在基本耗热量和朝向、风力、外门附加耗热量之和的基础上,计算高度附加率。每高出1m应附加1%,但最大附加率不应大于8%。

 

  综上所述,建筑物或房间在室外供暖计算温度下,通过围护结构的总耗热量Q1可用公式二综合表示:

 

  公式二:

 

  式中:Xch—— 朝向修正率

 

  Xf ——风力附加修正率

 

  Xg—— 高度附加修正率

 

4.3冷风渗透耗热量

 

  按房间换气次数来估算该房间的冷风渗透耗热量。计算公式为

 

  公式三:

 

  式中:Vn——房间的内部体积,m³;

 

  0.287——单位换算系数,1KJ/h=0.287W;

 

  Pw——供暖室外计算温度下的空气密度,1.274kg/m³;

 

  CD——冷空气的定压比热,CD =1.05KJ/Kg;

 

  nk——房间的换气次数,次/h,可按表5选用。

 

  其他符号同前。

 

  表5 :概算换气次数

 

 

4.4 冷风侵入耗热量

 

  在冬季受风压和热压作用下,冷空气由开启的外门侵入室内。把这部分冷空气加热到室内温度所消耗的热量称为冷风侵入耗热量。

 

  冷风侵入耗热量,同样可按下式计算:

 

  公式四:

 

  式中:VW——流入的冷空气量,m3/h;

 

  其他符号同前。

 

  由于流入的冷空气量VW不易确定,根据经验总结,冷风侵入耗热量可采用外门基本耗热量乘以下表的百分数的简便方法进行计算。亦即:

 

  公式五:

 

  式中:Q1-j-m——外门的基本耗热量,W;

 

  N——考虑冷风侵入的外门附加率,按表6采用。

 

  表6的外门附加率,只适用于短时间开启的、无热风幕的外门。对于开启时间较长的外门,冷风侵入量VW可根据《工业通风》等原理进行计算,或根据经验公式或图标确定,并按公式四计算冷风侵入耗热量。此外,对建筑物的阳台不必考虑冷风侵入耗热量。一道门的附加值比两道门的小,是因为一道门的基本负荷大。

 

  表6: 外门附加率N值

 

 

  注:n——建筑物的楼层数。

 

五、主机选型及末端设备

 

5.1已知维护结构条件

 

  北外墙:250厚陶粒混凝土空心砌块,墙外侧贴80厚聚苯板保温,尺寸40000×10000,传热系数0.41W/(m2.℃)

 

  外窗:双层PA断桥铝合金框中空玻璃窗(12mm间隔层), 传热系数2.2W/(m2.℃)

 

  尺寸:0.85×1.8m

 

  楼板:钢筋混凝土120厚,传热系数0.6 W/(m2.℃),

 

  隔墙:200厚陶土粒空心混凝土砌块,传热系数0.6 W/(m2.℃),

 

  地面:不保温地面,K值按地带划分;

 

  供暖室外计算温度为-11℃;极端最低低温:-22℃。

 

  供暖设计温度:22℃

 

5.1.1.围护结构传热量Q1的计算

 

  北外墙Q1=40×10×0.41×1.1×(22+11)×1.06=6310W

 

  邻室供暖温度-11℃,计算户间传热:

 

  内墙Q=4.5×40×0.6×(22+11)=3564w

 

  内墙Q=4.5×40×0.6×(22+11)=3564w

 

  内墙Q=10×40×0.6×(22+11)=7920w

 

  楼板Q=4.5×10×0.6×(22+11)=891w

 

5.1.2.冷风渗透量Q2的计算

 

  用换气次数法计算冷风渗透量,使用公式三:

 

  计算得Q2=22089W

 

5.1.3.冷风侵入耗热量Q3的计算

 

  该房间无外门Q3=0w

 

5.1.4.信用社供暖设计热负荷总计为

 

  Q=Q1+Q2+Q3=44338w

 

  由以上计算得知:

 

  冬天采暖所需热量为44.338kw。

 

5.2主机选型:(冬天主机制热量衰减75%)

 

  采暖主机数量 = 总制热量/主机制热量 = 44.338/(62.3×0.75)≈1台

 

  故建议选择我司ZWH-KFX-BT80Ⅱ/CDW (超低温冷暖机组),单台机组的额定制冷量为56kw,额定制冷输入功率为17.5kw,额定制热量为62.3kw,额定制热输入功率为17.8kw。

 

六、冬天采暖费用对比

 

  表7:各能源采暖费用对比

 

 

  以上数据计算,按节能建筑物计算,非节能建筑仅参考使用。热泵除了节能之外,还更环保、更安全,微电脑控制自动化程度高,使用寿命长达10-15年。

 

七、系统安装示意图

(戎马传媒·《热泵市场》杂志社 订阅热线:0755-26781737)
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