分析節能技術進行供熱制冷的優勢

　　我國隨著城市建設的快速發展、人民生活水平的不斷提高，人們對居住環境要求越來越高，形成了冬季南方采暖夏季北方空調的局面。但能源儲量日益減少，節能減排工作已日趨緊迫，而熱泵技術的應用，可使企業在供熱領域開拓新的空間，實現節能減排的目的。正因此，熱泵的運用在當前迅猛發展。
　　
　　筆者認為熱泵、集中供熱及燃氣供熱各有自己的優勢和局限性，在工程實踐中應當發揮它們的綜合優勢，達到投資省、運行費用低，安全可靠地為建筑物供熱制冷的目的。下面筆者對一個工程實例加以剖析。
　　
　　1工程背景某
　　
　　小區位于唐山市高新技術開發區，地理位置優越，環境優雅，該項目共分A、B、C、D四個區，其中A、C區為普通高層公寓，采用集中供熱，共設一個熱力站，只提供冬季供暖。B、D區為豪華別墅和躍層高級公寓，為唐山市d*豪華小區，要求進行冬季供熱、夏季制冷、一年四季24小時提供生活熱水。
　　
　　2方案制定該
　　
　　小區B、D區定位于高端建筑市場，需提供優質的供熱、制冷及生活熱水服務，為此，確定可再生能源供熱、制冷方案。可再生能源應用屬國家重點推廣應用技術，具有環保、節能、可持續利用的特點。該項目供熱（制冷）方案：因為考慮到水源熱泵回灌問題，隨地下水下降水量不足及由此引起地面沉降問題，還有國家政策不提倡水源熱泵，建議不采用水源熱泵而采用土壤源供熱制冷，供熱不足部分以集中供熱作為補充，制冷不足部分用冷卻塔補充，使進出土壤的冷熱量達到完全的平衡，以使土壤源長久使用。生活熱水系統冬季采用集中供熱、夏季采用熱回收熱泵提供，春秋兩季采用燃氣鍋爐提供熱水。本方案提供z*大限度供熱、制冷及生活熱水保障，打造唐山市d*綠色環保+時尚豪華小區。
　　
　　3項目基本情況
　　
　　3.1項目要求：B、D區室內系統為地板供熱+風機盤管系統，要求冬季供熱，夏季制冷，并且提供24小時生活熱水供應。
　　
　　3.2基本參數及計算基準
　　
　　3.2.1別墅：采暖熱指標為40W/m2，制冷冷指標為100W/m2；3.2.2高層樓：采暖熱指標為40W/m2，制冷冷指標為100W/m2；3.2.3綜合服務樓：采暖熱指標為45W/m2，制冷冷指標為100W/m2；3.2.4土壤原始平均溫度：13℃左右；3.2.5夏季平均單孔換熱量60W/m；冬季平均單孔換熱量40W/m；3.2.6生活熱水設計參數：按550戶（其中別墅41套，豪華躍層住宅509戶）、每人每日z*高日用水定額100L來計算，熱水溫度取50℃。
　　
　　4B、D區具體方案
　　
　　4.1B、D區為一個整體，共用一個熱力站，都統一考慮。分3系統：夏季制冷系統、冬季供熱系統及生活熱水系統。制冷、供熱采用地源熱泵，地源冷負荷不足時用冷卻塔補充，地源熱負荷不足時用集中供熱回水補充。土壤熱源以冷量為準，熱量比冷量多的部分，由集中供熱一次回水的熱量進行補充，達到一年內土壤冷熱量的總體平衡。生活熱力系統冬季采用集中供熱回水加熱；夏季采用可回收式熱泵的冷凝水加熱，附以燃氣爐補充加熱；春、秋采用燃氣爐加熱。幾種熱源可互為備用，確保供熱制冷的安全穩定。
　　
　　4.2室內系統
　　
　　4.2.1高、低分區：由于z*高建筑為22層住宅樓，所以室內系統分為高、低2個區，1~11層為低區，建筑面積為92141.69平方米；12~22層為高區，建筑面積為24401.78平方米。高、低區冷、熱負荷計算表見下表；由于有12層樓房，12層不分區，所以低區定壓按12層計算，定壓壓力設為0.4MPa。高區定壓按22層計算，定壓壓力設為0.7MPa。
　　
　　4.2.2室內冬季采暖采用地板供熱，夏季制冷采用風機盤管系統，供熱與制冷的切換在室內進行。
　　
　　4.2.3室內熱水系統按11層分高低區，與上水系統一起布置，入戶裝置與上水入戶裝置放入一個入戶井中，熱水進水管和回水管各加一塊熱水表，2塊表計數差為該戶用水量。
　　
　　4.3室外管網4.3.1室外管網對應室內系統也分高、低區2個系統。低區中的B區別墅區單獨引入機房，B、D區的高層1~11層單獨引入機房，低區在機房內設集、分水器，有利在機房內進行調節。
　　
　　4.3.2為節省資金投入室外管網制冷、供熱用同一管網，會造成冬季采暖運行嚴重失調。制冷時：別墅冷負荷100W，高層冷負荷100W，溫差5℃。供熱時：別墅熱負荷40W，高層熱負荷40W，溫差10℃。冬季運行阻力太小，不平衡率太大，會造成庭院管網的嚴重失調。采用措施是在制冷入戶小室的回水管上加旁通（如下圖），供熱時開啟旁通閥，關閉制冷回水閥，使供暖時管網阻力達到平衡。
　　
　　4.3.3采用土壤源熱泵：按單井120m計算，共布置了661口井，井徑φ150，井間距4.5m，單U埋管。冷負荷估算：661×60×120=4759kW；熱負荷估算：661×40×120=3173kW。
　　
　　4.3.4生活熱水管網：生活熱水管網分高、低2個區，都設循環回水管，主管線沿供熱二次網布置，各樓的生活熱水入戶管線接至給定的上水入戶井中。
　　
　　4.3.5供熱制冷、生活水高低分區共8根直埋管線水平布置，并有足夠的溝寬。
　　
　　4.4機房4.4.1設2個獨立機房，一個熱泵主機房及一個燃氣真空爐機房。燃氣真空爐機房內不設動力設備，只用管道與主機房相聯。
　　
　　4.4.2燃氣真空爐機房內安裝一臺1400kW（2噸）真空燃氣鍋爐，型號：SV－13005G－H·W。按550戶（其中別墅41套，豪華躍層住宅509戶）、每人每日z*高日用水定額100L來計算，冷水溫度取10℃，熱水溫度取60℃。每天需要177t熱水，考慮晚上集中6個小時連續使用，熱水流量為30t/h，溫差為50℃，熱負荷為1380kW。燃氣用量為160m3/h。
　　
　　4.4.3熱泵主機房4.4.3.1低區：冷負荷為6877kW，熱負荷3685kW，土壤源可提供4759kW的冷量，冷卻塔需提供2117kW的冷量。
　　
　　所以可以選取型號為KCWF2620BR土壤源熱泵3臺，制冷量2190kW，輸入功率387kW；制熱量為2330kW，輸入功率492kW。2臺采用土壤源熱泵，1臺機組代熱回收裝置，熱回收功率657kW，同時采用冷卻塔冷卻。
　　
　　4.4.3.2高區：冷負荷為1466kW，熱負荷988kW，制冷時需使用冷卻塔。所以可以選取型號為KCWF2410BR土壤源熱泵2臺，代熱回收裝置，熱回收功率434kW。制冷量1448kW，輸入功率262kW，制熱量為1555kW，輸入功330kW。
　　
　　4.4.3.3土壤冷熱量的平衡：
　　
　　夏季放入土壤熱量：4759kW×90×12×3600/109=18503GJ?
　　
　　生活熱水回收熱量：1380kW×90×6×3600/109=2683GJ冬季取自土壤熱量：3173kW×136×24×3600/109=37284GJ土壤可取出熱量比取出的冷量大21464GJ，為達到冷熱負荷的平衡，冬季需用集中供熱補充21464GJ。
　　
　　4.4.3.4熱力站總用電負荷：2000kW。
　　
　　5總結及結論土壤源熱泵的優點是：熱源穩定，可以冬季供熱夏季制冷，特別是在夏季制冷時運行費用較低，有明顯優勢；缺點是：打井占地面積大，初投資大。集中供熱的優點是：熱源穩定，初投資和運行費用較低，有明顯優勢；缺點是：只能冬季供熱不能夏季制冷，集中供熱熱源緊張。天然氣的優點是：春秋及夏季氣量充裕，運行費用適中；缺點是：冬季用氣緊張，運行費用比集中供熱高。在本工程中，充分綜合了這3種供熱形式的優勢，s*先土壤源夏季提供60%的冷負荷，大部分時間由土壤源制冷，從而保證夏季制冷的運行費z*低，在極端負荷的情況下由冷卻塔補充制冷，由于減少40%的打井數量，可以減小初投資。冬季供熱時按夏季放入土壤中的熱量為準，在每天的用電低谷時開啟土壤源熱泵，以達到z*低的運行成本，不足部分以集中供熱作為補充，使進出土壤的冷熱量達到完全的平衡，以使土壤源長久使用。生活熱水系統冬季采用集中供熱，夏季采用熱回收熱泵提供，春秋二季采用燃氣鍋爐提供熱水，這樣生活熱水的運行成本亦可以達到z*低。本項目在節省初投資，保證土壤源冷熱平衡情況下，使運行費用z*低，這充分體現運用多種能源及節能技術進行供熱制冷的綜合優勢。
　　
　　我國隨著城市建設的快速發展、人民生活水平的不斷提高，人們對居住環境要求越來越高，形成了冬季南方采暖夏季北方空調的局面。但能源儲量日益減少，節能減排工作已日趨緊迫，而熱泵技術的應用，可使企業在供熱領域開拓新的空間，實現節能減排的目的。正因此，熱泵的運用在當前迅猛發展。
　　
　　筆者認為熱泵、集中供熱及燃氣供熱各有自己的優勢和局限性，在工程實踐中應當發揮它們的綜合優勢，達到投資省、運行費用低，安全可靠地為建筑物供熱制冷的目的。下面筆者對一個工程實例加以剖析。
　　
　　1工程背景某
　　
　　小區位于唐山市高新技術開發區，地理位置優越，環境優雅，該項目共分A、B、C、D四個區，其中A、C區為普通高層公寓，采用集中供熱，共設一個熱力站，只提供冬季供暖。B、D區為豪華別墅和躍層高級公寓，為唐山市d*豪華小區，要求進行冬季供熱、夏季制冷、一年四季24小時提供生活熱水。
　　
　　2方案制定該
　　
　　小區B、D區定位于高端建筑市場，需提供優質的供熱、制冷及生活熱水服務，為此，確定可再生能源供熱、制冷方案。可再生能源應用屬國家重點推廣應用技術，具有環保、節能、可持續利用的特點。該項目供熱（制冷）方案：因為考慮到水源熱泵回灌問題，隨地下水下降水量不足及由此引起地面沉降問題，還有國家政策不提倡水源熱泵，建議不采用水源熱泵而采用土壤源供熱制冷，供熱不足部分以集中供熱作為補充，制冷不足部分用冷卻塔補充，使進出土壤的冷熱量達到完全的平衡，以使土壤源長久使用。生活熱水系統冬季采用集中供熱、夏季采用熱回收熱泵提供，春秋兩季采用燃氣鍋爐提供熱水。本方案提供z*大限度供熱、制冷及生活熱水保障，打造唐山市d*綠色環保+時尚豪華小區。
　　
　　3項目基本情況
　　
　　3.1項目要求：B、D區室內系統為地板供熱+風機盤管系統，要求冬季供熱，夏季制冷，并且提供24小時生活熱水供應。
　　
　　3.2基本參數及計算基準
　　
　　3.2.1別墅：采暖熱指標為40W/m2，制冷冷指標為100W/m2；3.2.2高層樓：采暖熱指標為40W/m2，制冷冷指標為100W/m2；3.2.3綜合服務樓：采暖熱指標為45W/m2，制冷冷指標為100W/m2；3.2.4土壤原始平均溫度：13℃左右；3.2.5夏季平均單孔換熱量60W/m；冬季平均單孔換熱量40W/m；3.2.6生活熱水設計參數：按550戶（其中別墅41套，豪華躍層住宅509戶）、每人每日z*高日用水定額100L來計算，熱水溫度取50℃。
　　
　　4B、D區具體方案
　　
　　4.1B、D區為一個整體，共用一個熱力站，都統一考慮。分3系統：夏季制冷系統、冬季供熱系統及生活熱水系統。制冷、供熱采用地源熱泵，地源冷負荷不足時用冷卻塔補充，地源熱負荷不足時用集中供熱回水補充。土壤熱源以冷量為準，熱量比冷量多的部分，由集中供熱一次回水的熱量進行補充，達到一年內土壤冷熱量的總體平衡。生活熱力系統冬季采用集中供熱回水加熱；夏季采用可回收式熱泵的冷凝水加熱，附以燃氣爐補充加熱；春、秋采用燃氣爐加熱。幾種熱源可互為備用，確保供熱制冷的安全穩定。
　　
　　4.2室內系統
　　
　　4.2.1高、低分區：由于z*高建筑為22層住宅樓，所以室內系統分為高、低2個區，1~11層為低區，建筑面積為92141.69平方米；12~22層為高區，建筑面積為24401.78平方米。高、低區冷、熱負荷計算表見下表；由于有12層樓房，12層不分區，所以低區定壓按12層計算，定壓壓力設為0.4MPa。高區定壓按22層計算，定壓壓力設為0.7MPa。
　　
　　4.2.2室內冬季采暖采用地板供熱，夏季制冷采用風機盤管系統，供熱與制冷的切換在室內進行。
　　
　　4.2.3室內熱水系統按11層分高低區，與上水系統一起布置，入戶裝置與上水入戶裝置放入一個入戶井中，熱水進水管和回水管各加一塊熱水表，2塊表計數差為該戶用水量。
　　
　　4.3室外管網4.3.1室外管網對應室內系統也分高、低區2個系統。低區中的B區別墅區單獨引入機房，B、D區的高層1~11層單獨引入機房，低區在機房內設集、分水器，有利在機房內進行調節。
　　
　　4.3.2為節省資金投入室外管網制冷、供熱用同一管網，會造成冬季采暖運行嚴重失調。制冷時：別墅冷負荷100W，高層冷負荷100W，溫差5℃。供熱時：別墅熱負荷40W，高層熱負荷40W，溫差10℃。冬季運行阻力太小，不平衡率太大，會造成庭院管網的嚴重失調。采用措施是在制冷入戶小室的回水管上加旁通（如下圖），供熱時開啟旁通閥，關閉制冷回水閥，使供暖時管網阻力達到平衡。
　　
　　4.3.3采用土壤源熱泵：按單井120m計算，共布置了661口井，井徑φ150，井間距4.5m，單U埋管。冷負荷估算：661×60×120=4759kW；熱負荷估算：661×40×120=3173kW。
　　
　　4.3.4生活熱水管網：生活熱水管網分高、低2個區，都設循環回水管，主管線沿供熱二次網布置，各樓的生活熱水入戶管線接至給定的上水入戶井中。
　　
　　4.3.5供熱制冷、生活水高低分區共8根直埋管線水平布置，并有足夠的溝寬。
　　
　　4.4機房4.4.1設2個獨立機房，一個熱泵主機房及一個燃氣真空爐機房。燃氣真空爐機房內不設動力設備，只用管道與主機房相聯。
　　
　　4.4.2燃氣真空爐機房內安裝一臺1400kW（2噸）真空燃氣鍋爐，型號：SV－13005G－H·W。按550戶（其中別墅41套，豪華躍層住宅509戶）、每人每日z*高日用水定額100L來計算，冷水溫度取10℃，熱水溫度取60℃。每天需要177t熱水，考慮晚上集中6個小時連續使用，熱水流量為30t/h，溫差為50℃，熱負荷為1380kW。燃氣用量為160m3/h。
　　
　　4.4.3熱泵主機房4.4.3.1低區：冷負荷為6877kW，熱負荷3685kW，土壤源可提供4759kW的冷量，冷卻塔需提供2117kW的冷量。
　　
　　所以可以選取型號為KCWF2620BR土壤源熱泵3臺，制冷量2190kW，輸入功率387kW；制熱量為2330kW，輸入功率492kW。2臺采用土壤源熱泵，1臺機組代熱回收裝置，熱回收功率657kW，同時采用冷卻塔冷卻。
　　
　　4.4.3.2高區：冷負荷為1466kW，熱負荷988kW，制冷時需使用冷卻塔。所以可以選取型號為KCWF2410BR土壤源熱泵2臺，代熱回收裝置，熱回收功率434kW。制冷量1448kW，輸入功率262kW，制熱量為1555kW，輸入功330kW。
　　
　　4.4.3.3土壤冷熱量的平衡：
　　
　　夏季放入土壤熱量：4759kW×90×12×3600/109=18503GJ?
　　
　　生活熱水回收熱量：1380kW×90×6×3600/109=2683GJ冬季取自土壤熱量：3173kW×136×24×3600/109=37284GJ土壤可取出熱量比取出的冷量大21464GJ，為達到冷熱負荷的平衡，冬季需用集中供熱補充21464GJ。
　　
　　4.4.3.4熱力站總用電負荷：2000kW。
　　
　　5總結及結論土壤源熱泵的優點是：熱源穩定，可以冬季供熱夏季制冷，特別是在夏季制冷時運行費用較低，有明顯優勢；缺點是：打井占地面積大，初投資大。集中供熱的優點是：熱源穩定，初投資和運行費用較低，有明顯優勢；缺點是：只能冬季供熱不能夏季制冷，集中供熱熱源緊張。天然氣的優點是：春秋及夏季氣量充裕，運行費用適中；缺點是：冬季用氣緊張，運行費用比集中供熱高。在本工程中，充分綜合了這3種供熱形式的優勢，s*先土壤源夏季提供60%的冷負荷，大部分時間由土壤源制冷，從而保證夏季制冷的運行費z*低，在極端負荷的情況下由冷卻塔補充制冷，由于減少40%的打井數量，可以減小初投資。冬季供熱時按夏季放入土壤中的熱量為準，在每天的用電低谷時開啟土壤源熱泵，以達到z*低的運行成本，不足部分以集中供熱作為補充，使進出土壤的冷熱量達到完全的平衡，以使土壤源長久使用。生活熱水系統冬季采用集中供熱，夏季采用熱回收熱泵提供，春秋二季采用燃氣鍋爐提供熱水，這樣生活熱水的運行成本亦可以達到z*低。本項目在節省初投資，保證土壤源冷熱平衡情況下，使運行費用z*低，這充分體現運用多種能源及節能技術進行供熱制冷的綜合優勢。