《热泵市场》杂志
文_安建新
影响采暖热负荷的因素,跟建筑的围护结构、所在地区、建筑用途、体量等有很大关系。
举个例子,同样用途的建筑,围护结构等基本情况都差不多,分别位于北京和合肥,在计算时室外温度采暖计算参数就有很大区别,北京是-7.6℃,合肥是-1.7℃,差不多相差6℃,在室内温度要求相同的情况下,温差就有6℃的区别,计算出来的热负荷,合肥差不多只有北京的30%。这个是工程所在地不同,不同气温的差异。
此外,不同体量,也就是建筑物的面积、层数、高度等不同,能耗也是不一样的,出入可能很大。比如说,比如说,一个小区,有6层,也有20层的,一般来说,20层的热指标要比6层的要小一点。
即使是同一个建筑,不同的使用功能也可能相差很多。比如某个商业综合体,烧烤餐厅冷指标可能在300W/㎡,而商用办公区域可能只要100W/㎡就够了,相差达到了3倍。
不同的建筑用途,一般来说,同年代的建筑、公共建筑,比如说办公楼、写字楼,热负荷要比居住建筑大一些。比如说,办公楼热指标可能在50W/㎡,但居住建筑可能只要30W/㎡左右。
上面这些都是影响热负荷的一些因素,用途、外保温情况、当地室外气温、建筑面积、层高等等。另外,间歇采暖也对热指标有影响。
热指标的出处是《城镇供热管网设计规范》CJJ34-2010,最初用来计算管网还有热源。要注意的是,这本规范是应用在城镇集中供热的,而且是适用于“三北地区”,即东北、西北、华北这三个地区,并不是所有地区都合适。它的特点是连续供暖,24小时不间断供暖,而热泵改造项目常常不具备这些条件,像办公楼、学校、工厂等,很多都是间歇供暖,这个是需要进行折算的。
表1:各类建筑类型采暖热指标推荐值
建筑物类型 | 采暖热指标推荐值(W/㎡) | |
未采取节能措施 | 采取节能措施 | |
住宅 | 58~64 | 40~45 |
综合居住区 | 60~68 | 45~55 |
学校、办公 | 60~80 | 50~70 |
医院、托幼 | 65~80 | 55~70 |
旅馆 | 60~70 | 50~60 |
商店 | 65~80 | 55~70 |
食堂、餐厅 | 115~165 | 100~150 |
影剧院、展览馆 | 95~115 | 80~105 |
大礼堂、体育馆 | 115~165 | 100~150 |
表1就是《城镇供热管网设计规范》CJJ34-2010给出的热指标,这是连续供暖时的热指标。从这个表也可以得出一些结论:非节能建筑热指标要高于节能节能,公共建筑热指标要高于居住建筑。像学校、办公楼、医院、旅馆、商店等,这些场所的热指标要大一些,而食堂、展馆、大礼堂之类的,很多都是单层建筑,热指标要更高。
间歇采暖的,因此在计算负荷的时候,要根据供暖小时数进行折算:
间歇热指标:24小时*连续供热指标/供暖小时数
表2:各类建筑类型连续供暖、间歇供暖热指标推荐值
建筑物类型 | 采暖热指标推荐值(W/㎡) | |||||
未采取节能措施 | 采取节能措施 | |||||
连续供暖 | 采暖12h | 采暖18h | 连续供暖 | 采暖12h | 采暖18h | |
住宅 | 58~64 | 116~128 | 77~85 | 40~45 | 80~90 | 53~60 |
综合居住区 | 60~68 | 120~138 | 80~91 | 45~55 | 90~110 | 60~73 |
学校、办公 | 60~80 | 120~160 | 80~107 | 50~70 | 100~140 | 67~93 |
医院、托幼 | 65~80 | 130~160 | 87~107 | 55~70 | 110~140 | 73~93 |
旅馆 | 60~70 | 120~140 | 80~93 | 50~60 | 100~120 | 67~80 |
商店 | 65~80 | 130~160 | 87~107 | 55~70 | 110~440 | 73~93 |
表2就是根据之前的热指标数据,在间歇供暖12小时、18小时时的热指标。我们看到,间歇供暖的时候,根据实际供暖的时长的不同,供暖热指标也是不同的。
当然,不管是《城镇供热管网设计规范》CJJ34-2010给出来的热指标,还是折算出来的,都只是一个参考的数据,只要知道热指标的出处,还有间歇供暖的折算,另外还有不同建筑、功能等情况下热指标有大有小,在我们做工程主机选型有很大帮助,多了解这些东西,可以让我们少走很多弯路。
主机选型要注意温度和融霜修正
下面说一下主机选型。
原来制热功率是多少千瓦的锅炉,等量换成制热量是多少千瓦的热泵,这里面要注意两个修正,千万不要用主机的额定制热量去选机组。比如说,项目在合肥和北京,室外温度是不一样,而主机的额定制热量是相同的,如果不做修正的话肯定不合适。
空气源热泵机组的冬季制热量会收到室外空气温度、湿度和机组本身的融霜性能的影响,在设计工况下的制热量通常采用下面公式计算:
Q=qk1K2
式中:Q——机组设计工况下的制热量,KW;q——产品标准工况下的制热量(标准工况:室外空气干球温度7℃,湿球温度6℃),KW;K1——使用点取室外空调计算干球湿度修正系数,按产品样本选取;K2——机组融霜修正系数,应根据生产厂家提供的数据修正,当无数据时,可按每小时融霜一次去0.9,两次取0.8。
表3:某品牌7℃下制热量70KW主机在其它工况下性能一览
出水温度55℃ | 环境温度 | -20℃ | -15℃ | -10℃ | -5℃ | 0℃ |
制热量 | 35.84W | 40.62W | 46.24W | 52.66W | 59.80W | |
输入功率 | 20.21W | 20.75W | 21.31W | 21.90W | 22.49W | |
COP | 1.77 | 1.96 | 2.17 | 2.4 | 2.66 |
有的厂家样本比较好,给出了室外不同温度下的实际制热量,我们可以直接查样本。比如说表3,供水温度是55℃,额定制热量是70KW,而项目当地实际工况是-10℃,那么我们就可以直接查样本-10℃环境温度下机组的制热量,即46.24KW。如果样本查不到,也可以向厂家进行咨询,这样是最准确的。
注意事项:末端、水泵、管道是否配套
经常有人问一些煤改电的问题,说接了一个多大面积的厂区,然后问配多大的空气源热泵机组比较合适?如果直接用锅炉的电功率等量替换,而且是在当地室外温度下热泵的实际制热能力,这样可以嘛?这样做,热泵主机选型是没问题,但结果可能导致工程热不了。问题在哪呢?我们还要注意系统的末端、水泵、管道等是否配套,是否不需要改造。
在煤改电的工程中,锅炉带暖气是最多的,锅炉的水温很多,常见进回水温度是95℃/70℃、80℃/60℃,温差一般在20℃左右,而空气源热泵的温差一般是5℃左右。那么问题来了:温差不一样!
根据流量公式(流量=热负荷/供回水温差),当热负荷不变时,流量和温差是成反比的。原来的温差20℃,现在是5℃了,温差减少为原来的1/4,那么流量肯定要增加4倍才行。怎么办?流量要增大4倍,那么水泵就要增大4倍,或者换成大两号的粗管子,减少管道阻力。
表4:负荷为1200W时,铸铁四柱760暖气片不同水温下所需片数
温度/℃ | 95/70 | 80/60 | 75/50 | 55/50 | 50/45 | 45/40 | 45/35 |
平均水温 | 82.5 | 70 | 62.5 | 52.5 | 47.5 | 42.5 | 40 |
片数/偏 | 10 | 13 | 17 | 23 | 28 | 36 | 43 |
片比系数 | 1 | 1.3 | 1.7 | 2.3 | 2.8 | 3.6 | 4.3 |
注:该表数据仅适用于铸铁760暖气片
还有一个问题就是末端,暖气片在不同水温的情况下,散热能力是不同的。我们以铸铁四柱760暖气片为例,当负荷为1200W时,在供回水温度95℃/70℃的时候,需要10片,每片的散热量是120W,在45℃/40℃时,同样的负荷下,需要36片,【热泵市场 水印】是95℃/70℃的3.6倍,每片的散热量是33W。也就是说,我们必须对暖气片的数量进行核算。
在上表中,我们还看到有个品片比系数,是不是乘以片比系数就可以了?这样是错误的,因为原来的暖气片有可能放的比较多,比如本来5片就够了,结果放了10片,在这样的情况下直接乘以片比系数肯定是不行的。我们可以用基本负荷量的计算方法去算一下,即基本耗热量=传热系数*面积*温差。
或许有人说这样太难了,那可以花钱让设计院给算一下。讲这些内容,只是让大家有这个概念,做商业煤改电项目,不光改的是热源,包括末端、管道、水泵,这一些也可能要改。如果只是改了热源,结果不热,要想收回工程款是很难的。
刚才说的是基本耗热量,忽略了一些修正的耗热量,比如说冷风附加率、风力附加率、层高附加率、朝向附加率等。
版权:本文的前半部分为《热泵采暖凭经验算热负荷很不靠谱!设计师教你快速科学计算》。作者安建新,行业首本热泵供暖书籍《空气源热泵供暖设计与安装指南》作者;住建部认证的暖通高级工程师;从事暖通工程设计十多年,拥有丰富的项目设计经验。头图由华天成提供,特此致谢。
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