锅炉禁了不要紧，来看这份山西某4000㎡养鸡场热泵采暖方案
《热泵市场》杂志
文_正理生能
摘要：有业内人士称目前我国北方还有至少7000万平方米的空气源热泵需求。除了居民分户采暖和集中采暖市场外，农业种植和养殖业采暖也是一个很大的市场。该项目为山西高平市某养鸡场采暖项目，冬季采用地暖盘管采暖，采暖热源由空气源热泵采暖机组提供45℃/40℃低温热水，在各分区养殖厂房内由分水器输送到各采暖区块。
关键词：空气源热泵；地面辐射采暖；低温热水；采暖方式
1.工程概况
工程名称：森泰牧业养殖场厂房冬季地面采暖；
项目地点：山西省高平市；
项目现状：采用燃煤送热风进养殖场厂房，既不环保又不节能。
该项目总建筑为面积4000㎡畜牧家禽养殖场，分四个养殖区域厂房，位于山西省高平市。响应国家保护环境的煤改电号召，对本养殖场进行环保节能的升级改造，畜牧家禽养殖场拟采用低温热水地板辐射采暖系统。
冬季采用地暖盘管采暖，采暖热源由空气源热泵采暖机组提供45℃/40℃低温热水，在各分区养殖厂房内由分水器输送到各采暖区块，使每个畜牧家禽养殖场达到预期设定的温度，提供清洁、卫生、节能的养殖环境而提高产能。
2.设计参数
高平市位于高平位于山西省东南部，泽州盆地北端，太行山西南边缘，东经112°40’——113°10’、北纬35°40’——36°0’。空气源热泵机组设计根据当地气候、环境和建筑进行计算后，对畜牧家禽养殖场的厂房或空间内的温度、湿度、洁净度和空气流动速度等进行调节与控制，从而为牧家禽养殖场创造安全环保、舒适又节能的环境。
查《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范》GB50736-2012气象参数，山西省高平市采暖与采暖设计室外计算参数如下：
2.1室外计算参数
表1：室外计算参数
2.2室内计算参数
据《全国民用建筑工程设计技术措施-暖通空调·动力》2009JSCS-4全国民用建筑工程设计技术措施表1.2.1得冬季采暖室内设计参数，为此本次计算都是人性化的对待冬季采暖对象。
表2：长期逗留区域空气调节室内计算参数
3.设计依据
《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范》GB50736-2012
《全国民用建筑工程设计技术措施-暖通空调·动力》2009JSCS-4
《采暖通风与空气调节设计规范》GB50019—2003
《辐射供暖供冷技术规程》JGJ142-2012
《公共建筑节能设计标准》GB50189-2005
《热泵热水系统选用与安装》06SS127
4.负荷计算
4.1热负荷的计算
围护结构的基本耗热量采用的是基于日平均温差的稳态计算法。
冬季建筑热负荷包括两项：建筑围护结构的耗热量；由门窗缝隙渗入冷空气的耗热量。其中围护结构的耗热量由基本耗热量和附加耗热量两部分组成。另外根据采暖建筑的实际情况，通常要保持厂房正压，因而在一般情况下不计算门窗缝隙渗入的冷负荷，故在本设计中我们仅仅考虑围护结构的耗热量。
对于民用建筑，采暖区冬季热负荷主要为由围护结构传热所形成的耗热量。根据《采暖通风与空气调节设计规范》GB50019—2003，围护结构的耗热量包括基本耗热量、附加耗热量和高度附加耗热量三部分。
4.1.1 围护结构的基本耗热量
Q=αFK(tNd-tWd)
式中Q—围护结构的基本耗热量形成的热负荷(W);α—围护结构的温差修正系数;F—围护结构的面积(m2)；K—围护结构的传热系数W/(m2.℃)；tNd—冬季采暖室内的计算温度(℃)；tWd—冬季采暖室外计算温度(℃)。
整个建筑物或厂房的基本耗热量，等于它的围护结构各部分基本耗热量的综合。
4.1.2围护结构的附加耗热量
围护结构的附加耗热量应按其占基本耗热量的百分率确定。各项附加百分率宜按照下列规定选用：
4.1.2.1朝向修正率
不同朝向的围护结构，受到的太阳辐射量是不同的;同时，不同的朝向，风的速度和频率也不同。因此，《采暖通风与空气调节设计规范》GB50019—2003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率强度的大小。冬季日照率小于35%的地区，东南、西南和南向的修正率宜采用0～10%，其他朝向可不修正，本项目不考虑日照修正!
4.1.2.2风力附加率
在《采暖通风与空气调节设计规范》GB50019—2003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%。
风力附加率是考虑室外风速变化而对围护结构基本耗热量的修正，在算算围护结构基本耗热量时，外表面换热系数是对应风速为4m/s的计算值。我国大部分地区冬季平均风速一般为2～3m/s。因此，在一般情况下，不必考虑风力附加，本项目不考虑风力附加。
4.1.2.3外门附加率
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，可用外门的基本耗热量乘上按《采暖通风与空气调节设计规范》GB50019—2003中表查出的相应的附加率，阳台门不用考虑外门附加。
4.1.3围护结构的高度附加率
由于室内温度梯度的影响，往往使厂房上部的传热量加大。因此《采暖通风与空气调节设计规范》GB50019—2003中规定：当厂房高度超过4m时，每增加1m应附加2%的高度附加率，但总的附加率不应超过15%。应注意：高度附加率应加在基本耗热量和其它附加耗热量的总和上。
4.2湿负荷的计算
采暖厂房或区域的冬季计算散湿量，应根据下列各项确定：
(1)人体散湿量;
(2)渗透空气带入的湿量;
(3)化学反应过程的散湿量;
(4)各种潮湿表面，液面或液流的散湿量;
(5)食品或气体物料的散湿量;
(6)设备散湿量;
(7)透过围护结构的散湿量。
确定散湿量时，应根据散湿源的种类，宜分别选用适宜的群集系数，负荷系数和同时使用系数。一般民用建筑不计算化学反应过程和透过维护结构的散湿量。
大多数情况下，采暖区域的湿负荷来自人体散湿量和敞开水槽表面的散湿量，本设计考虑人体(人性化的对待家禽)散湿量。
计算时刻的人体散湿量按下式计算：
Dτ=0.001φnτg,
式中Dτ—散湿量，kg/h;φ—群集系数;nτ—计算时刻采暖区域内的总人数;g—名成年男子的小时散湿量(g/h)。
5.设备选型
在进行热泵选型时，要同时考虑厂房热负荷，设备制热量须满足建筑物的热负荷需求，由热负荷最大值确定设备。在选择热泵时，要在满足最大热负荷的同时增加10%的富裕量。
热负荷由外围护结构和内围护结构的基本耗热量及其附加耗热量和冷空气渗透耗热量组成。冬季采暖的室内设计温度设为26℃，本项目采暖末端为地暖，地暖管间距为20公分，外墙保温很好，但因需求温度较高，因此结合热负荷计算结果及实际项目情况，热指标取值为150W/㎡(按照山西省居住建筑节能标准的规定，考虑到本项目要求的室内温度较高，且考虑到冬季最低气温下机组的能效缩减，故按照体育馆的标准选取)，贵方的面积为4000㎡，因此四个养殖区域厂房的热负荷为：Q=150W/㎡×4000㎡=600000W=600KW。
表3：采暖热指标推介表(w/㎡)
经负荷计算可知，该项目冬季采暖热负荷为600kW；冬季采暖的实际负荷为600kW根据养殖场的需求，本系统采用家用地暖采暖联供机组，冬季末端采用地面辐射供暖。
根据项目实际情况，方案选用商用采暖设备20台DKFXRS-30II供应此项目制冷供暖联供，我方空气源热泵的制热量为30KW左右(因本项目为全年恒温项目，这里计算的是全年平均能效)，因此所需要的机组的数量约为：N=Q÷30KW=600KW÷30KW=20台
因此，我方为贵方配置20台DKSXRS-30Ⅱ空气源热泵机组。整个供暖季节空气源热泵的平均能效能够达到3.5左右，整个供暖季节DKFXRS-30Ⅱ空气源热泵的工作时间为120天，每天间断工作，每天总运行时间为10个小时。
机组的耗电量约为W=8.3kw×10h×120天×20台=199200KWh，整个冬季的采暖费用大约为199200KWh×0.5元/KWh=99600元，整个冬季每㎡的供暖费用为99600元÷4000=24.9元。
整个热泵供暖系统出水温度为55℃，供回水温差为3～5℃，计算的时候按照4℃。由此可知，20台DKFXRS-30II满足供应此项目建筑地板辐射采暖需求。
6.费用估算
表4：不同供暖设备能效比比较值
所需功能：冬季寒冷地区供暖，冬季建筑实际所需热负荷600kw。参照电加热模式，按照综合能效3.5计算，冬季按全天10小时运行计算。
冬季寒冷地区采暖，提供600kW热量。冬季高频耗日耗电量600kw÷3.5(cop)×10(运行时间)=1714.29KW.h，(每日耗电量)×120天-205714.29kw.h，采暖季平均每平米耗电量205714.29kw.h÷4000(采暖面积)=51.43kw.h。民用电电费按0.5元每度计算，平均每平米一个采暖季费用51.43kw.h×0.5元-25.71元。
【注】以上数据通过本设备机组参数测算得出，主机在实时相对负荷时的耗电量都不相同;综合运行费用是根据养殖场的使用习惯、时间长短、室外气温、门窗开启的空气渗透等等相关因素上下波动而产生差异。
以上运行费用预估可能会有±20%的误差，如养殖场频繁开门或窗，而且室外又相对来说很冷时，主机会在感应到室内温度达不到设计温度后，在低频、中频、高频之间进行变频调节，使得室内温度达到设计温度，为养殖场提供舒适的环境。由此可知，主机会根据室内情况进行智能调节判断投入运行机组的台数，能有效为养殖场节省电费。