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摘要：本案例为空气源热泵超低温二联供商用产品在在北方寒冷地区新农村项目供热清洁能源市场中的典型应用。在政府采取高压态势整治雾霾的大环境下，包括空气源热泵在内的清洁能源将迎来前所未有的历史发展机遇。工程商在该小区供暖项目中扮演的是节能服务企业的角色、采用了合同能源管理的方式，为空气源热泵在民用供暖领域里的应用提供了新的运作模式。
一、工程简介
项目位于淄川区寨里镇，本项目采暖共包括八个村（社区）和一个养老院，总建筑面积约为348500平方米，用户侧有地板采暖和暖气片。由供应商提供空气源热泵设备并安装调试运营，根据淄博市电代煤政策给予成交供应商资金补助，设备运营维护期为15年，15年期间内由用暖用户每年分别按成交的采暖费标准缴纳冬季采暖费，其余费用不再承担。
该工程2017年10月开始系统设计，11月中旬竣工、调试，正常运行至今。通过能源管理措施，整个系统一直运行在节能高效的状态，室内温度均达到了合同约定的技术指标；经销商的成本回收也能在预期内完成并保证实现盈利。
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序号 |
社区名称 |
取暖面积（m2) |
农户户数（户） |
|
|
1 |
东苑社区 |
60000 |
731 |
|
|
2 |
黉阳社区 |
180000 |
1800 |
|
|
3 |
寨里村 |
35000 |
400 |
|
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4 |
西崖头村 |
4500 |
40 |
|
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5 |
南仙村 |
4500 |
40 |
|
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6 |
北沈村 |
33000 |
330 |
|
|
7 |
北黄村 |
4500 |
40 |
|
|
8 |
南沈村 |
26000 |
260 |
|
|
9 |
寨里镇养老院 |
1000 |
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二、空调设计
2.1 设计规范规定
甲方提供的建筑图纸及工程资料；《居住建筑节能设计标准》（DB37/5026-2014）（山东省，75%标准；2012年标准为65%）；《采暖通风与空气调节设计规范》（GB50019-2012）；《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范》（GB50736-2012）；《实用供热空调设计手册》；《通风与空调工程施工规范》GB50738-2011；《通风与空调工程施工质量验收规范》GB50243-2011
《辐射供暖供冷技术规程》JGJ 142-2012；《全国民用建筑工程设计技术措施 / 暖通空调·动力》2009版
2.2 采暖设计基础资料
A.采暖室内主要设计参数
表1：采暖设计室内计算参数
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房间名称 |
冬季温度℃ |
|
采暖区域 |
18+ |
B.项目所在地室外气象条件参数
通过查相关设计规范知淄川区所属淄博市地区，建筑热工气候分区为寒冷地区，其室外设计计算参数如下表：
表2：室外计算气象参数
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季节 |
室外设计计算参数 |
参数值 |
季节 |
室外设计计算参数 |
参数值 |
|
夏季 |
大气压力 |
100.12kPa |
冬季 |
大气压力 |
102.11kPa |
|
空调室外计算干球温度 |
34.8℃ |
室外供暖计算干球温度 |
-7℃ |
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空调室外日平均温度 |
31.3℃ |
通风计算温度 |
-2℃ |
||
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空调室外计算湿球温度 |
26.7℃ |
室外空调计算干球温度 |
-5.8℃ |
||
|
室外平均风速 |
3.0m/s |
室外平均风速 |
3.2m/s |
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项目所在地的地理位置 |
北纬36°22'，东经117°41 |
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2.3 采暖热负荷计算
A.冬季采暖热负荷计算
供暖系统的设计热负荷是指在某设计室外温度下，为达到要求的室内温度，供暖系统在单位时间内向建筑物供给的热量。冬季供暖系统的热负荷应根据建筑物或房间的得、失热量确定，而建筑物墙壁、窗户、顶棚等各个构成体传热不同均有不同的热量损失，而且与建筑材料的厚度、材质都有关系。
构成采暖热负荷的因素主要为：
维护结构传热耗热量；
冷风渗透耗热量；
冷风侵入耗热量；
水分蒸发耗热量；
加热由外部运入的冷物料和运输工具的耗热量；
通风耗热量；
最小负荷班的工艺设备散热量；
热管道及其他热表面的散热量；
热物料的散热量；
通过其他途径散失或获得的热量等。
B.供暖计算依据
依据《城镇供热管网设计规范》CJJ34-2010采暖热指标推荐值q（W/m2）
C.空气源热泵的匹配问题
根据末端配置不同，暖气片进水温度在50℃以上时，暖气片的辐热效率在50%以上，温度低，散热效果就差；末端是地暖时，进口温度在45℃左右，室内效果就良好。设计供回水温差不宜大于10℃，且不宜小于5℃。
2.4 水系统设计
为方便能源管理，采暖水系统采用热泵直接给管道循环水加热。
由空气源热泵主机进行小温差循环、不断加热管道内的水，使水温保持在设定温度，通过末端散热将室内温度提升。
考虑到原有管道为老管道。非同程管道，水泵采用变频水泵，自动调整流量。
采暖管材：当管径DN＜100mm时采用镀锌钢管，丝接；当管径DN≥100mm时采用无缝钢管，焊接。
采用B1级发泡橡塑材料保温，当管径≤100mm时，δ=32mm；100＜管径≤250mm时，δ=40mm。室外管道外设不小于0.7mm的铝皮制作防护层；室外埋地管网做法：除锈/防腐+6cm聚氨酯预制或现场发泡保温+高密度聚乙烯外护管。所有水流设备和附件的工作压力不小于1.0MPa。
控制系统采用远程监控，方便投资商管理，降低运行费用。
三、机组选型
考虑到淄川属于寒冷地区，为保证在低温环境条件下机组提供的热能可以满足建筑物的采暖需求，本项目空气源热泵设计机型采用了喷气增焓技术的超低温机组。
3.1主机选型
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序号 |
社区名称 |
取暖面积（m2) |
设计总负荷（KW） |
热负荷工况 |
机组选型 |
配置台数 |
|
1 |
东苑社区 |
60000 |
2700 |
45W/平米 |
WBC-170.0H-A-S﹙BE-L1﹚ |
2700÷110.95=24.3≈25台 |
|
2 |
黉阳社区 |
50000 |
2250 |
WBC-170.0H-A-S﹙BE-L1﹚ |
2250÷110.95=20.3≈21台 |
|
|
3 |
教体局学校 |
130000 |
5850 |
WBC-85.3H-A-S﹙BE-L1﹚ |
5850÷55.48=105.44≈106台 |
|
|
4 |
寨里村 |
35000 |
1575 |
WBC-170.0H-A-S﹙BE-L1﹚ |
1575÷110.95=14.2≈15台 |
|
|
5 |
西崖头村 |
4500 |
202.5 |
WBC-170.0H-A-S﹙BE-L1﹚ |
202.5÷110.95=1.8≈2台 |
|
|
6 |
南仙村 |
4500 |
202.5 |
WBC-170.0H-A-S﹙BE-L1﹚ |
202.5÷110.95=1.8≈2台 |
|
|
7 |
北沈村 |
33000 |
1485 |
WBC-170.0H-A-S﹙BE-L1﹚ |
1485÷110.95=13.4≈14台 |
|
|
8 |
北黄村 |
4500 |
202.5 |
WBC-170.0H-A-S﹙BE-L1﹚ |
202.5÷110.95=1.8≈2台 |
|
|
9 |
南沈村 |
26000 |
1170 |
WBC-170.0H-A-S﹙BE-L1﹚ |
1170÷110.95=10.5≈11台 |
|
|
10 |
寨里镇养老院 |
1000 |
58 |
58W/平米 |
WBC-170.0H-A-S﹙BE-L1﹚ |
58÷110.95=0.52≈1台 |
|
总计 |
34850 |
15695.5 |
—— |
—— |
199台 |
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3.2主要机型（WBC-170.0H-A-S﹙BE-L1﹚）参数
|
制热工况A7℃A6℃ W40-45℃ |
制热量 |
KW |
170 |
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|
能效比 |
COP |
3.37 |
|||||
|
输入功率 |
KW |
50.48 |
|||||
|
输入电流 |
A |
90.31 |
|||||
|
制热工况A2℃A1℃ W40-45℃ |
制热量 |
KW |
142.04 |
||||
|
能效比 |
COP |
2.99 |
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|
输入功率 |
KW |
47.51 |
|||||
|
输入电流 |
A |
84.99 |
|||||
|
制热工况A-7℃A-8℃ W40-55℃ |
制热量 |
KW |
117.81 |
||||
|
能效比 |
COP |
2.54 |
|||||
|
输入功率 |
KW |
46.37 |
|||||
|
输入电流 |
A |
82.95 |
|||||
|
制热工况A-15℃A-16℃ W40-55℃ |
制热量 |
KW |
101.63 |
||||
|
能效比 |
COP |
2.20 |
|||||
|
输入功率 |
KW |
46.11 |
|||||
|
输入电流 |
A |
82.49 |
|||||
|
制热工况A-20℃A-21℃ W40-45℃ |
制热量 |
KW |
84.64 |
||||
|
能效比 |
COP |
1.79 |
|||||
|
输入功率 |
KW |
47.28 |
|||||
|
输入电流 |
A |
84.59 |
|||||
|
最大输入功率 |
KW |
75.73 |
|||||
|
最大输入电流 |
A |
135.47 |
|||||
|
电源 |
V/PH/HZ |
380V/3PH/50HZ |
|||||
|
环境温度 |
℃ |
零下25至45度 |
|||||
|
循环水量（温差5度） |
m³/h |
29.23 |
|||||
|
水侧压力损失 |
Kpa |
40 |
|||||
|
额定出水温度 |
℃ |
45 |
|||||
|
最高出水温度 |
℃ |
60 |
|||||
|
水泵数量 |
台 |
无 |
|||||
|
压缩机数量 |
台 |
4 |
|||||
|
风机数量 |
台 |
4 |
|||||
|
噪音 |
dB(A) |
70 |
|||||
|
主机尺寸 |
L/W/H |
mm |
2000/1685/2065 |
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|
净重 |
Kg |
1780 |
|||||
四、系统设计
4.1 排气装置
管路系统的最高点或局部高点都设计并安装有自动排气阀。
4.2控制系统
A.热源设备的控制
二联供机组的启停控制采用的是机组面板的就地控制。二联供机组可根据回水温度控制机组压缩机的启停，来达到节能的目的。另外，空气源二联供机组自带低水温保护、缺水保护、高低压保护等功能。
B.采暖水泵的控制
采暖水泵的启停，受到采暖总回水管的温度控制。
C.缺水控制
采暖管路供回水总管之间为防止水泵缺水，设有压差旁通控制系统；压差旁通阀的分流作用使流经热泵机组的水量稳定不变。
另外，热泵主机缺水运行时，会开启水流故障报警，关闭压缩机及机组循环水泵的运行。
五、系统节能措施
本系统自2017年11月运行至今，采暖效果良好，用户评价较高。为节约运行成本，经过理论计算和不断的实践，根据室外温度的变化远程控制机器的设置温度，达到合理的运行成本。
在该项目的运行及管理中，供暖系统的设计及使用过程中主要采用的节能措施总结为以下几条：
根据室内负荷和室外气温的变化，调节热源水的供水温度，实现按需供热和合理分配，提高能源的利用率，可以达到最大限度的节能。
在满足热环境要求的前提下，不要盲目提高供暖系统室内设计温度；冬季供暖室温越高，系统能耗越大。一般规律是室内温度每降低1℃可降低能耗5~10%。这是最重要、最有效、实施最简单的措施之一。
在能源管理项目的运行过程中，必须通过室温调节和控制设置、能对地面辐射供暖室内末端进行切实的调节和控制，否则会造成严重浪费。
六、结束语
低温热水地板辐射采暖系统的采暖形式是目前空气源热泵采暖最合适的末端，使用上最直接、舒服、节能。
本项目也是合同能源管理这种市场化节能机制用在民用住宅楼供暖领域的一次成功案例。这种采暖系统操作模式虽然利润较高，但存在前期投入大、回收周期长等原因，比较适用于大型的、有一定经济实力的供暖公司或企业来运营。结合各地对可再生能源的补贴及电价优惠政策，这种模式可推而广之广泛应用于采暖、制冷、供应热水等场所。
版权：案例由广东华天成谢焕高提供，特此致谢。