河北沧州4.3万㎡学校空气源热泵+暖气片采暖，运行效果良好
“提前预登记，现场领大奖”，详见文末
本项目为沧州市教育局针对教育系统取暖改造项目，主要改造对象为沧州境内270多所中小学。其中，本文案例为其中5所学校的供暖改造，总供热面积约42900㎡，其中最大的一所学校供热面积有17000㎡，最小的有2300㎡。采暖末端均为散热片。
一、工程概况
该工程2017年10月中旬甲方面向社会招标，2017年11月15日5所学校全部完成系统改造与调试并正常运行，保证了学校的供暖，截至发稿日期系统运行效果良好，节能效果显著。
二、系统设计
2.1 设计依据（略）
2.2 设计参数
2.2.1室内供暖设计参数
根据甲方招标文件要求及供暖规范，室内温度不低于18℃。
2.2.2室外气象参数
通过查暖通设计规范知，河北省沧州市所属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1：沧州市室外计算气象参数
|
项目 |
参数值 |
|
冬季大气压力 |
102.7kPa |
|
冬季室外供暖计算干球温度 |
-7.1℃ |
|
冬季通风计算温度 |
-3.0℃ |
|
冬季室外空调计算干球温度 |
-9.6℃ |
|
冬季室外平均风速 |
2.9m/s |
2.3热负荷估算及热泵设备选型
2.3.1 采暖热负荷
依据国家采暖相关规范以及甲方要求，结合现场勘查，对各所学校学校供暖热负荷概算如下表：
表2：各学校热负荷概算表
|
序号 |
学校 |
供暖改造面积 m2 |
热指标 W/m2 |
热负荷 kW |
|
1 |
1#中学 |
17000 |
100 |
1700 |
|
2 |
2#中学 |
16600 |
100 |
1660 |
|
3 |
3#中学 |
3000 |
100 |
300 |
|
4 |
4#小学 |
4000 |
100 |
400 |
|
5 |
5#小学 |
2300 |
100 |
230 |
2.3.2 主机选型
空气源热泵采暖机组的选型要依据当地冬季室外空调计算干球温度（-9.6℃）来进行修正，通过查询海尔星火系列超低温热泵机组的制热修正曲线，则各学校修正后选配热泵机组见下表：
表3-各学校热泵配置表
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序号 |
学校 |
热负荷 kW |
KD95-NcP5 台数 |
KD48-NcP5 台数 |
热泵制热量 kW |
|
1 |
1#中学 |
1700 |
13 |
8 |
1830 |
|
2 |
2#中学 |
1660 |
16 |
0 |
1760 |
|
3 |
3#中学 |
300 |
0 |
6 |
300 |
|
4 |
4#小学 |
400 |
4 |
0 |
440 |
|
5 |
5#小学 |
230 |
0 |
5 |
250 |
|
6 |
合计 |
4290 |
33 |
19 |
4580 |
综上，本项目5所学校共配置52台超低温热泵可满足学校采暖需求。空气源热泵集中安装在各所学校原锅炉房附近，机组配电及水泵选择放置在原有的锅炉房内。
2.4缓冲水箱
为避免压缩机频繁启动，增加系统的稳定性，应设置蓄能水箱。
2.4.1系统水容量M1
散热器采暖系统的水容量可根据2.0L/㎡进行估算。
2.4.2系统热稳定性要求
综合室内环境的舒适度、主机的寿命、系统造价和工程实施的可能性等因素，空气源热泵系统热稳定性要求为：冬季运行时，主机除霜时间8min，供水温度允许降低不大于3℃。
2.4.3系统要求最小水容积M2
根据热平衡和热稳定性要求，系统要求最小水容量可按下式计算：
M2=(Q×t0)/(c×Δt)
式中：Q——末端设备的的供热量，kW；t0——热稳定性要求的时间，8×60s；c——水的定压比热容，4.187kJ/(kg·℃)；Δt——水温的波动要求值，3℃。
系统蓄能水箱最小容积为M2-M1。
综上，5所学校缓冲水箱选取依次为2吨、2吨、1吨、1吨、1吨。
2.5循环泵选型
循环水泵缓冲水箱与采暖热泵机组之间，负责整个采暖系统的循环。循环泵流量，按照如下式计算：
Φ循环=Φ1×N
其中：Φ1：单台机组循环保温水流量，KD48-NcP5机组为10m3/h，KD95-NcP5机组为20m³/h；N：每台水泵所供的机组台数。
2.6水系统设计
采暖系统为一次泵循环、双管制系统，热泵侧系统管路采用同程式。每栋楼的散热器末端采用上供下回式。
系统原理图
供暖水管：管径＜DN100时采用镀锌钢管，管径≥DN100时采用无缝钢管；管径＜DN65时采用丝接，管径≥DN65时采用焊接。
室外供暖管道均采用B1级橡塑保温材料保温，室内管道外设夹筋铝箔防护层，室外管道外设不小于0.7mm的铝皮制作防护层。供暖管道保温材料的厚度为：管径≤DN100时，δ=30mm；DN100＜管径≤DN250时，δ=35mm。
所有水流设备和附件的工作压力不小于1.0MPa。
2.7 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。
2.8 控制系统
空气源热泵机组的启停控制采用的是线控器。机组可根据回水温度、进水温度、水箱温度控制机组压缩机的启停，来达到节能的目的。另外，热泵机组自带低水温保护、缺水保护、高低压保护等功能。当热泵主机缺水运行时，会开启水流故障报警，关闭压缩机及水泵的运行。
三、运行效果及费用估计
本系统自2017年11月15日正式运行至今，采暖效果良好，所有机器0故障运行，室内平均温度20℃，用户评价很高。系统运行费用预估如下：
表4：海尔星火采暖系统运行费用估算表
|
序号 |
项目 |
1#中学 |
2#中学 |
3#中学 |
4#小学 |
5#小学 |
单位 |
|
1 |
采暖季平均温度 |
-0.5 |
℃ |
||||
|
2 |
采暖期 |
120 |
天 |
||||
|
3 |
采暖时长 |
14 |
h |
||||
|
4 |
建筑面积 |
17000 |
16600 |
3000 |
4000 |
2300 |
㎡ |
|
5 |
设计热负荷 |
1700 |
1660 |
300 |
400 |
230 |
kW |
|
6 |
采暖季平均热负荷 |
877.09 |
856.45 |
154.78 |
206.37 |
118.67 |
kW |
|
7 |
热泵台数 |
21 |
16 |
6 |
4 |
5 |
台 |
|
8 |
热泵日平均运行时间 |
7.31 |
9.37 |
9.03 |
9.03 |
8.31 |
h |
|
9 |
热泵平均功率 |
26.67 |
26.67 |
13.33 |
26.67 |
13.33 |
kW |
|
10 |
水泵运行功率 |
58 |
53 |
6 |
7.5 |
5 |
kW |
|
11 |
日均耗电量 |
5486.11 |
5270.37 |
866.22 |
1143.32 |
673.86 |
kWh |
|
12 |
采暖季耗电量 |
658333.2 |
632444.4 |
103946.4 |
137198.4 |
80863.2 |
kWh |
|
13 |
电价 |
0.55 |
元/kWh |
||||
|
14 |
采暖季总电费 |
362083.26 |
347844.42 |
57170.52 |
75459.12 |
44474.76 |
元 |
|
15 |
平均费用 |
21.30 |
20.95 |
19.06 |
18.86 |
19.34 |
元/㎡ |
四、结束语
依托海尔热水器大平台，海尔空气能近几年快速发展，多项“黑科技”被鉴定为国际领先。中怡康数据显示，2017年，海尔空气能零售量份额行业第一。2017年，海尔空气能利用产品先发优势，在北京、河北、天津等地的中标项目多达十几个，河北沧州教育系统项目就是其中一个典型案例。
在热泵采暖领域，低温无法运行、单机制热量小、低温出水温度不足是行业的3大难题，海尔空气能2018年全新推出的“融冰”系列，搭载双擎增压制热系统，单机制热量可达535KW，-20℃工况时COP仍有2.2，而且低温工况下出水温度最高可达70℃，另外，在-35℃超低温下仍可稳定运行，能够满足东北、西北等极寒地区的供热需求，是分布式集中供暖的不二之选。
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