水源熱泵低溫地板輻射供暖系統節能研究
摘 要：本文通過對某小區供暖用戶的冬季采暖室內氣溫實測、供暖效果走訪，同時依據相關參數進行理論節能研究，系統地進行分析和研究，得出水源熱泵低溫地板輻射供暖系統的節能性。
關鍵詞：水源熱泵; 低溫地板輻射供暖; 供暖效果; 節能研究
1.本研究的背景
我國建筑采暖能源基本都是以煤炭為主，占采暖能源總量的百分比超過70%以上，采暖期城市大氣污染指標普遍超標，造成嚴重大氣環境污染。二氧化碳造成的地球大氣外層的“溫室效應”，嚴重危害人類生存環境;煙塵、二氧化硫和氮氧化物也是呼吸道疾病、肺癌等許多疾病的根源，環境酸化、酸雨也是破壞森林、損壞建筑物的罪魁禍首。顯然，運用節能系統，利用可再生能源，提高能源應用效率，降低建筑能耗，提高建筑節能效果是改善大氣環境的重要途徑。
通過本課題研究，推動水源熱泵低溫地板輻射供暖系統這一類節能技術的普及應用。它不僅可以減少住戶后期建筑運行能耗費用，還能有效地減少常規化石燃料的消耗，緩解當前大氣污染，更能為建筑使用者提供一個更為舒適和健康的空間。
2.水源熱泵低溫地板輻射供暖系統
水源熱泵是一種能從自然界地下水中獲取低品位熱能，經過電力做功，提供可被人們所用的高品位熱能的裝置。熱泵工作時消耗一部分能量，把環境介質中貯存的能量加以挖掘，通過傳熱工質循環系統提高溫度進行利用，而整個熱泵裝置所消耗的功僅為輸出功中的一小部分，這樣就以小部分的能源(電能)獲得了更多的熱量。
低溫地板輻射采暖是一種利用建筑物內部地面進行采暖的系統。它以低于60℃的低溫熱水為熱媒，通過埋設在地板內的塑料管把地板加熱，以整個地面作為散熱面，均勻的向室內輻射熱量，是一種對房間微氣候進行調節的節能采暖系統，具有熱感舒適、熱量均衡穩定、節能、免維修、方便管理等特點，是一種極為理想的采暖方式。
水源熱泵系統結合低溫地板輻射采暖系統為小區住戶提供冬季供暖，將更加的節約冬季供暖耗能。本課題將對小區水源熱泵低溫地板輻射供暖系統節能效果進行分析研究。
3.工程技術方案
3.1項目介紹
本工程位于河北省邢臺市東部地區某縣城，此縣城區域內無城市集中供暖系統，且地下水資源較為豐富，故采用水源熱泵低溫地板輻射供暖系統。本項目總建筑面積為4.5萬m2，其中住宅建筑面積為3.20萬m2、首層車庫及儲藏室建筑面積為1.53萬m2、地下儲藏室建筑面積為0.53萬m2、配套公建建筑面積為0.26萬m2、沿街商業建筑面積為0.4萬m2，此次采暖設計為住宅、配套公建及沿街商業，采暖總面積約為3.86萬m2。
3.2熱泵負荷計算
地下水溫度常年保持在16～18℃，水源熱泵系統利用地下水作熱源，冬季供暖，節約大量運行費用，經濟效益顯著。水源熱泵系統提供的供暖水溫在50℃左右，回水溫度在40℃左右，結合室內末端低溫地板輻射供熱系統，可最大限度地利用電能提取的地下水的熱量為住戶供暖，同時50℃左右的供暖水溫可最大限度地提升地暖管的全壽命周期。根據國家相關規范和標準以及節能要求，本項目采暖熱負荷取45W/m2。因此，項目總熱負荷約為1737kW。
4.供暖效果研究
國家相關規范標準規定，冬季供暖室內氣溫應達到18℃±2℃。首先需要通過采集采暖用戶室內氣溫，用來確定本項目水源熱泵低溫地板輻射供暖系統是否滿足冬季供暖要求。
4.1小區供暖最不利用戶冬季室內氣溫采集
選取了小區離水源熱泵機房遠端的1#樓三單元102、502，2#樓四單元102、502，3#樓四單元102、502，6#樓一單元101、501，7#一單元101、501為冬季室內氣溫數據采集點。在每一個采集點的最不利采暖房間裝設一個溫濕度記錄儀，將溫濕度記錄儀調為每半小時自動記錄一次溫濕度，從而得到課題所需數據。
如最不利地區均能滿足室溫要求，則小區內其他地區均能滿足要求。
4.2隨機走訪及隨機抽測采暖用戶供暖效果情況
為了更加清楚、全面地了解小區內整體供暖效果，除采集最不利地區采暖室內氣溫外，還利用隨機走訪和隨機抽測其他采暖用戶冬季室內氣溫的方式，了解其他用戶供暖效果。如走訪住戶反映溫度偏低，將通過實測來認真其反映情況。使本項目供暖效果這一結論更加科學、全面。
5.系統節能研究
根據《河北省居住建筑節能設計標準》DB13(J)63-2007規定，邢臺市4-6層居住建筑耗熱量指標為14.2W/㎡。此標準是第三階段節能指標。[注：我國第一階段居住建筑節能設計標準，于1986年開始實施。第一階段節能指標是在1980~1981年通用住宅設計的建筑物耗熱指標的基礎上節能30%;第二階段節能的目標是在第一階段節能的基礎上，節約30%(即所說的節能50%標準);現在執行第三階段節能目標，是在第二階段節能的基礎上，再節約30%(即所說的節能65%標準)。] 那水源熱泵低溫地板輻射供暖系統節約多少能源呢?
本項目采暖面積約為3.86萬㎡。項目水源熱泵機組總輸入功率為365.4kW，2臺循環水泵運行配電功率為30kW，潛水泵運行配電功率約為110kW，其他設備約為13.5 kW，則冬季總配電功率為518.9kW,取520 kW。 則項目平均耗熱量為520000W ÷38600㎡=13.5W/㎡<14.2 W/㎡。說明水源熱泵低溫地板輻射供暖系統完全符合節能65%標準。
6.環境影響效益分析
與傳統的空氣源熱泵相比，要高出40%左右，其運行費用為普通中央空調的50～60%。水源熱泵與鍋爐(電、燃料)和空氣源熱泵的供熱系統相比有明顯的優勢。鍋爐供熱只能將90%~98%的電能或70～90%的燃料內能轉化為熱量，供用戶使用。因此水源熱泵要比電鍋爐加熱節省三分之二以上的電能，比燃料鍋爐節省二分之一以上的能量。水源熱泵系統無任何污染，由于該機組在制熱過程中無任何燃燒化學反應，不排放任何廢棄物，無需設煙囪，1萬平方米的建筑物一個采暖期即可節煤350噸。可推算出，本項目水源熱泵低溫地板輻射供暖系統每年可節煤1300多噸，環境效益顯著。
7.結語
(1)與其他普通空調器相比，水源熱泵低溫地板輻射供暖系統與傳統鍋爐采暖初投資相差不大， 但運行費用低，在滿足相同的熱負荷條件下，水源熱泵低溫地板輻射供暖系統可節省運行費用。
(2)由于水源熱泵低溫地板輻射供暖系統無需直接消耗燃煤、天然氣,使用便捷;可以有效減少溫室氣體的排放，對環境保護有積極的促進作用。
參考文獻:
[1] 洪雯.建筑節能：綠色建筑對亞洲未來發展的重要性[M].北京：中國大百科全書出版社, 2008:1~8.
[2] 王臻. 華北地區綠色住宅建筑儲能及其經濟性分析研究 [D].邯鄲:河北工程大學.2009：1~50.
[3] 孫鳳明，尹寶泉，李娟.仿生與建筑中太陽能利用的解析[J].華中建筑，2008.3 :60-62.
[4] 清華大學建筑節能研究中心著.中國建筑節能年度發展研究報告·2007[M].北京:中國建筑工業出版社，2007.1~61.
[5] 郁文紅.建筑節能的理論分析與應用研究[D].天津:天津大學.2004.6：5~23.
[6] 柳孝圖.建筑物理環境與設計.北京：中國建筑工業出版社，2007：24~35.
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