水源热泵低温地板辐射供暖系统节能研究
摘 要：本文通过对某小区供暖用户的冬季采暖室内气温实测、供暖效果走访，同时依据相关参数进行理论节能研究，系统地进行分析和研究，得出水源热泵低温地板辐射供暖系统的节能性。
关键词：水源热泵; 低温地板辐射供暖; 供暖效果; 节能研究
1.本研究的背景
我国建筑采暖能源基本都是以煤炭为主，占采暖能源总量的百分比超过70%以上，采暖期城市大气污染指标普遍超标，造成严重大气环境污染。二氧化碳造成的地球大气外层的“温室效应”，严重危害人类生存环境;烟尘、二氧化硫和氮氧化物也是呼吸道疾病、肺癌等许多疾病的根源，环境酸化、酸雨也是破坏森林、损坏建筑物的罪魁祸首。显然，运用节能系统，利用可再生能源，提高能源应用效率，降低建筑能耗，提高建筑节能效果是改善大气环境的重要途径。
通过本课题研究，推动水源热泵低温地板辐射供暖系统这一类节能技术的普及应用。它不仅可以减少住户后期建筑运行能耗费用，还能有效地减少常规化石燃料的消耗，缓解当前大气污染，更能为建筑使用者提供一个更为舒适和健康的空间。
2.水源热泵低温地板辐射供暖系统
水源热泵是一种能从自然界地下水中获取低品位热能，经过电力做功，提供可被人们所用的高品位热能的装置。热泵工作时消耗一部分能量，把环境介质中贮存的能量加以挖掘，通过传热工质循环系统提高温度进行利用，而整个热泵装置所消耗的功仅为输出功中的一小部分，这样就以小部分的能源(电能)获得了更多的热量。
低温地板辐射采暖是一种利用建筑物内部地面进行采暖的系统。它以低于60℃的低温热水为热媒，通过埋设在地板内的塑料管把地板加热，以整个地面作为散热面，均匀的向室内辐射热量，是一种对房间微气候进行调节的节能采暖系统，具有热感舒适、热量均衡稳定、节能、免维修、方便管理等特点，是一种极为理想的采暖方式。
水源热泵系统结合低温地板辐射采暖系统为小区住户提供冬季供暖，将更加的节约冬季供暖耗能。本课题将对小区水源热泵低温地板辐射供暖系统节能效果进行分析研究。
3.工程技术方案
3.1项目介绍
本工程位于河北省邢台市东部地区某县城，此县城区域内无城市集中供暖系统，且地下水资源较为丰富，故采用水源热泵低温地板辐射供暖系统。本项目总建筑面积为4.5万m2，其中住宅建筑面积为3.20万m2、首层车库及储藏室建筑面积为1.53万m2、地下储藏室建筑面积为0.53万m2、配套公建建筑面积为0.26万m2、沿街商业建筑面积为0.4万m2，此次采暖设计为住宅、配套公建及沿街商业，采暖总面积约为3.86万m2。
3.2热泵负荷计算
地下水温度常年保持在16～18℃，水源热泵系统利用地下水作热源，冬季供暖，节约大量运行费用，经济效益显著。水源热泵系统提供的供暖水温在50℃左右，回水温度在40℃左右，结合室内末端低温地板辐射供热系统，可最大限度地利用电能提取的地下水的热量为住户供暖，同时50℃左右的供暖水温可最大限度地提升地暖管的全寿命周期。根据国家相关规范和标准以及节能要求，本项目采暖热负荷取45W/m2。因此，项目总热负荷约为1737kW。
4.供暖效果研究
国家相关规范标准规定，冬季供暖室内气温应达到18℃±2℃。首先需要通过采集采暖用户室内气温，用来确定本项目水源热泵低温地板辐射供暖系统是否满足冬季供暖要求。
4.1小区供暖最不利用户冬季室内气温采集
选取了小区离水源热泵机房远端的1#楼三单元102、502，2#楼四单元102、502，3#楼四单元102、502，6#楼一单元101、501，7#一单元101、501为冬季室内气温数据采集点。在每一个采集点的最不利采暖房间装设一个温湿度记录仪，将温湿度记录仪调为每半小时自动记录一次温湿度，从而得到课题所需数据。
如最不利地区均能满足室温要求，则小区内其他地区均能满足要求。
4.2随机走访及随机抽测采暖用户供暖效果情况
为了更加清楚、全面地了解小区内整体供暖效果，除采集最不利地区采暖室内气温外，还利用随机走访和随机抽测其他采暖用户冬季室内气温的方式，了解其他用户供暖效果。如走访住户反映温度偏低，将通过实测来认真其反映情况。使本项目供暖效果这一结论更加科学、全面。
5.系统节能研究
根据《河北省居住建筑节能设计标准》DB13(J)63-2007规定，邢台市4-6层居住建筑耗热量指标为14.2W/㎡。此标准是第三阶段节能指标。[注：我国第一阶段居住建筑节能设计标准，于1986年开始实施。第一阶段节能指标是在1980~1981年通用住宅设计的建筑物耗热指标的基础上节能30%;第二阶段节能的目标是在第一阶段节能的基础上，节约30%(即所说的节能50%标准);现在执行第三阶段节能目标，是在第二阶段节能的基础上，再节约30%(即所说的节能65%标准)。] 那水源热泵低温地板辐射供暖系统节约多少能源呢?
本项目采暖面积约为3.86万㎡。项目水源热泵机组总输入功率为365.4kW，2台循环水泵运行配电功率为30kW，潜水泵运行配电功率约为110kW，其他设备约为13.5 kW，则冬季总配电功率为518.9kW,取520 kW。 则项目平均耗热量为520000W ÷38600㎡=13.5W/㎡<14.2 W/㎡。说明水源热泵低温地板辐射供暖系统完全符合节能65%标准。
6.环境影响效益分析
与传统的空气源热泵相比，要高出40%左右，其运行费用为普通中央空调的50～60%。水源热泵与锅炉(电、燃料)和空气源热泵的供热系统相比有明显的优势。锅炉供热只能将90%~98%的电能或70～90%的燃料内能转化为热量，供用户使用。因此水源热泵要比电锅炉加热节省三分之二以上的电能，比燃料锅炉节省二分之一以上的能量。水源热泵系统无任何污染，由于该机组在制热过程中无任何燃烧化学反应，不排放任何废弃物，无需设烟囱，1万平方米的建筑物一个采暖期即可节煤350吨。可推算出，本项目水源热泵低温地板辐射供暖系统每年可节煤1300多吨，环境效益显著。
7.结语
(1)与其他普通空调器相比，水源热泵低温地板辐射供暖系统与传统锅炉采暖初投资相差不大， 但运行费用低，在满足相同的热负荷条件下，水源热泵低温地板辐射供暖系统可节省运行费用。
(2)由于水源热泵低温地板辐射供暖系统无需直接消耗燃煤、天然气,使用便捷;可以有效减少温室气体的排放，对环境保护有积极的促进作用。
参考文献:
[1] 洪雯.建筑节能：绿色建筑对亚洲未来发展的重要性[M].北京：中国大百科全书出版社, 2008:1~8.
[2] 王臻. 华北地区绿色住宅建筑储能及其经济性分析研究 [D].邯郸:河北工程大学.2009：1~50.
[3] 孙凤明，尹宝泉，李娟.仿生与建筑中太阳能利用的解析[J].华中建筑，2008.3 :60-62.
[4] 清华大学建筑节能研究中心著.中国建筑节能年度发展研究报告·2007[M].北京:中国建筑工业出版社，2007.1~61.
[5] 郁文红.建筑节能的理论分析与应用研究[D].天津:天津大学.2004.6：5~23.
[6] 柳孝图.建筑物理环境与设计.北京：中国建筑工业出版社，2007：24~35.
使用微信“扫一扫”功能添加“谷腾环保网”
