摘 要：有業(yè)內(nèi)人士稱(chēng)目前我國(guó)北方還有至少7000萬(wàn)平方米的空氣源熱泵需求，而南方地區(qū)需求潛力更大，采暖市場(chǎng)空間廣闊，空氣源熱泵將成為一種重要的采暖方式。除了居民分戶(hù)采暖和集中采暖市場(chǎng)外，農(nóng)業(yè)種植和養(yǎng)殖業(yè)采暖也是一個(gè)很大的市場(chǎng)。該項(xiàng)目為山西高平市森泰牧業(yè)有限責(zé)任公司養(yǎng)雞場(chǎng)采暖項(xiàng)目，冬季采用地暖盤(pán)管采暖，采暖熱源由空氣源熱泵采暖機(jī)組提供45℃/40℃低溫?zé)崴诟鞣謪^(qū)養(yǎng)殖廠房?jī)?nèi)由分水器輸送到各采暖區(qū)塊。

　　關(guān)鍵詞：空氣源熱泵;地面輻射采暖;低溫?zé)崴?采暖方式

　　1.工程概況

　　建設(shè)單位：山西省高平市森泰牧業(yè)有限責(zé)任公司

　　工程名稱(chēng)：森泰牧業(yè)養(yǎng)殖場(chǎng)廠房冬季地面采暖

　　項(xiàng)目地點(diǎn)：山西省高平市

　　項(xiàng)目現(xiàn)狀：采用燃煤送熱風(fēng)進(jìn)養(yǎng)殖場(chǎng)廠房，既不環(huán)保又不節(jié)能

　　該項(xiàng)目總建筑為面積4000m2畜牧家禽養(yǎng)殖場(chǎng)，分四個(gè)養(yǎng)殖區(qū)域廠房，位于山西省高平市。響應(yīng)國(guó)家保護(hù)環(huán)境的煤改電號(hào)召，對(duì)本養(yǎng)殖場(chǎng)進(jìn)行環(huán)保節(jié)能的升級(jí)改造，畜牧家禽養(yǎng)殖場(chǎng)擬采用低溫?zé)崴匕遢椛洳膳到y(tǒng)。

　　冬季采用地暖盤(pán)管采暖，采暖熱源由空氣源熱泵采暖機(jī)組提供45℃/40℃低溫?zé)崴?，在各分區(qū)養(yǎng)殖廠房?jī)?nèi)由分水器輸送到各采暖區(qū)塊，使每個(gè)畜牧家禽養(yǎng)殖場(chǎng)達(dá)到預(yù)期設(shè)定的溫度，提供清潔、衛(wèi)生、節(jié)能的養(yǎng)殖環(huán)境而提高產(chǎn)能。

　　2.設(shè)計(jì)參數(shù)

　　高平市位于高平位于山西省東南部，澤州盆地北端，太行山西南邊緣，東經(jīng)112°40’——113°10’、北緯35°40’——36°0’?？諝庠礋岜脵C(jī)組設(shè)計(jì)根據(jù)當(dāng)?shù)貧夂颉h(huán)境和建筑進(jìn)行計(jì)算后，對(duì)畜牧家禽養(yǎng)殖場(chǎng)的廠房或空間內(nèi)的溫度、濕度、潔凈度和空氣流動(dòng)速度等進(jìn)行調(diào)節(jié)與控制，從而為牧家禽養(yǎng)殖場(chǎng)創(chuàng)造安全環(huán)保、舒適又節(jié)能的環(huán)境。

　　查《民用建筑供暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50736-2012氣象參數(shù)，山西省高平市采暖與采暖設(shè)計(jì)室外計(jì)算參數(shù)如下：

　　2.1室外計(jì)算參數(shù)

　　表1：室外計(jì)算參數(shù)

　　2.2室內(nèi)計(jì)算參數(shù)

　　據(jù)《全國(guó)民用建筑工程設(shè)計(jì)技術(shù)措施-暖通空調(diào)·動(dòng)力》2009JSCS-4 全國(guó)民用建筑工程設(shè)計(jì)技術(shù)措施表1.2.1得冬季采暖室內(nèi)設(shè)計(jì)參數(shù)，為此本次計(jì)算都是人性化的對(duì)待冬季采暖對(duì)象。

　　表2：長(zhǎng)期逗留區(qū)域空氣調(diào)節(jié)室內(nèi)計(jì)算參數(shù)

　　3.設(shè)計(jì)依據(jù)

　　《民用建筑供暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50736-2012

　　《全國(guó)民用建筑工程設(shè)計(jì)技術(shù)措施-暖通空調(diào)?動(dòng)力》2009JSCS-4

　　《采暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50019—2003

　　《輻射供暖供冷技術(shù)規(guī)程》JGJ 142-2012

　　《公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》GB50189-2005

　　《熱泵熱水系統(tǒng)選用與安裝》06SS127

　　4.負(fù)荷計(jì)算

　　4.1熱負(fù)荷的計(jì)算

　　圍護(hù)結(jié)構(gòu)的基本耗熱量采用的是基于日平均溫差的穩(wěn)態(tài)計(jì)算法。

　　冬季建筑熱負(fù)荷包括兩項(xiàng)：建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的耗熱量;由門(mén)窗縫隙滲入冷空氣的耗熱量。其中圍護(hù)結(jié)構(gòu)的耗熱量由基本耗熱量和附加耗熱量?jī)刹糠纸M成。另外根據(jù)采暖建筑的實(shí)際情況，通常要保持廠房正壓，因而在一般情況下不計(jì)算門(mén)窗縫隙滲入的冷負(fù)荷，故在本設(shè)計(jì)中我們僅僅考慮圍護(hù)結(jié)構(gòu)的耗熱量。

　　對(duì)于民用建筑，采暖區(qū)冬季熱負(fù)荷主要為由圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱所形成的耗熱量。

　　根據(jù)《采暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50019—2003，圍護(hù)結(jié)構(gòu)的耗熱量包括基本耗熱量、附加耗熱量和高度附加耗熱量三部分。

　　4.1.1圍護(hù)結(jié)構(gòu)的基本耗熱量Q=αFK(tNd-tWd),式中 Q—圍護(hù)結(jié)構(gòu)的基本耗熱量形成的熱負(fù)荷(W);α—圍護(hù)結(jié)構(gòu)的溫差修正系數(shù);F—圍護(hù)結(jié)構(gòu)的面積(m2);K—圍護(hù)結(jié)構(gòu)的傳熱系數(shù)W/( m2.℃);tNd—冬季采暖室內(nèi)的計(jì)算溫度(℃);tWd—冬季采暖室外計(jì)算溫度(℃)。

　　整個(gè)建筑物或廠房的基本耗熱量，等于它的圍護(hù)結(jié)構(gòu)各部分基本耗熱量的綜合。

　　4.1.2 圍護(hù)結(jié)構(gòu)的附加耗熱量

　　圍護(hù)結(jié)構(gòu)的附加耗熱量應(yīng)按其占基本耗熱量的百分率確定。各項(xiàng)附加百分率宜按照下列規(guī)定選用：

　　4.1.2.1朝向修正率

　　不同朝向的圍護(hù)結(jié)構(gòu)，受到的太陽(yáng)輻射量是不同的;同時(shí)，不同的朝向，風(fēng)的速度和頻率也不同。因此，《采暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50019—2003規(guī)定對(duì)不同的垂直外圍護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行修正。其修正率為：北、東北、西北朝向：0～10%;東、西朝向：-5%;東南、西南朝向：-10%～-15%;南向：-15%～-30%。

　　選用修正率時(shí)應(yīng)考慮當(dāng)?shù)囟救照章始拜椛渎蕪?qiáng)度的大小。冬季日照率小于35%的地區(qū)，東南、西南和南向的修正率宜采用0～10%，其他朝向可不修正，本項(xiàng)目不考慮日照修正!

　　4.1.2.2風(fēng)力附加率

　　在《采暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50019—2003中明確規(guī)定：在不避風(fēng)的高地、河邊、海岸曠野上的建筑物以及城鎮(zhèn)、廠區(qū)內(nèi)特別高的建筑物，垂直的外圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱負(fù)荷附加5%～10%。

　　風(fēng)力附加率是考慮室外風(fēng)速變化而對(duì)圍護(hù)結(jié)構(gòu)基本耗熱量的修正，在算算圍護(hù)結(jié)構(gòu)基本耗熱量時(shí)，外表面換熱系數(shù)是對(duì)應(yīng)風(fēng)速為4m/s的計(jì)算值。我國(guó)大部分地區(qū)冬季平均風(fēng)速一般為2～3m/s。因此，在一般情況下，不必考慮風(fēng)力附加，本項(xiàng)目不考慮風(fēng)力附加。

　　4.1.2.3外門(mén)附加率

　　為加熱開(kāi)啟外門(mén)時(shí)侵入的冷空氣，對(duì)于短時(shí)間開(kāi)啟無(wú)熱風(fēng)幕的外門(mén)，可用外門(mén)的基本耗熱量乘上按《采暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50019—2003中表查出的相應(yīng)的附加率，陽(yáng)臺(tái)門(mén)不用考慮外門(mén)附加。

　　4.1.3圍護(hù)結(jié)構(gòu)的高度附加率

　　由于室內(nèi)溫度梯度的影響，往往使廠房上部的傳熱量加大。因此《采暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50019—2003中規(guī)定：當(dāng)廠房高度超過(guò)4m時(shí)，每增加1m應(yīng)附加2% 的高度附加率，但總的附加率不應(yīng)超過(guò)15%。應(yīng)注意：高度附加率應(yīng)加在基本耗熱量和其它附加耗熱量的總和上。

　　4.2濕負(fù)荷的計(jì)算

　　采暖廠房或區(qū)域的冬季計(jì)算散濕量，應(yīng)根據(jù)下列各項(xiàng)確定：

　　(1)人體散濕量;

　　(2)滲透空氣帶入的濕量;

　　(3)化學(xué)反應(yīng)過(guò)程的散濕量;

　　(4)各種潮濕表面，液面或液流的散濕量;

　　(5)食品或氣體物料的散濕量;

　　(6)設(shè)備散濕量;

　　(7)透過(guò)圍護(hù)結(jié)構(gòu)的散濕量。

　　確定散濕量時(shí)，應(yīng)根據(jù)散濕源的種類(lèi)，宜分別選用適宜的群集系數(shù)，負(fù)荷系數(shù)和同時(shí)使用系數(shù)。一般民用建筑不計(jì)算化學(xué)反應(yīng)過(guò)程和透過(guò)維護(hù)結(jié)構(gòu)的散濕量。

　　大多數(shù)情況下，采暖區(qū)域的濕負(fù)荷來(lái)自人體散濕量和敞開(kāi)水槽表面的散濕量，本設(shè)計(jì)考慮人體(人性化的對(duì)待家禽)散濕量。

　　計(jì)算時(shí)刻的人體散濕量按下式計(jì)算：

　　Dτ=0.001φnτg,式中 Dτ—散濕量，kg/h;φ—群集系數(shù);nτ—計(jì)算時(shí)刻采暖區(qū)域內(nèi)的總?cè)藬?shù);g —名成年男子的小時(shí)散濕量(g/h)。

　　5.設(shè)備選型

　　在進(jìn)行熱泵選型時(shí)，要同時(shí)考慮廠房熱負(fù)荷，設(shè)備制熱量須滿(mǎn)足建筑物的熱負(fù)荷需求，由熱負(fù)荷最大值確定設(shè)備。在選擇熱泵時(shí)，要在滿(mǎn)足最大熱負(fù)荷的同時(shí)增加10%的富裕量。

　　熱負(fù)荷由外圍護(hù)結(jié)構(gòu)和內(nèi)圍護(hù)結(jié)構(gòu)的基本耗熱量及其附加耗熱量和冷空氣滲透耗熱量組成。冬季采暖的室內(nèi)設(shè)計(jì)溫度設(shè)為26℃，本項(xiàng)目采暖末端為地暖，地暖管間距為20公分，外墻保溫很好，但因需求溫度較高，因此結(jié)合熱負(fù)荷計(jì)算結(jié)果及實(shí)際項(xiàng)目情況，熱指標(biāo)取值為150W/㎡(按照山西省居住建筑節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，考慮到本項(xiàng)目要求的室內(nèi)溫度較高，且考慮到冬季最低氣溫下機(jī)組的能效縮減，故按照體育館的標(biāo)準(zhǔn)選取)，貴方的面積為4000㎡，因此四個(gè)養(yǎng)殖區(qū)域廠房的熱負(fù)荷為：Q=150W/㎡×4000㎡=600000W=600KW。

　　表3：采暖熱指標(biāo)推介表(w/㎡)

　　經(jīng)負(fù)荷計(jì)算可知，該項(xiàng)目冬季采暖熱負(fù)荷為600kW;冬季采暖的實(shí)際負(fù)荷為600kW根據(jù)養(yǎng)殖場(chǎng)的需求，本系統(tǒng)采用浙江正理生能家用地暖采暖聯(lián)供機(jī)組，浙江正理生能空氣源熱泵家用地暖機(jī)組冬季(45℃/40℃)，冬季末端采用地面輻射供暖。

　　根據(jù)項(xiàng)目實(shí)際情況，方案選用浙江正理生能采暖工程機(jī)——商用采暖設(shè)備20臺(tái)DKFXRS-30II供應(yīng)此項(xiàng)目制冷供暖聯(lián)供，我方空氣源熱泵的制熱量為30KW左右(因本項(xiàng)目為全年恒溫項(xiàng)目，這里計(jì)算的是全年平均能效)，因此所需要的機(jī)組的數(shù)量約為：N= Q÷30KW=600KW÷30KW=20臺(tái)

　　因此，我方為貴方配置20臺(tái)DKSXRS-30Ⅱ空氣源熱泵機(jī)組。整個(gè)供暖季節(jié)空氣源熱泵的平均能效能夠達(dá)到3.5左右，整個(gè)供暖季節(jié)DKFXRS-30Ⅱ空氣源熱泵的工作時(shí)間為120天，每天間斷工作，每天總運(yùn)行時(shí)間為10個(gè)小時(shí)。

　　機(jī)組的耗電量約為W=8.3kw×10h×120天×20臺(tái)=199200KWh，整個(gè)冬季的采暖費(fèi)用大約為199200KWh×0.5元/ KWh=99600元，整個(gè)冬季每㎡的供暖費(fèi)用為99600元÷4000=24.9元。

　　整個(gè)熱泵供暖系統(tǒng)出水溫度為55℃，供回水溫差為3～5℃，計(jì)算的時(shí)候按照4℃。由此可知，20臺(tái)DKFXRS-30II滿(mǎn)足供應(yīng)此項(xiàng)目建筑地板輻射采暖需求。

　　6.費(fèi)用估算

　　表4：不同供暖設(shè)備能效比比較值

　　所需功能：冬季寒冷地區(qū)供暖，冬季建筑實(shí)際所需熱負(fù)荷600kw。

　　浙江正理生能采暖參照電加熱模式，按照綜合能效3.5計(jì)算，冬季按全天10小時(shí)運(yùn)行計(jì)算。

　　冬季 寒冷地區(qū)采暖，提供 600kW熱量浙江正理生能采暖機(jī)組冬季高頻耗日耗電量600 kw÷3.5(cop)×10(運(yùn)行時(shí)間)=1714.29KW.h，(每日耗電量)×120天-205714.29kw.h，采暖季平均每平米耗電量205714.29 kw.h÷4000(采暖面積)=51.43kw.h。民用電電費(fèi)按0.5元每度計(jì)算，平均每平米一個(gè)采暖季費(fèi)用51.43kw.h×0.5元-25.71元 。

　　【注】以上數(shù)據(jù)通過(guò)本設(shè)備機(jī)組參數(shù)測(cè)算得出，主機(jī)在實(shí)時(shí)相對(duì)負(fù)荷時(shí)的耗電量都不相同;綜合運(yùn)行費(fèi)用是根據(jù)養(yǎng)殖場(chǎng)的使用習(xí)慣、時(shí)間長(zhǎng)短、室外氣溫、門(mén)窗開(kāi)啟的空氣滲透等等相關(guān)因素上下波動(dòng)而產(chǎn)生差異。

　　以上運(yùn)行費(fèi)用預(yù)估可能會(huì)有±20%的誤差，如養(yǎng)殖場(chǎng)頻繁開(kāi)門(mén)或窗，而且室外又相對(duì)來(lái)說(shuō)很冷時(shí)，主機(jī)會(huì)在感應(yīng)到室內(nèi)溫度達(dá)不到設(shè)計(jì)溫度后，在低頻、中頻、高頻之間進(jìn)行變頻調(diào)節(jié)，使得室內(nèi)溫度達(dá)到設(shè)計(jì)溫度，為養(yǎng)殖場(chǎng)提供舒適的環(huán)境。由此可知，主機(jī)會(huì)根據(jù)室內(nèi)情況進(jìn)行智能調(diào)節(jié)判斷投入運(yùn)行機(jī)組的臺(tái)數(shù)，能有效為養(yǎng)殖場(chǎng)節(jié)省電費(fèi)。

　　7.項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)圖