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長江流域熱泵-壁掛爐復合供暖系統

作者:網站管理員 來源:本站原創 日期:2013-4-25 10:26:53 點擊:1933 屬于:行業新聞
寧波地暖

:本文根據長江流域的實際情況,闡述熱泵-壁掛爐復合供暖的系統方案。選用低溫空氣源熱泵和單暖壁掛爐相結合,可以使低溫熱水地板輻射采暖的機能達到最優化,彌補溫室效應帶來的冬季氣溫惡劣變化。

摘要


 

樞紐詞:長江流域  復合供暖


 

Ⅰ 前言


 

進入二十一世紀,人居環境的逐漸改善和人民糊口質量的進步,公共建筑和住宅的供熱已成為普遍的需求,冬季采暖已不再是北方所獨占,造成建筑能耗占全社會總能耗的比例很大且持續增長。據統計,2001年中國建筑能耗已達到3.76億噸尺度煤,占總耗能的27.6%,年增長比例是50%。


 

跟著全球溫室效應的日益明顯,以天氣變暖為代表的全球性環境題目已越來越受到關注。過去44年長江流域年均最高溫度和最低溫度都呈現了不同幅度的明顯增長,尤其以冬季均勻最低溫度的上升非常凸起。


 

根據天氣學上對冬季的定義,均勻氣溫低于l0℃的季節為冬季,則長江流域地區的冬季一般始于11月底,終于次年3月;其中完整的冬季月份為12月和次年1月、2月。通過對長江流域56年來的重慶、宜昌、武漢、南京取樣分析,最高的重慶均勻冬季氣溫約為5℃,最低的宜昌均勻氣溫為1℃,且極端前提下可以達到-5℃。


 

由此分析可知,長江流域大部門地區,冬季溫度普遍較低,空氣濕度大,在這種天氣下,人體熱量損失加速,使人體感到非常嚴寒,尤其是白叟、女士、小孩等體質弱、抵擋力差的人群更輕易引發疾病。跟著城市發展以人為本的理念,冬季采暖越發有必要性,在國家倡導綠色經濟,環保節能經濟下,怎樣利用有限的再生能源公道的采暖,將引發人類的深思?


 


 

 


 

Ⅱ 低溫熱水地板輻射采暖簡介


 

低溫地板輻射采暖系統是通過埋設于地板下的加熱管,平均地從地板向室內輻射熱量,輔以對流散熱方式,使地面溫度逐步升高到18~32℃,而實現房間供暖的一種采暖方式。


 

低溫熱水地面輻射供暖一般由熱源、熱水管網、分水器、加熱管、集水器、絕熱層、填充層、找平層、面層等組成。熱水管網指室內輸送熱源的供、回水管。分水器是在熱水系統頂用于連接各路加熱管供水管的配水裝置。加熱管是通過熱水輪回,加熱地板的管道。集水器是熱水系統中,用于連接各路加熱管回水管的裝置。絕熱層是用來阻擋熱量傳遞,減少無效熱耗的構造層。填充層指在絕熱層,用以保護加熱設備并使地面溫度平均。找平層是在墊層或樓板面長進行抹平找坡的找平層。面層一般是室內地板的裝飾面。


 


 

 低溫地板輻射采暖系統將低溫熱水送入埋設于地下的加熱管路,及加熱盤管或者其它的散熱體內,將地面加熱。被加熱后的地面放射出8μm~13μm的遠紅外線,加熱地板附近的空氣,被加熱的空氣再將能量傳給圍護結構,使地板、墻體的溫度升高,整個傳熱過程主要以輻射換熱為主,輔以對流方式換熱。其主要長處有:


 

⑴高效節能。低溫地板輻射采暖所需的供水溫度比較低(一般約為35℃~50℃),與低焓熱能相適應。因而,低溫地板輻射采暖方式為太陽能、空氣能源的直接利用開辟了廣闊的市場。同樣恬靜前提下,低溫熱水地板輻射采暖的室內設計溫度比對流散熱器采暖的室內設計溫度低2℃~3℃。這就說明地板輻射這種采暖方式節省采暖能耗。


 

⑵恬靜、健康、環保。低溫熱水地板輻射采暖的空間溫度分布平均,地面有效溫度高于呼吸線空氣溫度,形成獨特的微天氣前提,空氣溫度在垂直方向上輕微成負的梯度,為人們提供一個“足熱頭寒的恬靜環境,符合人體生理學調節的特點。地板輻射采暖地面構造層增加了地板的厚度,有利于隔聲,噪聲干擾大大減少。


 

⑶節省使用面積。因為地板輻射采暖加熱構件埋于地面以下,與建筑結構相結合。主要房間地面上沒有任何管道設備,不占用房間和地面的有效面積。


 

⑷熱源選擇范圍廣。因為低溫地板輻射采暖采用低溫熱水,故可以有效地利用多種低溫綠色熱源。


 

Ⅲ 熱泵-壁掛爐復合供暖方案探討


 

復合供暖采用低溫空氣源熱泵為主、燃氣單暖壁掛爐為輔的供暖形式。因空氣源熱泵是一種清潔可再生的綠色能源,受環境溫度的影響較大,在經濟答應的前提下盡可能選擇適應溫度較低的空氣源熱泵,并讓空氣源熱泵加熱多方面應用,冬季采溫暖提供糊口熱水、其他季節提供糊口熱水。


 

供暖方式是整個復合供暖系統的核心,傳統的散熱器供暖要求供回水溫度高,而此復合供暖系統因利用可再生的空氣熱源,受最高加熱溫度的限制,其供回水溫度究竟有限,而低溫地板輻射采暖的供回水溫度為50℃/40℃。所以采用低溫地板輻射采暖可以使空氣源熱泵加熱的熱水熱量利用率達到最高。


 

復合供暖系統主要由空氣源熱泵組件、儲熱水箱、單暖壁掛爐、糊口熱水供給水路和采暖熱水供給水路組成,受中心控制器所控制。其方案示意圖如下:


 


 

1、糊口用水點;2、中心控制器;3、空氣源熱泵組件;4、壁掛爐加熱盤管;5、設定溫度探測器;6、加熱溫度探測器;7、防腐鎂棒;8、熱泵加熱盤管;9、安全泄壓閥;10、膨脹水箱;11、輪回水泵;12、電動三通閥;13、單暖壁掛爐;14、供暖溫度探測器;15、分水器;16、地板輻射加熱管;17、集水器;
選用在-15℃的氣溫前提下能正常制熱,且制熱能效比>2.0;在-15℃的氣溫前提下其制熱量的衰減小于35%;最高出水溫度可達65℃的低溫空氣源熱泵。因復合供暖系統帶有儲熱水罐,可以知足糊口用水的需求,選擇單暖壁掛爐。為使供暖熱水在地板輻射加熱管中有足夠的換熱時間,輪回水泵盡可能選擇小流速大流量水泵。


 

⑴糊口熱水供給


 

系統運行,由儲熱水罐冷水進口灌水,將儲熱水罐注滿水。設定需要加熱的溫度t0,此時儲熱水罐中部的加熱感溫探測器開始工作,檢測儲熱水罐設定溫度t0與儲熱水罐中部的加熱感溫探測器溫度t1的溫差△t。當△t>5℃時,系統達到啟動溫度差,空氣源熱泵組件中的壓縮機啟動,熱泵工質吸收空氣中的熱能后,進入儲熱水罐底部的熱泵加熱盤管相變開釋熱量,熱泵加熱盤管開始對儲熱水罐里的水進行加熱。當加熱感溫探測器溫度t1≥設定溫度t0時,系統休止輪回。若空氣源熱泵提供的熱負荷能知足用戶需求即加熱溫度t1能達到設定溫度t0時,由空氣源熱泵提供糊口用水所需要的熱量,此時不需要啟動壁掛爐進行加熱。若空氣源熱泵提供的熱負荷不能知足用戶需求即加熱溫度t1持續較低時,啟動壁掛爐,通過儲熱水罐中部的壁掛爐加熱盤管對水進行加熱,當加熱感溫探測器溫度t1≥設定溫度t0時,壁掛爐休止運行。


 

⑵低溫熱水地板輻射采暖


 

采暖時,輪回水泵啟動,儲熱水罐里的熱水,通過供暖系統,在加熱盤管內輪回活動加熱地板,通過地面以輻射和對流的方式向室內供熱,加熱室內的物體和空氣,在室內形成一個交互的輻射場,輻射換熱量通常占總換熱量的50%以上。當采用地板輻射采暖時,因為維護結構內表面溫度的進步,室內均勻輻射溫度也會升高,因此將室內設計溫度適當降低2~3℃,仍可得到同樣的熱恬靜效果。占有關資料知,室內設計溫度每降低1℃可節能10%左右。再者,地板輻射采暖較傳統散熱器采暖的供水溫度低,加熱水消耗的能量少,且熱水在傳送過程中熱量損失也少。


 

設定供暖需要加熱的溫度t2,此時供暖感溫探測器開始工作,檢測設定溫度t2與供暖實際溫度t3的溫差△t1。當△t1>5℃時,系統達到啟動溫度差,單暖壁掛爐中的輪回水泵啟動,儲熱水罐里的熱水,通過供暖系統,在加熱盤管內輪回活動加熱地板,通過地面以輻射和對流的方式向室內供熱。當供暖溫度感溫探測器溫度t3≥設定溫度t2時,系統休止輪回。若空氣源熱泵提供的熱負荷能知足用戶供暖需求即加熱溫度t3能達到設定溫度t2時,由空氣源熱泵提供供暖熱水所需要的熱量,此時不需要啟動壁掛爐進行加熱。若空氣源熱泵提供的熱負荷不能知足用戶供暖需求即供暖實際溫度t3持續較低時,切換電動三通閥,啟動壁掛爐,通過壁掛爐加熱提供供暖所需要的熱量,當房間感溫探測器溫度t3≥設定溫度 t2時,壁掛爐休止運行。


 

Ⅳ 經濟性分析


 

目前長江流域沒有實行集中供暖,如需供暖一般是采用壁掛爐和電加熱器,而市場上這些熱能設備的種類較多,價格波動較大。在此以南京地區為例,對采用復合供暖、單壁掛爐供暖、電加熱器供暖進行能耗分析。


 

以一個100平米建筑面積的尺度層普通多層住宅為例,冬季室內設計溫度為:18℃,室外計算溫度為:-2℃。客、餐廳面積為:27m2;主臥面積為:15m2;次臥面積為:13m2;書房面積為:10m2;廚房面積:6m2;主衛生間面積為:6m2;次衛生間面積為:4m2;陽臺:4m2


 

采暖熱負荷的估算方法:


 

Qn=a*qn*V*(tn-tw)


 

 Qn—采暖熱負荷 W


 

 tn—室內空氣溫度


 

 tw—室外供暖計算溫度


 

 V—建筑的體積


 

 qn—根據建筑的保溫情況宜取04~0.7


 

 a—修正系數,請參考下表


 


 

Qn=a*qn*V*(tn-tw)


 

  =2.46*0.55*100*3*(18-(-2))


 

  =8118W


 

選用的低溫空氣源熱泵輸入功率0.81kKW、制水量60L/h、制熱量2.8kW、容量200L。低溫空氣源熱泵可以提供30%的供暖負荷,壁掛爐承擔70%供暖負荷。


 


 

由表可以看出,熱泵-壁掛爐復合系統的熱效率高于其他兩種能源,且提供相同熱量時運行用度最低。


 

Ⅴ 結語


 

⑴在長江流域,該系統全年大部門時間可以由空氣源熱泵提供糊口熱水,冬季采暖時空氣源熱泵又能起到輔助加熱的作用,充分的利用了可再生、綠色能源,從而減少了電能和燃氣的高品位能源消耗。


 

⑵與普通壁掛爐和電加熱器比擬,熱泵-壁掛爐復合供暖系統熱能源利用率更高,產生相同的熱量時運行用度更低。


 

⑶糊口用水和采暖供水的有機結合,使可再生、綠色的空氣能利用率達到最大化,減少了CO2 有害物質的排放量,符合國家倡導的綠色經濟,環保節能經濟。


 

參考文獻
[1]我國學者發現長江流域極端溫度時空分布特征.2005
[2]吳鳳海.低溫地板輻射采暖系統的特點及傳熱分析.2010
[3]張學著.淺談熱水地面輻射供暖.2008

寧波地源熱泵

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