首页 > 论文范文 > 工程工业论文 > 建筑工程论文 > 建筑工程学论文 > 济南某办公建筑空气源热泵供暖系统设计及运行分析

济南某办公建筑空气源热泵供暖系统设计及运行分析

2025-03-17 86 上传者：管理员

摘要：大力推广空气源热泵供暖系统，不仅有效改善环境质量，同时还可以解决济南热源不足的问题。项目采用空气源热泵系统对济南某办公建筑进行供暖，系统设计3台HTZR-90YT-D2E3G超低温空气源热泵机组，配置智慧控制系统对供暖系统进行分组控制，实现热源和供暖负荷的匹配，并对其数据进行分析。2023-2024年采暖季，系统COP达3.57，总供热量为701.76GJ，减少了72.36t二氧化碳排放。

关键词：
供暖
供暖系统
北方地区
安装环境
空气源热泵系统
加入收藏

近年来,我国北方地区的采暖面积已经突破200亿m2,并呈逐年增加趋势[1],同时,南方地区的供暖需求也日益增长｡建筑能耗作为能源消耗的主要来源,极大程度阻碍了节能减排进程[2]｡北方城镇供暖能耗约占建筑能耗的21%,每年因供暖产生的二氧化碳排放量超过了全国建筑运行能耗所产生的二氧化碳总量的1/4｡大力推动清洁供暖,可有效改善能源消耗及环境污染的情况[3]｡热泵主要有清洁环保､高效节能､适用性广､操作简便､耐久性好等优势,然而水源热泵､土壤源热泵对安装环境要求较高,因此空气源热泵在城市供暖市场得到更为广泛的应用[4-6]｡空气源热泵根据逆卡诺循环原理,以室外空气为低温热源,通过输入少量的高品位能源实现由低品位热能向高品位热能的转移｡采用空气源热泵系统进行供暖,确保满足用户供暖需求的前提下,还可以减少污染物的排放[7-8]｡

通过对济南某办公建筑采用空气源热泵供暖系统方案设计进行研究,并对其采暖季运行数据进行统计和分析,可知空气源热泵供暖系统具有良好的应用前景,可为济南乃至全国供暖应用市场提供设计模型和数据支持｡

1、工程概况

办公建筑位于山东省济南市历下区某商业大厦一楼,项目总建筑面积约3000m2,一层大厅建筑面积2850m2,建筑层高3.6m,其余建筑面积150m2｡该项目已经建设完成,原设计为市政管网供暖,室内已经铺设好地暖盘管末端,由于无法接入集中管网,因此需要对供暖系统进行改造｡理论每供暖季运行时长为120天(每年11月15日至次年3月15日)｡

2、供暖负荷计算

2022-2023年采暖季,2023年1月济南出现﹣14.9℃极端天气｡该项目方案设计条件冬季室外计算温度﹣5.3℃,冬季平均风速3.7m/s,冬季最多风向E｡其他设计参数见表1｡

表1室外设计参数

空气源热泵系统采用低温供暖水循环系统,供回水温度为50℃/45℃｡根据CJJ34-2010《城镇供热管网设计规范》规定的热指标标准,同时结合项目建筑特点,对该项目热负荷进行估算,计算结果见表2｡

表2热负荷估算

3、空气源热泵供暖系统设备选型

该项目总热负荷为168kW,综合考虑济南极端天气的影响,以HTZR-90YT-D2E3G制热功率曲线图为依据(见图1),在室外环境温度为﹣5.3℃条件下,单台机组的制热量约为70kW,设计使用3台型号为HTZR-90YT-D2E3G的超低温空气源热泵机组,即可满足供暖需求｡

图1HTZR-90YT-D2E3G制热功率曲线

此款HTZR-90YT-D2E3G超低温空气源热泵机组,为和同信息自制智慧热泵产品,和传统空气源热泵机组外观相比,HTZR-90YT-D2E3G机组的风叶由传统的2个增加为3个,蒸发器面积也相应增加1/3｡由于风叶的增加,在工作过程中,会增加空气流动性,提高空气源热泵性能[9],但单台空气源热泵占地面积增加,因此HTZR-90YT-D2E3G机组适用于设备布局场地较大的项目｡前期对项目进行实地勘查,确定空气源热泵机组布置于项目南侧车库入口上方平台位置｡

该办公建筑空气源热泵供暖系统配置智慧控制,通过检测供回水温度､压力､流量､热量､室外温度和设备运行状态等参数,根据室外温度和时间变化,自动调节空气源热泵运行状态,达到合理控制供热温度的目的[10]｡

3.1系统集群优化调控策略

空气源热泵作为信息采集器和执行器,系统平台作为控制器,实现自动集群调控｡通过运行参数的大数据分析,建立数学模型,运用人工智能技术优化算法,形成最优控制策略｡对每一台热泵精确调控,使每一台热泵运行在最优COP的状态｡户端均温调控系统预测系统热负荷,实时调控热泵机组运行,使之运行在最佳状态｡

3.2智能除霜控制方式

冬季供暖季,空气源热泵运行过程中出现结霜情况,热交换器表面会形成一层较厚的冰层,阻碍热量的传递,导致供热效率降低｡智能除霜控制平台对运行参数进行智能分析,准确判断结霜状况,实现除霜精准控制,提高系统COP｡

3.3管网建设及高效运维

精准控制空气源热泵机组各运行参数,确保其高能效运行｡针对供热末端流量情况,必要时采用二级加热的方式对3台低温空气源热泵设备进行分组控制,实现热源和供暖负荷的匹配｡

4、空气源热泵系统设计

空气源热泵系统选用3台超低温热泵机组,工作原理见图2｡3台空气源热泵并联,可根据环境温度控制启停机组工作台数,进一步达到节能的效果｡通过计算及图纸布局,系统泵房面积至少需要30m2(长6m,宽5m),才可满足所需设备和管路的布置｡项目设计阶段,对现场深入勘查,为泵房位置设计三个可选方案｡

图2工作原理

4.1空气源热泵主机旁就地搭建

在空气源热泵主机旁搭建泵房,距离主机设备及供暖区域距离较近,不占用地下车库等空间,施工方便,热损失较少｡但设备平台位置不足30m2,需另搭建平台和泵房,并将水电引入到泵房内,需要征得物业同意｡

4.2负一层设备间

泵房布置在负一层设备间内,距离一楼供暖区域最近,热损失最少,且水电等均已引入设备间内,施工简单,配电柜等设备布置于室内也更安全｡但设备间内无排水系统,需重新设置｡

4.3负三层换热站制冷机房

负三层预留办公建筑夏季制冷机房,空间面积大,方便布置各类设备,水电均已引入且有排水系统｡但距离热泵及供暖区域较远,需要协调热泵到机房及机房到管道井的路由,施工较复杂｡

与用户沟通后,最终选定第二种施工方案,此方案泵房布置于室内,降低雨雪天气循环泵等设备故障率,同时减少热量损失,提高供热效率｡

5、运行数据分析

2023-2024年采暖季期间,该办公建筑实际采暖天数130天,每日供暖时长24h,具体运行参数见表3｡该项目采用空气源热泵系统进行供暖,整个采暖季总供热量为701.76GJ,相当于减少23.96t标煤消耗,减少72.36t二氧化碳排放｡此项目选用HTZR-90YT-D2E3G机组,增加机组周围空气的流动性,提高系统效率,空气源热泵供暖系统平均COP高达3.57,极大程度降低了空气源热泵运行成本｡

表32023-2024年采暖季实际运行参数

6、结语

空气源热泵清洁､环保､无污染,大力推广空气源热泵供暖系统,在实现供暖需求的前提下,可有效减少燃煤消耗和二氧化碳排放｡空气源热泵系统便于安装,可用于住宅､办公楼､医院､学校等多种建筑形式,系统能效高,舒适性强,具有广泛应用性,今后可在新能源市场广泛使用｡空气源热泵供暖系统采用高效空气源热泵机组,同时配置智慧控制系统,通过远程自动调控,提高调控效率,优化调控策略,可有效提高系统COP｡空气源热泵系统可以同时实现供冷供热的功能,对于有供冷需求的项目,采用一套空气源热泵系统即可达到冷热联供的效果,降低前期投资额,同时降低系统后期维护和保养费用｡

参考文献:

[1]曹子钊.空气源热泵供热系统适宜性研究[D].沈阳:沈阳建筑大学,2022.

[2]佘洁卿,曾兴贵,黄海生.夏热冬暖地区居住建筑建材消耗碳排放特征及基准线研究[J].建筑科学,2023,39(12):36-41.

[3]翟羽佳,李舒婷.我国北方农村清洁取暖改造研究综述及展望[J].能源与环保,2023,45(10):194-200.

[4]田宏进,张文婷.不同供热热源形式运行经济性对比研究[J].造纸装备及材料,2022,51(2):144-146.

[5]李艳.地表水源热泵系统应用研究[D].无锡:江南大学,2007.

[6]赵雨桐,唐澜,余思言,等.绿色建筑可再生能源发展综述[J].四川建材,2021,47(2):20-22,28.

[7]马一太,王派,罗齐,等.低环境温度空气源热泵在北方区域供热中的应用[J].区域供热,2018(4):14-18.

[8]杨少宇,陆凯君,杜娟,等.空气源热泵特点及其在北方地区的应用[J].山东工业技术,2018(11):76.

[9]王冬冬.空气源热泵风侧换热器散热性能实验及模拟研究[D].长春:吉林建筑大学,2022.

[10]杨志英.空气源热泵的智能化研究与应用[J].石油石化节能,2023,13(6):78-82.

文章来源:岳虹,耿哲,张瑞锐,等.济南某办公建筑空气源热泵供暖系统设计及运行分析[J].安装,2025,(03):80-81+85.