地暖热负荷计算与热泵机组的选型

 

问题：如何进行供暖热负荷的计算？如何进行热泵机组的选型计算？用单套泵好，还是双套泵好？

 

一般而言，公寓属于民用居住建筑，应24小时连续供暖。所以，对于机组的选型，首先要进行的是负荷计算。

 

首先，基本耗热量公式为：围护结构耗热量=传热系数×传热面积×室内外计算温差（室内设计温度-室外计算温度）

 

Q=K×F×Δt

 

其中：Q，代表围护基本耗热量，W；

 

K，代表围护传热系数，W/（m2·℃）；

 

F，代表围护传热面积，m2；

 

Δt，代表室内外计算温差，℃。

 

当计算门、窗、墙、地面、屋顶各部分围护结构的基本耗热量时，只需代入对应的传热系数、传热面积即可。所需的传热系数，可以通过查阅建筑热工相关规范、图集获取。从《民用建筑热工设计规范》（GB50176-2016）中可以查阅并计算出各种建筑围护的热工参数，对其中最具代表性的标间进行演示计算：

 

 

 

某房间只有一面外墙和一个窗户，房间面积为12m2：长为4m、宽为3m、层高为3m；窗户宽为2m，高为2m。室内供暖设计温度取20℃，室外供暖计算温度为-10℃。计算解析如下：

 

房间外墙（含窗户）面积：

 

3m×3m=9m2

 

窗户面积：2m×2m=4m2

 

墙体面积（不含窗户）：9m2-4m2=5m2

 

 

 

由基本耗热量公式：Q=K×F×Δt可得，370粘土砖外墙的传热系数是1.56W/（m2·℃）；单层玻璃塑钢窗的传热系数是4.7W/（m2·℃）；

 

墙体耗热量：1.56×5×（18+10）=218W

 

窗体耗热量：4.7×4×（18+10）=526W

 

标间耗热量：218W+526W=744W

 

当有屋顶、地面或山墙时，地面的传热系数是0.30W/（m2·℃），屋顶的传热系数是1W/（m2·℃）。

 

地面耗热量：0.30×12×（18+10）=101W

 

屋顶耗热量：1×12×（18+10）=336W

 

山墙耗热量：1.56×（4×3）×（18+10）=524W

 

当房间位于顶层、首层或把边时，加上屋顶、地面或山墙的耗热量便可以得到相应房间的基本耗热量。请注意，此处可暂时忽略建筑的朝向修正、高度附加等因素。冷风渗透的耗热量，可按照缝隙法计算或按基本耗热量的30%进行估算。把所有房间的耗热量加在一起就可得到整个建筑的基本耗热量。另外，可以参考这个数值来计算负荷，然后适当放大，进行机组选型。

 

很多时候，还常用热指标的方法进行计算，如表1：

 

 

▲表1

 

请注意，表1引自《城镇供热管网设计规范》（CJJ34-2010）。集中供热地区（东北、华北、西北地区）一般是按连续供暖进行考虑。而对于间歇供暖，应根据热平衡进行折算，即间歇热指标=连续热指标×24/日供暖小时数。此外，这里的住宅指的是单元式多层住宅，农村自建房可参考食堂、餐厅、礼堂这类单层建筑进行选取。一般面积较小的建筑取供暖热指标的上限，面积较大的建筑取供暖热指标的下限。

 

 

 

热指标法其实是在缺少相关资料下的无奈之举，有条件的人员应该注重现场的实际情况，了解建筑的用途，特别是留意外墙的保温性，窗户的开合情况，是单层还是双层的建筑，这些都将影响建筑的实际计算负荷。鉴于热指标计算存在的误差和不确定性，此方法不推荐使用。

 

 

 

热泵的选型要注意温度和融霜的修正，热泵的修正公式（空气源热泵实际工况下的制热量）如下：

 

Q=q×K1×K2

 

Q，代表机组在实际工况下的制热量（kW）；

 

q，代表产品在标准工况下的制热量（标准工况：室外空气干球温度7℃、湿球温度6℃）（kW）；

 

K1，代表使用地区室外空调计算干球温度修正系数，按产品样本选取；

 

K2，代表机组融霜修正系数，应根据生产厂家提供的数据修正；当无数据时，可按每小时融霜一次取0.9，两次取0.8。

 

 

 

利用温度和融霜等修正方法比较繁琐，某些样本可以直接选择对应室外供暖计算温度下的制热量。举例而言，当室外供暖计算的温度是-10℃时，查样本的时候，可查对应温度下的制热量，比如：表2中的样本是70kW的机组，在-10℃下的制热量只有约46kW。

 

 

▲表2

 

下面使用热指标法进行机组的选型计算，参照以前做过的类似工程和热指标法，选取热指标为70W/m2，则供暖热负荷为：70×2000=120kW。

 

假设额定制热量为70kW，有的企业是这样算的：140/70=2，选2台。这个计算结果是错误的，因为额定制热量是在标准工况下得来的，即室外空气干球温度为7℃、湿球温度为6℃下的制热量。而此工程的室外计算参数是-10℃。查过样本，70kW的机组设计工况的制热量只有46kW。

 

所以应该这样计算：140/46=3，可选3台。

 

如果业主对供暖的效果要求比较高，可以考虑增加一台同型号的机组备用，以应对极端天气或部分机组出现故障。

 

总结

 

通常情况下，热泵机组是依据室外的正常温度进行选型的。而室外温度在很多时候，要比这个温度高，于是便出现了热源的制热能力增大，末端负荷却减小的矛盾。为了解决这一问题，可以用控制热泵机组台数的方式进行调控。

 

此外，热源与末端之间要加一个缓冲水箱。将热泵机组制取的热水先存于水箱里，等到末端需要时，再从水箱中取用，形成“热泵至水箱”和“水箱至末端”的两个小循环。

 

【编辑：唐琴】