暖通空调常见问题和若干新技术的合理应用.ppt

十五、VRV系统及地面辐射采暖 变制冷剂流量多分体空调系统的设计深度和分工，设计单位应该做到：提出空调房间的夏季和冬季设计负荷；确定室内机和室外机的位置；确定冷凝水管的管径和布置；初步确定冷媒工质管的路由。,在设计说明中作下列文字表达：“请建设单位选定设备厂家，再请厂家配合进行冷媒工质管道布管的细部设计。”可提出下列技术要求：“冷媒工质管道应采用半硬态紫铜管（T2或TP2），壁厚不小于A类，除室内机分液处可以有接头外，其他部位不应有接头。”,地面辐射采暖系统的设计深度：提出采暖设计负荷；配置到分、集水器；如热媒温度不匹配，应配置换热或混水设施；与其他专业协调预留构造层空间。,住宅家具对地面遮挡的有效面积系数,在设计说明中用下列文字表达：“地面辐射采暖的埋地管，可以采用PB、PE-X、XPAP、PP-R、PE-RT等塑料管或铜管。本设计提出采暖设计负荷并配置到分、集水器，请建设单位选定管材和施工专业企业后，再请施工专业企业配合进行布管的细部设计。”,低温热水地面辐射供暖的利弊得失 2000年，我给国管局的基建部门讲了一次地面辐射供暖技术，因为我刚主持编制了国内第一个地面辐射供暖技术规程-北京市标准DBJ/T 01-49-2000低温热水地板辐射供暖应用技术规程。那次即席发言使得国管局原来准备采用地面辐射供暖的住宅小区改用了散热器采暖，可能主要是由于“主要弊病”中的第6条，这个“软肋”至今仍是许多开发建设单位采用地面辐射供暖的主要顾忌。,地面辐射供暖,无疑是热舒适度最好的一种供暖方式。但不一定能成为供暖方式的首先选择,更不是唯一选择。这是因为任何一种供暖方式，都会有其特定的优势和弊病,应根据具体工程条件,将所采用供暖方式的优势充分加以发挥,尽可能减少其弊病。,地面辐射供暖大致有以下的主要优点:1）与其它供暖方式相比有较高的舒适度 垂直温度场分布比较均匀。,在室温相同的条件下,距地面0.050.15m(人体对冷暖的敏感部位)高度的温度,较对流供暖方式约高810,对人体生理有益。与对流供暖方式相比,空气对流减弱,有较好的空气洁净度。房间热惰性较好。平均辐射温度适当,可减少人体辐射散热。,2）与其它供暖方式相比，较为节能和可使用低品位热媒 由于垂直温度分布的差别,有效区域内相同温度时,平均温度最低；由于可减少人体辐射散热,与对流供暖方式相比,可取得23的等效舒适温度。以上两项因素综合,节能幅度约为1020。对于住宅，节能幅度约为10。地面辐射供暖可以使用（而散热器采暖无法合理使用）低于40的低品位热媒，对于采用地源热泵、空气源热泵或地热水梯级利用，是采暖末端比较合理的选择。,3）有利于建筑装饰。4）有利于实施分户热计量。5）有利于隔声和降低楼板撞击声。住宅设计规范规定:楼板的计权标准化撞击声压级,宜75dB。一般的地面构造层难以达到，只有地面辐射的构造层，才能达到。6）有利于实施扩大应用塑料类管材的产业政策。,7）经济比较并不占劣势 由于塑料类管材生产的发展和市场竞争,地暖的造价呈大幅度下降趋势,已从按建筑面积计的100元/m2,下降到6070元/m2（甚至50元/m2以下）左右。目前,比较高档钢制散热器的价格约为0.81元/W,按分户热计量考虑户间传热因素，设计耗热量指标5060W/m2计算，约折合4060元/m2,加上温控阀、配件和管道,按建筑面积计的造价,已经不低于地面辐射供暖了。,地面辐射供暖大致有以下主要弊病:1）仅适合于建筑热工条件较佳的节能住宅。不节能住宅地面温度超标，降低舒适度。2）需占用空间高度至少80mm,与不设置辐射供暖的室内其它空间会形成一定高差,需增加地面荷载约120kg/m2。,3）地面装修宜一次到位，二次装修时,易被损坏。4）因对热媒温度和流量的要求不同,需设置单独热源系统。5）因热媒温差较小,相应流量较大,热媒输送管道断面和输送能耗较散热器供暖系统,约增大一倍。,6）材料和施工市场状况堪忧,施工、调试和验收程序方面困难较多：开发建设单位片面追求低价位；施工单位的资质审查认定未制度化；材料是送检而非随机抽样；施工现场保护难以实施；调试和验收难以按照规范的要求程序严格实施。7）技术原理和设计基础资料环节,仍处在认识过程中，滞后于应用。,北京市低温热水地板辐射采暖应用技术规程（DBJ016042000）6.4.3 竣工验收应在通暖24小时、停暖24小时、再通暖24小时后进行。初次通暖应缓慢升温,先将热水温度控制在2530范围内运行24小时,以后再每隔24小时升温5,直至达设计水温。,地面辐射供暖技术规程（JGJ 142 2004）6.5.5 初始加热时，热水升温应平缓，供水温度应控制在比当时环境温度高10左右，且不应高于32。并应连续运行48小时；以后每隔24小时水温升高3，直至达到设计供水温度。在此温度下应对每组分水器、集水器连接的加热管逐路进行调节，直至达到设计要求。,十六、塑料类管材及其正确应用 塑料管和输送热介质的塑料管种类 塑料管应进行强度验算 塑料管的选择计算（确定S系列或壁厚e）塑料管的许用设计应力 关于最小管壁厚度 塑料类管材的设计选用程序 关于铝塑复合管 各种塑料管的比较,塑料管和输送热介质的塑料管种类建筑用塑料类管材PVC 聚氯乙烯管 PVC-C 聚氯乙烯耐热管PE 聚乙烯管 LDPE 低密度聚乙烯管 MDPE 中密度聚乙烯管 HDPE 高密度聚乙烯管 PE-X 交联聚乙烯管 PE-RT 非交联热塑性聚乙烯管 PAP 铝塑复合管 XPAP 交联铝塑复合管,PP 聚丙烯管 PP-H 均聚聚丙烯管（耐压较高，但易低温脆化）4级 2.90 Mpa，20/50年 6.25 Mpa。PP-B 嵌段共聚聚丙烯管（耐压低于PP-H）4级 1.67 MPa，20/50年 6.21 Mpa。PP-R 无规共聚聚丙烯管 4级 3.3 MPa，20/50年 6.93 Mpa。（PP-C管，接近并略优于PP-B管）PB 聚丁烯管,适合于输送热介质的塑料管PVC-C 聚氯乙烯耐热管PE-X 交联聚乙烯管PE-RT 非交联热塑性聚乙烯管PP-R 无规共聚聚丙烯管PB 聚丁烯管XPAP 交联铝塑复合管（PP-R 或 PERT 铝塑复合管）,铝塑复合管的种类日益繁多，到目前为止，搭接焊式大致有PAP-聚乙烯或无规共聚聚丙烯/铝/聚乙烯或无规共聚聚丙烯（铝塑复合管），XPAP-交联聚乙烯/铝合金/交联聚乙烯（交联铝塑复合管）；,对接焊式有：PAP1-聚乙烯/铝/交联聚乙烯（一型铝塑管），XPAP2-交联聚乙烯/铝/交联聚乙烯（二型铝塑管），PAP3-聚乙烯/铝/聚乙烯（三型铝塑管），PAP4-聚乙烯/铝/聚乙烯（四型铝塑管-可用于输送燃气等气体），RPAP5-耐热聚乙烯/铝/耐热聚乙烯（五型铝塑管）。,尽管各种铝塑复合管均称长期工作温度可以达到60或以上，但是，由于长期工作温度这个概念比较模糊，仍然只有采用交联聚乙烯（PE-X）塑料、无规共聚聚丙烯（PP-R）塑料和非交联耐热聚乙烯（PE-RT）塑料的铝塑复合管，才可以用于输送热介质。,采用塑料管应进行强度验算 无论是金属管材还是塑料类管材，在内压作用下,管壁任意一点将产生三个方向的应力,即:轴向应力、径向应力和环向应力,其中环向应力最大，因此应按最不利条件的环向应力进行分析。,管壁厚、管径、承受压力和环向应力之间的关系,可用下式表示:,上式中:管材环向应力(MPa)D 管径(mm)P 管内压力(MPa)e 管壁厚(mm),上式说明:1.应力与管内压力P成正比,即许用应力越大可承压越大;反之,压力越大要求许用应力越大。2.应力与管径D成成正比,即许用应力越大对应的管径越大;反之,管径越大要求许用应力越大。3.应力与管壁厚e成反比,即许用环向应力越大对应的管壁厚越小;反之,管壁厚越小要求许用应力越大。,显然，管材的许用设计应力D，应该不小于管材环向应力,即:D,用以确定管壁厚度,可转换成以下形式:,金属管道使用寿命主要取决于腐蚀速度，使用温度对许用应力影响不大。例如：10号钢的钢管许用应力,在较大的温度幅度范围内变化不大，温度100时为110.85MPa;温度150时为109.87MPa;温度200时为 103.99MPa。但钢管等金属管道，要考虑焊缝因素和腐蚀裕量,公式成为:,暖通空调工程中习惯使用钢管，使用温度对许用设计应力影响不大。如近似取许用设计应力为100 MPa，直径为200 mm的钢管，工作压力为1.0 MPa时，理论计算管壁厚度仅需1mm。暖通空调系统工作压力一般很少超过1.0 MPa，可见钢管的管壁厚度，主要不是满足承受应力，而是满足腐蚀因素的需要。因此，除在特殊高压条件下应用以外，一般无需进行强度验算。,塑料管同金属管道力学特性的主要区别，是应力的变化规律不同。温度作用对塑料类管材许用应力的影响极大。使用寿命主要取决于不同使用温度对管材的累积破坏作用,概略说,温度每提高10,使用寿命约缩短 2.5倍,热作用使环应力逐步下降即发生管材的蠕变,以至不能满足使用压力而破坏。（可见下图）,从PB管在不同温度下的等应变蠕变特性曲线可见:许用应力都会随时间的推移而下降，特别是随作用温度的升高而急剧下降。显然，应按使用温度确定许用应力，据以计算所需壁厚。,因此，采暖通风与空气调节设计规范条(强制性条文)规定：“地板辐射采暖加热管的材质和壁厚，应按工程要求的使用寿命、累计使用时间以及系统的运行水温、工作压力等条件确定。”,塑料管计算（确定S系列或壁厚e）塑料管不需要考虑焊缝因素和腐蚀裕量,故仍采用下式确定所需壁厚：,强度计算用的管径D,对于钢管是指内径,而对于塑料管,是指中径,即DZ,DZDEe,故应写作:,塑料管强度计算，也常用下列形式:,等式中的第一项,是管材环应力与承压的比值,第二项只与管道尺寸有关。如果令其值为 S,那么,S 既是管材的尺寸系列,又可在许用应力和统工作压力既定条件下,便捷地计算和确定应选用的S系列,或不同管外径所需要的对应壁厚。,塑料类管道的值,是直径对壁厚的比值，由此可见：在管材许用应力确定后，值越小承压越高。塑料类管道划分为 2，2.5,3.2,4.0,5.0,6.3,8.0和10共8个系列，其中2和10两种系列一般无产品。,塑料管常用范围的尺寸系列,欧洲还有一种塑料类管道划分系列的方法，即所谓标准尺寸比SDR。,塑料管的许用设计应力 管材在全部使用期内,不可能始终是在同一温度作用条件下,必然存在不同温度的时间分布。例如:供暖系统管材在非供暖期内温度会近似于室温,即使在供暖期内也会因质调节而受不同温度作用。,显然,各种塑料管对应于不同温度的等应变蠕变特性曲线，不能直接作为设计选用的依据，需要先按不同使用条件的温度作用频率，确定使用条件分级。,按照国际标准ISO/10508:1995推荐的方法,对总设计使用周期为50年,奥、德、法地区典型使用条件的不同管材,统一划分了使用条件分级。根据各使用条件分级不同温度的综合热作用，可按 ISO13760的 Miner,s规则,计算出各种塑料管确保50年使用寿命的许用应力。,使用条件分级不是硬性规定,是按特定地区气候和典型使用条件计算所得的推荐性标准,因此 应按实际要求的使用寿命年限,并根据使用情况,分析使用寿命年限内不同温度的频率，合理确定使用条件分级。,例如:北京地区一般低温热水地板辐射供暖工程,如按上述标准的4级选用管材和确定管壁厚,即在共50年的总使用周期中,运行温度20共历时2.5年,40共历时20年,60共历时25年,70共历时2.5年,100的意外运行条件不超过共100小时，显然是十分安全可靠的。,管材的许用设计应力D(MPa),关于最小管壁厚度 北京市标准低温热水地板辐射供暖应用技术规程（DBJ/T 01-49-2000）的附录H有如下提示：考虑到管材生产和施工过程可能产生的缺陷，各类管材壁厚均不宜1.7 mm。北京市试用图集新建集中供暖住宅分户热计量设计和施工试用图集的C17-18有如下提示：考虑到管材生产和施工过程可能产生的缺陷，采用壁厚均不宜小于2.0 mm。,国家行业标准地面辐射供暖技术规程（JGJ 1422004）附录有如下提示：考虑施工及使用中的一些不利因素，为安全起见，塑料管材壁厚应适当加厚，可参照德国标准DIN 4726关于热水地面供暖用塑料管材的基本要求：对于管径15 mm的管材壁厚不应小于2.0 mm，对于管径15 mm的管材壁厚不应小于1.8 mm；需进行热熔焊接的管材，其壁厚不得小于1.9 mm。,采用塑料管的设计选用程序1 根据建设单位的意向初选管材。2 根据系统情况确定“使用条件分级”。3 得到所选管材的“许用应力”。4 根据所在部位的工作压力和许用应力，计算确定管材的 S系列或最小壁厚。5 工程条件对最小壁厚的限制。6 计算壁厚过大时是否需要改选其他管材。,关于铝塑复合管 铝塑复合管的定义是：以焊接（搭接焊或对接焊）铝管为中间层，内外层均为塑料，通过挤出成型复合成一体的管材。铝塑复合管是由塑料和铝材两种杨氏模量相差很大的材料组成的多层管，在承受内压时，厚度方向的管环向应力分布是不等值的，无法考虑各种使用温度的累积作用，而且，每一种管径只有一个壁厚，因此不能用S 值来选用管材或确定管材的壁厚。,铝塑复合管的选用，大致有两种方法：1）根据生产厂家提供的长期工作温度和允许工作压力直接选择不同类别的铝塑管以及不同管径的单一壁厚；2）近似根据相应单一塑料材料的许用设计应力,仍用S 值来确定壁厚,并与不同管径铝塑复合管的单一壁厚作比较,以确定是否可以满足要求。以此方法选用为稳妥。,交联铝塑复合管(XPAP)只有对应于管径的一种壁厚：1014，1216，1620，2025，2632，3240，4150，5163，6075。可根据其壁厚，判断其能否满足工程要求。,各种塑料管的比较(1)按许用应力排序。(2)按市场价格排列。(3)有效质量控制。(4)再生和热熔连接。(5)管材的氧渗透。(6)管材的纵向线膨胀。(7)耐低温性能。,1）按照许用设计应力排序。在相同的条件下,各类管材的许用设计应力大致为以下排列顺序:聚丁烯管,交联聚乙烯管,无规共聚聚丙烯管、非交联耐热聚乙烯管。铝塑复合管没有许用设计应力数值，如果按照交联铝塑复合（XPAP）管长期工作温度82 的允许工作压力0.86 MPa推算，公称外径20 mm的管道许用设计应力约为4.30 MPa，公称外径25 mm的约为4.30 MPa，公称外径32 mm的约为4.58 MPa，大体与聚丁烯管相近。,2）按市场价格的高低排列,大体上也是上述顺序。许用设计应力较低的管材具有价格方面的优势。工程应用中，并非一定要选用许用设计应力高的管材。例如，散热器系统的热源为户式燃气热水炉时，工作压力不会超过0.3 MPa，如采用聚丁烯管，S=D/p=4.31 MPa/0.3 MPa=14.37，按照强度计算可以采用S8系列；如果采用无规共聚聚丙烯管，S=D/p=1.90 MPa/0.3 MPa=6.33，按照强度计算可以采用S6.3系列。但根据最小壁厚要求，管材宜优于S5系列。价格较高的聚丁烯管就显得大材小用了。,3）有效质量控制。据塑料工业业内人士分析,聚丁烯管、无规共聚聚丙烯管、非交联耐热聚乙烯管主要通过原料的成份和品质实现较可靠的质量控制。而交联聚乙烯管和交联铝塑复合管,除原料成份和品质外,其交联工艺对质量控制也至关重要,正是交联工艺这一重要环节,使许多该类管材的质量失控。,4)聚丁烯、无规共聚聚丙烯、非交联耐热聚乙烯的施工剩余材料，可以再生利用,对环保有利。这几种管材还可采用热熔连接工艺,不但可以节省昂贵的连接配件，而且可以在特定条件下使用。,5)氧渗透问题。系统采用钢制散热器等易腐蚀构件时,聚丁烯管、交联聚乙烯管、无规共聚聚丙烯管和非交联耐热聚乙烯管宜有阻氧层,以有效防止渗入氧而加速对系统和散热器的氧化腐蚀。铝塑复合管中间层为增强铝管,可有效阻隔氧的渗透。,6）管材的纵向线膨胀问题 钢管的线膨胀系数为 0.012 mm/mK，交联铝塑复合管 0.025 聚丁烯管 0.130 无规共聚聚丙烯管 0.180 交联聚乙烯管 0.200 由于较大的纵向膨胀，使管道受热后变形严重，因此不适合于明装。而埋设于混凝土垫层内的管道纵向膨胀受限，会转化为内应力，故在强度计算时需有适量安全系数。,管道受热后纵向膨胀形成的膨胀力，是线膨胀系数、管材的弹性模量和管道截面积的乘积。线膨胀系数大的管材受热作用会有较大的热长。但塑料类管材的弹性模量远小于钢管，钢管的弹性模量为20.6103kN/cm2,而例如PP-R管，在20时仅为80kN/cm2（NFPP-R管65kN/cm2），95时又降低为25 kN/cm2。因此，在管道截面积相同时，塑料类管材的膨胀力会远小于钢管。,塑料类管材的纵向膨胀特性，则应在敷设方式上有所考虑。塑料类管材在地面内埋设时纵向膨胀受限，会转化为内应力，在管道强度计算的安全系数中可以消纳，而明装时则会发生较大的弯曲变形，且易受划伤而影响使用寿命。根据实际工程的问题和经验，北京市分户热计量试用图集中，只推荐在直埋时采用，非直埋的管道（包括明装或管道井内安装），仍推荐采用热镀锌钢管和螺纹连接，是很有必要的。,7）耐低温性能问题 无规共聚聚丙烯管在10（NFPP-R管15）环境条件下,会发生低温脆化，易在运输过程中损坏。而其它管材的脆化温度，可低达70。,十七、关于地源热泵和地热的梯级利用1)什么叫做热泵？如同水泵能将水从低位提升到高位，依靠高位能（电力）拖动，使热量由低温物体传递给高温物体。,这是电动驱动压缩制冷循环原理图制冷工质经过4个过程:压缩机出口的高压汽态工质 经过冷凝,放出热量,成为高压液态工质 经过节流,成为低压液态工质 经过蒸发,吸收热量,成为低压汽态工质,蒸发过程从空气或水中吸收热量，就完成了制冷（可向室内提供冷量）冷凝过程所放出的热量，则排入另一侧（室外）的空气或水中如果这个过程是“逆向”的,就是热泵工作原理：冷凝过程所放出的热量向室内提供，就完成了制热 蒸发过程则从室外的空气或水中吸收热量,热泵制热过程虽然需要消耗一定的高位能（电力），但所得到的热量,是所消耗的高位能与吸取的低位能的总和。热泵的效率，就是消耗的高位能与得到热量的比值。,按照吸取的低位能种类，可分为空气源热泵、污水源热泵、地下水源热泵、地表水（江、河、湖、海）源热泵以及土壤（地质体）源热泵等。后三者可统称之为地源热泵。,还有一种叫做“水环热泵”通过封闭循环的水系统，将数组水/空气热泵(水/水热泵)机组并联组成一个复合式空气调节系统，可部分机组供暖运行、部分机组供冷运行。而封闭循环的水所需要补充或排除的热量,也可以由地源热泵系统提供。,2)“地源”的原理 由于大地的蓄热作用，地下水和一定深度的土壤（地质体）温度，可常年稳定地维持在略高于年平均气温。例如：北京地区的年平均气温约为12,地下水和3m深度以下的土壤温度,可常年稳定地维持在14-15左右。在年平均气温10-20的地区，都可以利用地源热泵作为冷源和热源。,3)地下水源热泵的能源效率在特定工况条件下：制冷效率（COP）约可达 14.4，即消耗1kW电能，可制冷4.4kW，而释放给地下水的热量是:1+4.4=5.4kW。北京地区得到1000kW冷量，约需要抽、灌100t/h地下水（1525）。,制热效率（EER）也约可达14.4，即消耗1kW电能，可制热4.4kW，而从地下水吸取的热量是:4.41=3.4kW北京地区得到1000kW热量，约需要抽、灌70t/h地下水（155）,4)地埋管热泵系统 当可抽、灌的地下水量不能足于满足要求时，可采用地埋管热泵系统。通过垂直或水平地埋管的间接传热向地质体注入或吸取热量。地埋管向地质体注入或吸取热量的能力，取决于地质体的物理特性和地下水的径流状况。,5)可利用的地源能量 可抽、灌的地下水量，或地埋管可注入或吸取热量的能力，已经是水文地质学科、而非暖通空调学科的范畴了。所以，地源热泵工程应该是水文地质学科与暖通空调学科的结合，而且要以水文地质学科为主体。,换热孔夏季单位供冷换热量和冬季单位供热换热量，应根据地层的结构、热物性、温度，地下水的静水位、水温、水质及分布、径流方向及速度等地质条件，由水文地质专业部门慎重提出。,6)地下水源热泵或地埋管热泵的适宜性区域划分 根据北京市地质矿产勘查开发局近日完成的北京市平原区浅层地温层资源勘查报告，提出了划分适合地下水源热泵或地埋管热泵的适宜性区域范围。,7)地埋管热泵的原理的两种理念 一种认为浅层地温是“资源”,有自身的恢复和再生能力。注入或吸取热量以后会恢复到初始状态，因此不需要过分强调全年注入或吸取热量的平衡。北京市地质矿产勘查开发局进行的观测支持这种理念，但还不够充分。,另一种认为浅层（3-200m深度）地质体是一个蓄热体，只能吸收或释放热量，因此要强调全年注入或吸取热量的平衡。反映在地源热泵系统工程技术规范（GB 50366-2005）中，规定“在计算周期内的总释热量宜与其总吸热量相平衡。”,由于北京地区供热周期与供冷周期相差甚多（HDD18度日是2699，而CDD26度日仅为94），因而地源系统的全年吸热量与全年释热量会严重失衡。有业内专家认为,如果失衡度大于10，系统将会在10年左右失效。,我个人的观点是介于两者之间，因为浅层（3-200m深度）地质体并非是完全“封闭”的空间，应该具备一定的恢复和再生能力。特别是地下水的径流速度较大的条件下，恢复和再生能力会增大。,8)水文地质专业是地热能源利用工程的主体 不论是采用地下水、地埋管热泵系统，还是利用地热水，水文地质条件（包括对地质体的结构、热物性、温度，地下水的静水位、水温、水质及分布、径流方向及速度等地质条件）的勘察和判断，是前提和依据。,打多少井？埋多少管？地下水或地质体的变化规律？深层地热水的流量、温度及其变化趋向这些问题不是暖通空调专业学科的内容，而是具备水文地质勘察设计资质和地源系统工程承包资质的专业单位的事情。,应根据国家标准GB 50366-2005地源热泵系统工程技术规程的条的规定，由地源热泵系统工程承包专业单位，先期对地质或水环境（水质、水生物、鱼类等）的影响进行评估，提出取水量、排水温度等具体数值并取得当地水文地质管理部门或水政部门的认可。,地源系统设计的优劣，关键是“水文地质技术支持”，而不是建筑设计的暖通专业。应由水源系统工程承包专业单位作为冷热源的承包主体，并担负冷热源的总体技术责任。,所以，应该把主要注意力放在这种能源的“应用”，以及与地源系统工程承包专业单位的配合和协调方面。主要负责这种能源的“使用侧”。配合和协调方面，设计分工最好以“使用侧”冷热媒起始端为结合部位，明确该点的主要技术参数，如：流量、冬季和夏季最不利工况的水温、静压和供回水压差。,9)关于地热能梯级利用的设计思路（为河南某工程做的概念设计）1）如何最大限度的利用地热能？已知地热水的流量是50m3/h、水温49，欲最大限度的利用，就需要尽可能降低尾水排放温度，例如降低到7排放，可以得到总热量为：,如果地热水的水质不适宜直接进入水源热泵机组，就需要进行间接换热。由于水源热泵机组蒸发器的进水温度不能高于30，可取二次水的流量为100m3/h（地热水流量的一倍），采用两级逆流换热，在相同的总热量条件下，蒸发器的进、出水温度可为526。,2）如何将5/26的二次水提升到50/60的采暖水？关键是要了解水源热泵机组蒸发器侧可能达到的最大温降。如果蒸发器的温降取5-6，可以采用四级热泵机组将二次水逐级降低，即:2620、2015、1510、105。,如果蒸发器的温降可以达到10左右，就可以采用两级热泵机组将二次水逐级降低，即:2615、155。而冷凝器侧的温升5是没有问题的，可将四级热泵机组配置为两级并联，即：5055、5560。,3）可将得到的总热能，再增加30？四级热泵机组的配置，使得采暖系统得到的总热能，除了2442kW以外，还可以加上热泵机组的功耗，如果COP取4.3，忽略不计循环水在输送过程中失去的热量和水泵释放到循环水中的热量。得到的总热能为：,4）耗电量和总投资费用建设单位是否能够接受？当然，上述方案耗电量和总投资费用会比较大，不知道建设单位是否能够接受？可以将设计思路再深化一些，取得建设单位认同以后再进行设计。,5）采暖末端宜采用地面辐射或风机盘管 采用热泵时，采暖水温度如果想达到高于50/60，则COP会大幅度降低。如果以95/70为基准，当水温降低为85/60时，散热器的散热量约降低为84，当水温降低为60/50时，散热器的散热量约降低为57，因此采用散热器采暖是不合理的，宜采用地面辐射或风机盘管。,十八、对电热采暖的多角度思考2009年4月22日在乌鲁木齐市电热采暖高层论坛的发言,1）供热体制改革中的一个敏感问题2）怎样看待能源效率问题？3）应最大限度提高能源利用效率4）电动热泵供暖和电热蓄热供暖5）辐射采暖为什么可以节能？6）关于电热膜顶棚辐射采暖7）关于电热缆(或电热膜)地面辐射采暖8）安全性、容量合理配置和使用寿命,1）供热体制改革中的一个敏感问题 供热体制改革涉及诸多方面，但要解决的本质问题，是国家、热用户个人、供热企业之间，用货币体现的利益关系，很直接的体现为采暖费用价格，即与个人“钱包”的关系。我不赞成把电热采暖的费用说得太低，例如说一冬天每平米只需要10元，这没有说服力。,北京地区节能住宅的建筑物采暖耗热量指标是14.65 W/m2，无论采用何种能源和供暖方式，必须为单位建筑面积提供达到最低采暖标准的以下有效总热量：,按现在北京市居民电费0.50元/kWh计算，如果采用电热直接供暖，费用是 43.950.50=22元/m2 而目前城市热网集中供暖的采暖费是24元/m2，燃气、燃油或电热锅炉房集中供暖的采暖费是30元/m2。,另外，现在家用空调已经比较普及，如果采用空气热泵型的“冷暖空调”，在冬季部分时间内通过空气热泵供暖，供暖费用还可以降低。电热供暖相对于集中供暖，还有其它一些优势，例如：能耗计量精度和收费的简便性、建设程序和物业管理的简化、居住者供暖的灵活性、便于实施室温的调节控制以及可以采用辐射供暖等节能方式。,如果由自己选择，我设想：在节能住宅的前提下，从采暖费高低出发，采用户式冷暖空调加电热缆低温地板辐射，可能是既舒适、又“便宜”的采暖方式的较佳选择。,人们不禁会问：有“较好能源利用效率”的集中供暖的最终经济体现采暖费，为什么不能明显低于甚至反而要高于“较低能源利用效率”的电热直接供暖？如果热效率高的集中供暖,供暖费用反而居高不下,得到发展和继续保持主导地位的前景，岂不岌岌可危了！,乌鲁木齐节能住宅的建筑物采暖耗热量指标,按照严寒和寒冷地区居住建筑节能设计标准报批稿,应为:3层 21.8W/m2 4-8层 18.7W/m2 9-13层 17.4W/m2 14层 15.4W/m2,2）怎样看待能源效率问题？我国电力生产主要依靠以煤炭为燃料的火力发电,热电转换效率据称可达45（0.27kg标准煤/kWh？）如果输配效率为90,从煤变成电，再用电转换为热，能源综合效率只有40，低于燃煤、燃油或燃气锅炉的能源综合效率,更低于热电联产供暖的效率，从总体上并未减少而是增加了对大气环境的污染因素。,采用电散热器、电暖风机、电热水炉等电热直接供暖,是能源较低效率的应用。在取得煤炭资源比较经济、而电力供应又不充足的地区，采用电热直接供暖是不合理的。,因此，有关标准对电热直接供暖作了比较严格的限制。例如：GB 503682005住宅建筑规范 GB 501892005公共建筑节能设计标准严寒和寒冷地区居住建筑节能设计标准(报批稿)夏热冬冷地区居住建筑节能设计标准(报批稿),但是，上述标准和有关政府文件中，都将“当地电力充足和供电政策支持和电价优惠地区”，作为“不得采用电热直接采暖”的除外条件。,而建设部、国家发改委等八部、委、局，于二三年七月二十一日联合发布的关于城镇供热体制改革试点工作的指导意见中，提出了“发展和完善以集中供热为主导、多种方式相结合的城镇供热采暖系统”的总体方针。我认为:“多种方式”应该包括各种形式的电采暖。,3）发展电热采暖应最大限度提高能源利用效率 其主要途径无非是：能提高电/热转换效率的电动热泵供暖 能充分利用低谷电力的蓄热供暖 直接电热应采用辐射供暖方式,4）电动热泵供暖和电热蓄热供暖 直接电热的电/热转换效率最大为1:1，而热泵(空气源、污水源、地下水源、地表水源以及土壤源等),可使电/热转换效率达到1:2.5、1:3或更高。热泵既能供热也能供冷，而对于全年吸热量与全年释热量严重失衡的地区,地下水源热泵尤其是土壤源热泵就不太适宜。,在电网低谷时段将电能转换为热能，在供暖的同时将热能蓄存，以备在电网高峰时段由所蓄存的热量供暖。电热蓄热供暖利用了电网低谷时段的富裕电力，在能实行分时电度表计量时，又可获得优惠电价，较大幅度降低采暖费用。,5）辐射采暖为什么可以节能？房间的热舒适性除与干球温度有关外，还与风速、相对湿度、平均辐射温度、服装热阻和新陈代谢率等因素有关。辐射供暖可提高房间的平均辐射温度，辐射温度每提高1,约相当于干球温度提高1的平均热感觉指数。辐射供暖，可以得到2-3的“等效热舒适感”。,人体因新陈代谢而产热，需要通过蒸发、对流和辐射三种方式散热，以维持生理热平衡。辐射采暖使人体的辐射散热量减少，生理热平衡需要降低室温以相应增加对流散热量，因此，较低室温的辐射采暖，可取得与较高室温的对流采暖相同的热舒适感，即所谓等效热舒适感，这就是辐射采暖较对流采暖节能的原因。对于住宅，辐射采暖较对流采暖的节能幅度，约可达10。,6）关于电热膜顶棚辐射采暖 由于投资费用较低和技术较为简单等原因，电热膜顶棚辐射采暖，曾经在住宅中得到了较多的应用。对此种供暖方式的客观评价，应该是“可用”，但“舒适度不高”。,所谓“可用”，是指对于节能住宅而言，采暖费用可以被接受。所谓“舒适度不高”，主要是因为600600mm的电热膜发热密度一般为60W,折合166.7W/m2 以上，使辐射体的表面温度高达45,理论计算和实际工程测试结果都是这样。,国家标准采暖通风与空气调节设计规范规定，房间高度 2.5-3m,板面温度宜为28-30，房间高度3-4m,板面温度宜为33-36。这就远超过了上述规范对辐射体表面温度的限制。,辐射采暖不是“烤火”，而是在合理的环境辐射温度条件下，减少人体的辐射散热量，在正常情况下，人体并不需得到辐射热。过高的辐射体表面温度，使人有“烘烤”的不舒适感。对于人员长时间停留的场合，显然是不适当的。,顶棚电热膜，在国外大多应用于人员短时停留或无人员停留的场合，并未用作住宅的主要采暖手段。简单引进并应用于住宅采暖，是此种技术的低标准应用。实验证明，降低辐射体热流密度是可能的，并可改善采暖房间的温度梯度。如不能开发和提供热流密度较低的产品,必然要限制和否定其在住宅中的应用。,7）关于电热缆地面辐射采暖 实测资料证明：地面辐射的采暖热舒适度明显优于顶棚辐射，电热缆地面辐射类似于低温热水地面辐射采暖。国家标准采暖通风与空气调节设计规范对地板辐射的规定，按照人员停留时间长短划分，人员长期停留场合要求为24-26并不应超过28，人员短时停留或无人员停留场合则可取较高温度。,电热缆地面辐射采暖可确保符合上述要求，因而可得到合理的垂直温度场分布，而且可保持较好的室内温度的稳定性。当然，电热膜也可以作为地面辐射采暖，但还需要解决若干(例如使用寿命等)关键技术问题。,早期，电热缆主要应用于管道的防冻或室外地面的冰雪融化。电热缆用于地面辐射采暖的投资费用，远高于电热膜顶棚辐射采暖，因而限制了此种方式在住宅中的应用。由于多渠道国外产品的引进和国内开发，投资费用现已降低到与电热膜顶棚辐射采暖相近的水平，而且在技术上也已经日趋成熟。,8）安全性、容量合理配置和使用寿命 电热采暖的安全性至关重要。例如：需要确保发热元件可能达到的最高温度限值及其有效防止的措施，特别是当受到遮挡或覆盖的不利条件下的有效控制和保护,也需要有高性能的温度控制配置，以确保运行的安全性。,电热采暖需要解决好与常规的集中采暖不同的容量合理配置问题。由于周边环境温度条件的不确定性，如果周边都正常供暖，容量配置就不需要太大，而如果发生周边不供暖的极端情况时，又需要较常规方法增大。户间和室间传热量的准确计算实际上是不可能的，要求用确定的方法来解决不能确定的对象，只能寻求宏观合理性。,这两个问题互相关联，过低的容量配置，不仅难以达到采暖室温，也使发热元件长期不间断的运行而超温。这往往是由于商业竞争、片面追求低成本所造成的。,对使用寿命的要求 顶棚电热膜的使用寿命,如果能不少于10年,应该是可以允许的,因为便于更换。但是,电热缆地面辐射采暖或电热膜地面辐射采暖,则应该有较长的使用寿命,是否应该与对低温热水地面辐射采暖的要求(50年)相同?,十九、循环水泵的水力特性1）水泵电机过载现象 循环水泵在运行中发生电机过载的现象经常发生。,当系统实际阻力损失小于循环水泵铭牌扬程时，水泵工作点。A 流量和扬程均大于水泵铭牌参数；B 流量和扬程均小于水泵铭牌参数；C 流量大于、扬程小于水泵铭牌参数；D 流量小于、扬程大于水泵铭牌参数。,水泵的铭牌扬程和流量，有时用一个点来表示。其实应该是一根特性曲线所涵盖的范围。水泵的实际工作点，并不是铭牌上的一个点，而是在H-G特性曲线图上，系统特性曲线与水泵特性曲线的交汇点。,采暖通风与空气调节设计规范4.8.10条规定：“采暖系统计算压力损失的附加值宜采用10”，如果再加上设计保守因素。水泵特性曲线与系统特性曲线的交汇点，总是会偏向右下方向，流量会大于、扬程会小于水泵铭牌参数。,实际工作点流量与扬程的乘积，会大于铭牌工作点水泵铭牌流量与扬程的乘积。特性曲线平坦的水泵更明显。而且，该点所对应的效率，常会低于铭牌工作点的效率。这是水泵电机过载的主要原因。,处理办法:(1)关小水泵进口(或出口)阀门的开度;(2)更换水泵;(3)切削水泵叶轮。,2）多台水泵并联工作 设计流量600m3/h，系统计算阻力损失为300kPa，选用铭牌流量300m3/h、扬程32m的循环水泵3台，并联工作两用一备。当只运行一台时，单台水泵的工作点?,A 流量和扬程均大于水泵铭牌参数；B 流量和扬程均小于水泵铭牌参数；C 流量大于、扬程小于水泵铭牌参数；D 流量小于、扬程大于水泵铭牌参数。,在H-G 图上，正确绘出单台水泵和两台水泵并联时各自的特性曲线，与（同一根）系统特性曲线的交汇点，即为单台水泵和并联水泵各自的工作点。可见：只运行一台水泵时，流量大于两台水泵并联时的1/2、扬程小于两台水泵并联时的扬程。,例如：采用两台流量为100m3/h、扬程30m的水泵并联，如果所选水泵的流量和扬程完全适合系统特性。两台水泵并联工作时，与系统特性曲线的交汇点，应该在流量为 G2=200m3/h、扬程H2=30m的工作点。,只运行一台水泵时，该工作点流量G1会大于100m3/h、扬程H1会小于30m。这是在实际工程常可见到的运行工况。但是，不应该反过来认为，这个系统需要采用两台扬程30m、而流量大于100m3/h的水泵。,并联水泵只运行一台水泵时的工作点流量G1，会大于对应于并联运行额定扬程的流量。就也会发生如同前面所述的水泵电机过载现象。,北京市建筑设计研究院建筑设备技术措施第条：多台并联的定流量空调水和冷却水循环泵等，必要时可设置自力式流量控制阀（动态流量平衡阀）；,注：并联空调水和冷却水循环泵之间的初次平衡较易通过管路布置和管径选择等达到，但多台定流量水泵并联时，减少水泵运行台数后，如管路特性不向增加阻力的方向变化或变化较小，运行的水泵流量会增加较大，水泵电机可能超负荷，因此只有在必要时才需设置自力式流量控制阀。,3）关于变频水泵 水泵特性曲线的形状：应配置特性曲线比较“陡”的循环水泵 控制点位置：受控于末端环路供回水管压差；受控于冷（热）源出口供回水管压差；受控于水泵进出口。,控制点配置位置的影响 设某系统的循环阻力分配为：冷（热）源10m，最远供回水干管10m，末端设备（或环路）10m，循环水泵扬程30m。,1）控制点设