地恩公司业务丛书.docx
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1、供热供冷篇目录第一章 供热供冷方式的选择一、常见的集中供热供冷方式(完善)二、各种供热供冷方式介绍(完善)第二章 各种供热供冷方式的经济性比较(重新整理)第三章 供热供冷系统在设计阶段应注意的问题一、学校类建筑冷热负荷的设计标准(完善)二、地源热泵机房设备配置注意问题(增加)三、地埋管系统设计前需要进行哪些工作(完善)四、地埋管系统设计时重点工作(增加)五、学校类建筑地埋管数量和型式的设计计算(完善)六、学校类建筑设计时需要注意的事项(完善)第四章 学校类建筑在施工阶段应注意的问题一、室内安装应注意的问题(完善)二、地埋管系统施工过程中应注意的问题(完善)三、室外管网施工过程中应注意的问题(完
2、善)四、机房安装过程中应注意的问题(完善)五、系统定压补水安装过程中应注意的问题(增加)第五章 学校类建筑供热供冷系统运行维护常见问题与解决方式一、系统运行节能分析及处理办法二、地源热泵机组常见的问题及处理办法三、供热供冷水系统常见的问题及处理办法(增加)四、室内供热供冷效果差的问题及处理办法(增加)五、室内水系统冷凝水的问题及处理办法(增加) 第一章 供热供冷方式的选择由于我国南北纬度跨度较大,各个地区对于供热和供冷的需求不同。东北地区学校主要以供暖为主,南方地区学校主要以供冷为主。供热供冷方式的选择以华北地区为例进行分析。华北地区学校对供热和供冷的需求同等重要。因此根据当地自身条件,因地制
3、宜选择合适的供热供冷方式。系统方案选择应坚持绿色环保、循环可再生、可持续的能源综合利用形式,满足供热供冷的需求,降低系统能耗,减少环境污染、节省系统运行费用。一、常见的集中供热供冷方式目前市场应用较多的供热供冷方式主要有:市政热力管网+冷水机组、燃气锅炉+冷水机组、生物质锅炉+冷水机组、地源热泵、风源热泵、深层地热能利用、VRV多联机。其中地源热泵系统主要包括埋管式热泵系统、井水源热泵系统、地表水源热泵系统、海水源热泵系统,在北方地区常用的主要是埋管式热泵系统、井水源热泵系统。而地表水源热泵系统、海水源热泵系统在北方地区受室外环境温度影响比较大,尤其是冬季,因此市场应用受到一定限制。深层地热能
4、利用在地热资源丰富的地区具有较大的供暖优势,尤其是结合热泵技术进行能源梯级利用,供暖效益显著。传统的燃煤锅炉、燃油锅炉等冬季供热设备设施随着国家节能减排力度的不断加大,燃油价格的升高,已逐步退出市场应用。另外随着能源区域化应用的发展,分布式能源供应成为传统能源的重要补充方式之一,由此燃气三联供系统(发电、供暖、制冷)也会成为未来能源综合利用的一种重要方式。二、各种供热供冷方式介绍1、传统能源供热供冷方式市政热力管网+冷水机组供热供冷系统。该系统应用较早,技术成熟,且运行稳定,建设初投资低、室外面积占用较少、施工难度低,运行费用主要受燃煤价格和电价的影响。其冬季采暖运行受热力公司制约较大,供热灵
5、活性差。2、清洁能源供热供冷方式燃气锅炉+冷水机组供热供冷系统。该系统应用较早,技术成熟,且运行稳定,建设初投资低,运行费用主要受燃气价格和电价的影响。因燃气属于清洁能源,另随着燃气锅炉效率的提高,燃气锅炉供热系统在燃气较充足的地区应用较为广泛。生物质锅炉+冷水机组供热供冷系统。生物质能属于清洁能源,生物质成型燃料锅炉供热指的是由农林生物质原料像农作物秸秆、林业剩余物等,经物理压制形成的棒状、块状、颗粒状燃料,在生物质专用锅炉里燃烧,产生清洁热力,用于工业及民用供热,是替代燃煤锅炉供热的重要方式。生物质锅炉的发展主要受到燃料供应和燃料价格的影响,也缺乏相应的政策引导和支持,目前市场推广应用较慢
6、也是受到以上因素的影响。3、可再生能源供热供冷方式可再生能源是指在自然界中可以不断再生、永续利用的能源,具有取之不尽,用之不竭的特点,主要包括太阳能、风能、水能、生物质能、地热能和海洋能等。其中风能、地热能等低品位能源不能直接利用,而是通过热泵技术来将能量进行提升,进而实现为建筑物供热供冷的目的。3.1水(地)源热泵系统水(地)源热泵是利用浅层地能进行供热制冷的新能源利用技术,也是热泵的一种,利用卡诺循环和逆卡诺循环原理转移冷量和热量的设备。(水)地源热泵利用地下水或土壤巨大的蓄热蓄冷能力,冬季把热量从地下水或土壤中转移到建筑物内,夏季再把地下的冷量转移到建筑物内,一个年度形成一个冷热循环。地
7、下水源热泵系统原理图埋管式地源热泵系统原理图水(地)源热泵的特点主要体现在以下几方面:(1)环境保护从水(地)源热泵的整个运行原理来看,水(地)源热泵系统实际是真正意义的绿色环保空调,不管是冬季还是夏季的运行,都不会对建筑外大气环境造成不良影响。(2)运行效率对于普通中央空调系统,不管是采用风冷热泵机组还是采用冷却塔的冷水机组,无一例外的要受外界天气条件的限制,即空调区越需要供冷或供热时,主机的供冷量或供热量就越不足,即运行效率下降。而水(地)源热泵机组与外界的换热是通过大地,而大地的温度很稳定,在运行过程中地温变化幅度小,对效率的影响较小。(3)经济方面水(地)源热泵系统还可以集采暖、空调制
8、冷和提供生活热水于一体。一套热泵系统可以替换原有的供热锅炉、制冷空调和生活热水加热的三套装置或系统,从而减少使用成本,十分经济。(4)主机设置位置对于普通中央空调系统,若设置风冷热泵机组进行冷热空调,则风冷热泵主机的设置要么设置于屋顶,要么设置于地面,这对场地使用提出更高的要求。而水(地)源热泵主机可以设置在建筑物的任何位置,而不受考虑位置设置的限制。(5)无需除霜浅层水或土壤温度一年四季相对保持恒定,冬季也能保持在1015,埋地换热器不会结霜,可节省因结霜、除霜而消耗的能量。水(地)源热泵系统开发利用存在的问题(1)地下水源热泵系统需要抽取地下水,且回灌困难,由此容易造成地下水资源的大量浪费
9、,引起地下水位的下降,影响日常生活和生产,因此水源热泵的应用应根据当地下水的类型、丰富程度、可回灌程度,因地制宜,合理的开发利用,避免盲目应用。(2)地源热泵系统,主要是指埋管式地源热泵,其不利用地下水,也不消耗地下水,其应用受到广泛推广,但系统复杂,施工周期相对较长,投资较高,在一定程度上受到限制,且其应用区域是由冷热需求的区域,以保持地下温度场的平衡,否则容易造成土壤温度失衡,引起系统效率降低,甚至无法运行。3.2复合地源热泵系统以埋管式地源热泵系统满足建筑物冬季供热,夏季供冷不足部分通过冷却塔调峰实现。此复合系统主要是针对地埋管换热器相差较大时采用辅助散热(增加冷却塔)或辅助供热的方式来
10、解决,一方面经济性好,同时,也可避免因吸热与释热不平衡引起岩土体问题的降低或升高。根据地源热泵系统工程技术规范GB50366-2005(2009版),4.3.3条规定:地埋管换热器换热量应满足地源热泵系统最大吸热量或释热量的要求。在技术经济合理时,可采用辅助热源或冷却源与地埋管换热器并用的调峰形式。地源热泵与冷却塔联合供热供冷系统原理图3.3空气源热泵系统热泵作为一种节能技术受到了世界各国的普遍重视,而空气源热泵可从环境大气中吸取丰富的低品位能量,使用方便,安装费用较低,因此空气源热泵成为热泵诸多型式中应用最为广泛的一种。2015年11月,空气源被正式纳入可再生能源范畴,各地相续出台各种空气源
11、利用政策,尤其以北京、天津、河北为多,并具体推广“煤改电”项目,以空气源热泵代替传统的高污染采暖形式。常规空气源热泵的应用范围受到气候条件的约束,随着室外温度的降低,用户的需热量不断增加。当室外气温很低时,空气源热泵的制热量不能满足用户采暖要求。同时,随着压缩机压力比的增加,其COP急剧下降,排气温度迅速升高,从而导致压缩机不能正常运行甚至损坏。当室外环境温度低、湿度大时,翅片换热器结霜,严重时无法运行,制热效果无法保证。基于空气源热泵在冬季采暖过程中存在的问题,近几年随着热泵技术和压缩机技术的不断发展,出现了以喷气增焓技术为代表的准二级压缩低温空气源热泵采暖技术。相比于普通空气源热泵技术,由
12、于蒸发温度过低,引起蒸发量较少,导致压缩机回气量少,从而影响冷凝放热。超低温热泵增加了一条连通压缩机的喷射增焓支路,当压缩机回气不够时,喷射增焓支路会给压缩机补气,这样冷凝器的放热量就会提高,因此在极低的温度下仍能正常制热。普通空气源热泵环境温度低于5后,机组能效开始衰减,在环境温度-5下几乎都不能使用;低温空气源热泵机组确可以在-25的低温环境下正常制热,此时的能效衰减至2.0以下(厂家资料)。喷气增焓低温运行技术原理图综述,低温空气源热泵机组相比普通空气源机组来说,在低温环境工况下可以启动运行制热,但其能效比衰减严重;在空气相对湿度较大时,机组换热翅片结霜,影响机组制热,这是空气源热泵存在
13、的无法回避的难题,因此在系统配置时只有通过增加负荷配置的办法来解决其衰减的问题,从而也加大了系统的初投资。3.4深层地热能梯级利用目前国内应用深层地热供热的案例较多,分为深层地热直接供热利用和深层地热热泵能源梯级利用。深层地热直接供热利用能源浪费较大,且尾水回灌困难,水资源浪费严重。深层地热热泵能源梯级利用可将地热能得到最大限度的利用,尾水排放最低温度可达5,但尾水回灌同样存在回灌难的问题,目前国内类似项目地热尾水回灌实施难度较大。地热能梯级利用示意图4、分布式能源供热供冷方式分布式能源系统(Distributed Energy System)在许多国家、地区已经是一种成熟的能源综合利用技术,
14、它以靠近用户、梯级利用、一次能源利用效率高、环境友好、能源供应安全可靠等特点,受到各国政府、企业界的广泛关注、青睐。分布式能源系统有多种形式,区域性或建筑群或独立的大中型建筑的冷热电三联供是其中一种十分重要的方式。燃气冷热电三联供系统是一种建立在能量的梯级利用概念基础上,以天然气为一次能源,产生热、电、冷的联产联供系统。它以天然气为燃料,利用小型燃气轮机、燃气内燃机等设备将天然气燃烧后获得的高品位热能首先用于发电,然后利用低品位余热在冬季供暖,在夏季通过驱动吸收式制冷机供冷,提高系统的总能效率到80%左右,大量节省了一次能源。燃气三联供技术流程图分布式能源的重要意义有以下几方面:(1)经济性。
15、由于分布式能源可用发电的余热来制热、制冷,因此能源得以合理的梯级利用,从而可提高能源的利用效率(达70%.90%)。由于分布式电源的并网,减少或缓建了大型发电厂和高压输电网,缓建了电网而节约投资。(2)环保性。因其采用天然气做燃料或以太阳能、风能为能源,故可减少有害物的排放总量,减轻环保的压力,大量的就近供电减少了大容量远距离高电压输电线的建设,由此不但减少了高压输电线的电磁污染,也减少了高压输电线的征地面积和线路走廊,减少了对线路下树本的砍伐,有利于环保。(3)调峰作用。夏季和冬季往往是负荷的高峰时期,此时如采用以天然气为燃料的燃气轮机等冷、热、电三联供系统,不但可解决夏季的供冷与冬季的供热
16、需要,同时也提供了一部分电力,由此可对电网起到削峰填谷作用。此外,也部分解决了天然气供应时的峰谷差过大问题,发挥了天然气与电力的互补作用。(4)安全性和可靠性。当大电网出现大面积停电事故时,具有特殊设计的分布式发电系统仍能保持正常运行,由此可提高供电的安全性和可靠性。燃气冷热电三联供能源系统合理的利用了天然气,优化了能源消费结构,实现能源的梯级利用,改善了大气污染。因此,在我国大力发展燃气冷热电三联供能源系统,为实现我国降低能源消耗,减少环境污染,加强能源安全,优化能源结构起到积极的作用。第二章 各种供热供冷方式的经济性比较一、供热供冷初始投资供热供冷系统投资概算表初始投资集中供热冷水机组燃气
17、锅炉冷水机组生物质锅炉冷水机组水源热泵土壤源热泵风源热泵开口费30元/00000机房设备投资40元/45元/45元/48元/50元/75元/机房安装费8元/40元/40元/8元/8元/6元/室外冷热源0 0046元/85元/0合计78元/85元/85元/102元/143元/81元/二、各种能源系统运行费用对比供热供冷运行费用对比表运行费用集中供热冷水机组燃气锅炉冷水机组生物质锅炉冷水机组水源热泵土壤源热泵风源热泵供热费用23元/26元/11元/10元/12元/18元/供冷费用8元/8元/8元/5元/6元/10元/合计313419151828第三章 供热供冷系统在设计阶段应注意的问题由于各种供热
18、供冷方式不同,机房设备配置选取不尽相同,以较为复杂的埋管式地源热泵系统为例进行分析。由于学校学生学习和作息时间比较规律,在配置设备时,充分考虑系统教学区和生活区的同时使用率,一般取70%80%,由此可保证机组的高效使用,避免设备闲置浪费,同时可降低初投资。一、学校类建筑冷热负荷的设计标准根据学校类建筑特有的特点,每年最冷和最热的阶段学校都在放假期间,因此在进行冷热负荷配置的时候,不必按最不利条件进行设备选型,夏季冷负荷一般按80-90W/,冬季一般按50-65W/进行配置。二、地源热泵机房设备配置注意问题1、热泵机组台数和单机制冷量(制热量)选择,应满足空气调节变化规律及部分负荷运行的调节要求
19、,一般不宜少于两台;当小型工程仅设置一台时,应选调节性能优良的机型。2、选择电动压缩式机组时,其制冷剂必须符合国家现行有关环保的规定,应选用环境友好的制冷剂。3、热泵机组机型选择时,宜按制冷量范围,经过性价比综合比较确定,一般单机名义工况制冷量116kw时,采用涡旋式热泵机组,制冷量116kw1054kw,采用螺杆式热泵机组,制冷量1054kw1758kw,采用螺杆式或离心式热泵机组,制冷量1758kw时,采用离心式热泵机组。4、压缩机电动机供电方式应符合下列要求,单台电动机的额定输入功率大于1200kw时,应采用中(高)压供电方式,单台电动机的额定输入功率大于900kw而小于或等于1200k
20、w时,宜采用中(高)压供电方式,单台电动机的额定输入功率大于650kw而小于或等于900kw时,可采用中(高)压供电方式,5、循环水泵选型原则。在实际工作中,我们在进行水泵选型时,应同时满足实用性和经济性两方面的要求。首先在选择水泵类型时,应弄清楚被输送液体的性质,以便选择不同类型的水泵。其次水泵主要分为离心式、混流式、轴流式等,按工作类型分为变流变压、恒压变流、恒流变压三种。泵的结构形式应根据扬程、流量以及效率来选定。最后根据系统所需要的最大流量和最大扬程分别加10%20%的安全裕量,以保证运行的稳定性和经济性。6、地埋侧循环水泵选择。地埋侧循环水泵流量选择应满足规范规定的单U型管流速不低于
21、0.6m/s的要求,双U型管流速不低于0.4m/s的要求,多台水泵并联运行时,应适当考虑并联运行损失系数。循环泵扬程选择应满足地埋管系统最不利环路的阻力要求。三、地埋管系统设计前需要进行哪些工作1、岩土热响应试验。为保证地埋管系统设计的准确性和合理性,地埋管系统在进行设计前,需要对当地土壤的换热能力进行测试,找专业的机构进行土壤的热响应试验,根据试验结果得出本地土壤的实际换热能力。为地埋管设计提供数据支撑。2、当地埋管地源热泵系统的应用建筑面积在5000以上时应进行岩土热响应试验,测试孔数量1个,当应用建筑面积在10000以上时,测试孔数量不低于2个。3、岩土热响应试验应在测试孔完成并放置至少
22、48h以后进行。4、岩土热响应试验测试孔流速不低于0.2m/s。四、地埋管系统设计时重点工作1、要确定合理的岩土换热能力,保持地埋管长期稳定运行。地埋管换热能力通过岩土热响应试验确定,但在设计时应充分考虑系统的运行份额,即系统开机与停机的比例,保证地埋管长期运行换热能力的稳定性。2、要从设计上尽量保证地下温度场的取排热量的平衡。地埋管换热器换热量应满足地源热泵系统最大吸热量或释热量的要求。在技术经济合理时,可采用辅助热源或冷却源与地埋管换热器并用的调峰形式,一方面经济性好,同时可避免吸热与释热不平衡引起岩土体温度的降低或升高。3、要确保地埋管换热器的水力平衡,保持地埋管换热器高效的换热能力。设
23、计时必须满足地埋管换热器流量设计要求,同时一个子环路连接应采用同程式,子环路间主管路连接尽量采用同程式。4、集水器回水总管应设具有流量检测功能的平衡阀。以末级分、集水器为界,“上游”管道系统宜采用金属材质管道,“下游”管道系统应采用塑料材质管道。但对于地层有腐蚀性或盐碱地区的地埋管主管道宜采用塑料材质。5、对于地埋管数量较多的系统,地埋管宜多环路进机房分集水器,以便于后期运行管理。五、学校类建筑地埋管数量和型式的设计计算1、地埋管配置。一般建筑物的冷负荷要大于热负荷,因此在地埋侧能源井设计时,应进行建筑物动态负荷分析,通过模拟至少一年的地埋管换热分析,地埋管换热器设计长度应满足最大取热量或释热
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