設(shè)計(jì)院高工教你嚴(yán)謹(jǐn)計(jì)算建筑熱負(fù)荷及空氣源熱泵主機(jī)選型

  對(duì)于熱泵主機(jī)選型，絕大部分人都是憑經(jīng)驗(yàn)，或者通過(guò)簡(jiǎn)單的估算。這樣做其實(shí)有很大的運(yùn)氣成分，一不小心就可能滿(mǎn)盤(pán)皆輸。熱泵商學(xué)院金牌講師安建新老師說(shuō)，對(duì)做工程的經(jīng)銷(xiāo)商來(lái)說(shuō)，經(jīng)驗(yàn)固然重要，但也要有一定的專(zhuān)業(yè)知識(shí)積累。接下來(lái)，我們來(lái)聽(tīng)聽(tīng)安老師是如何教大家選主機(jī)的。

  如何計(jì)算基本耗熱量

  在進(jìn)行鍋爐改造、廠房改造都需要進(jìn)行設(shè)備選型。大家都是怎么選主機(jī)的?我想用的最多的應(yīng)該是熱指標(biāo)法，就是用熱指標(biāo)乘以面積得到需要的熱負(fù)荷，然后根據(jù)熱負(fù)荷選主機(jī)。

  這種方法用的很廣，今天我還要講一個(gè)簡(jiǎn)單計(jì)算方法。即：

  基本耗熱量=傳熱系數(shù)*傳熱面積*室內(nèi)外溫差

  大家不要見(jiàn)到公式就發(fā)懵，其實(shí)很簡(jiǎn)單。比如說(shuō)你算窗戶(hù)的耗熱量，就用窗戶(hù)的傳熱系數(shù)乘以窗戶(hù)的面積，再乘以室內(nèi)外溫差。同理，如果是外墻，就用墻體的傳熱系數(shù)，乘以外墻面積，再乘以溫差。同樣也可以算出屋頂?shù)暮臒崃�。也就是說(shuō)，你要計(jì)算哪一部分的耗熱量，就用哪一部分的傳熱系數(shù)乘以面積再乘以溫差就可以了。

  表1：常用維護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱系數(shù)K(W/㎡·℃)

  注：表中磚指實(shí)心粘土磚

  表1就是一些常用的傳熱系數(shù)數(shù)據(jù)，比如說(shuō)外磚墻，一磚也就是我們說(shuō)的24墻，傳熱系數(shù)是2.08，而一磚半就是37墻，傳熱系數(shù)是1.56。從傳熱系數(shù)，我們就可以很清楚地看出24墻和37墻的耗熱量上的差別有多大。一些常用的圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱系數(shù)，比如說(shuō)外墻、中空玻璃等等，我們查了一次后可以記下來(lái)，下次要用到的時(shí)候就可以很方便、快捷地計(jì)算。

  以北京某辦公室為例教你計(jì)算

  下面我們看一個(gè)例題：

  例：北京某辦公室只有一面370外墻和一面雙層玻璃的外窗。房間開(kāi)間4米，進(jìn)深5米，層高4米。窗戶(hù)寬2米，高2米。用以上兩種方法試求采暖熱負(fù)荷。

  我們可以從傳熱系數(shù)表查到37墻傳熱系數(shù)是1.56，雙層中空玻璃的傳熱系數(shù)這里按斷橋鋁材質(zhì)取2.4(材質(zhì)不同區(qū)別很大，比如說(shuō)塑鋼的、斷橋鋁的、玻璃材質(zhì)的等)。房間的面積是4米*5米=20平米;窗戶(hù)的面積是2米*2米=4平米;外墻的面積是4米*4米=16平米，再減去窗戶(hù)的面積，就是12平米。北京的室外溫度參數(shù)是-7.6℃(查自《民用建筑供暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50736-2012)，室內(nèi)溫度取20℃，室內(nèi)外溫差為27.6℃。

  把這些數(shù)據(jù)代入公式，可知：

  外窗耗熱量=2.4*4*27.6=265W

  外墻耗熱量=1.56*12*27.6=517W

  基本耗熱量=265+517=782W

  這里要指出一下，這樣算的基本耗熱量是不包括冷風(fēng)耗熱量的，我們?cè)谌∝?fù)荷值時(shí)，還要計(jì)算冷風(fēng)耗熱量，一般按基本耗熱量的30%計(jì)算，這是簡(jiǎn)易的算法。這樣我們就可以得出：

  房間的熱負(fù)荷=基本耗熱量×1.3=783*1.3=1017W

  因?yàn)槲覀兪怯?jì)算主機(jī)選型，只需計(jì)算外圍護(hù)的耗熱量，內(nèi)墻部分，由于是緊挨著的，不需計(jì)算。另外，要注意的是，這里計(jì)算是按連續(xù)24小時(shí)采暖來(lái)計(jì)算的，如果是間歇性采暖，則需要進(jìn)行折算。方法為：24小時(shí)×連續(xù)熱負(fù)荷/供暖小時(shí)數(shù)。

  還是以剛才的例子來(lái)說(shuō)明。北京20平米的房間，計(jì)算出來(lái)的熱負(fù)荷是1017W，這是24小時(shí)連續(xù)供暖的負(fù)荷，如果只是白天12小時(shí)供暖，則負(fù)荷就不夠了，這時(shí)候需要除以供暖時(shí)長(zhǎng)，即：24*1017/12=2034W。

  還要注意的是，我們?cè)谟?jì)算時(shí)忽略了一些修正參數(shù)，比如說(shuō)房間的朝向修正、風(fēng)力附加修正等等。

  剛才我們算的是一個(gè)標(biāo)間，就一面外墻和窗戶(hù)，如果是一棟樓呢?如下圖：

  兩個(gè)外門(mén)，我們把它簡(jiǎn)化成窗戶(hù)，那是不是就是36個(gè)標(biāo)間?我們只要算出一個(gè)標(biāo)間的熱負(fù)荷，再乘以數(shù)量，是不是這面墻的熱負(fù)荷就算出來(lái)了?當(dāng)然，我們也可以按整面墻的面積減去所有窗戶(hù)面積，像前面計(jì)算的那樣代入到公式，也是可以的，計(jì)算出來(lái)的結(jié)果是一樣的。這一面算出來(lái)了，另外幾面也可以算出來(lái)，把各個(gè)面的熱負(fù)荷加起來(lái)，就是這棟樓的總熱負(fù)荷。

  我們剛才用的就是簡(jiǎn)單計(jì)算的方法，接下來(lái)我們用大家經(jīng)常用的估算方法來(lái)算下，即：熱負(fù)荷=面積*熱指標(biāo)。

  還是以北京20平米的房間為例，熱指標(biāo)按煤改電政府要求的80W/㎡，則：熱負(fù)荷=80*20=1600W

  從計(jì)算結(jié)果可以看出，這種估算的方式和之前計(jì)算出來(lái)的1017W(煤改電農(nóng)戶(hù)都是連續(xù)供暖，因此這里也以連續(xù)供暖數(shù)據(jù)來(lái)對(duì)比)結(jié)果還是有很大的差別的。一個(gè)20平的小房間都是如此，大型供暖項(xiàng)目就差的更離譜了。

  影響熱負(fù)荷的因素有哪些?

  從上面的計(jì)算的公式，我們也可以得出影響采暖熱負(fù)荷的一些因素，跟建筑的圍護(hù)結(jié)構(gòu)、所在地區(qū)、建筑用途、體量等有很大關(guān)系。

  舉個(gè)例子，同樣用途的建筑，圍護(hù)結(jié)構(gòu)等基本情況都差不多，分別位于北京和合肥，在計(jì)算時(shí)室外溫度采暖計(jì)算參數(shù)就有很大區(qū)別，北京是—7.6℃，合肥是—1.7℃，差不多相差6℃，在室內(nèi)溫度要求相同的情況下，溫差就有6℃的區(qū)別，計(jì)算出來(lái)的熱負(fù)荷，合肥差不多只有北京的30%。這個(gè)是工程所在地不同，不同氣溫的差異。

  此外，不同體量，也就是建筑物的面積、層數(shù)、高度等不同，能耗也是不一樣的，出入可能很大。比如說(shuō)，一個(gè)小區(qū)，有6層，也有20層的，一般來(lái)說(shuō)，20層的熱指標(biāo)要比6層的要小一點(diǎn)。

  即使是同一個(gè)建筑，不同的使用功能也可能相差很多。比如某個(gè)商業(yè)綜合體，燒烤餐廳冷指標(biāo)可能在300W/㎡，而商用辦公區(qū)域可能只要100W/㎡就夠了，相差達(dá)到了3倍。

  不同的建筑用途，一般來(lái)說(shuō)，同年代的建筑、公共建筑，比如說(shuō)辦公樓、寫(xiě)字樓，熱負(fù)荷要比居住建筑大一些。比如說(shuō)，辦公樓熱指標(biāo)可能在50W/㎡，但居住建筑可能只要30W/㎡左右。

  上面這些都是影響熱負(fù)荷的一些因素，用途、外保溫情況、當(dāng)?shù)厥彝鈿鉁�、建筑面積、層高等等。另外，間歇采暖也對(duì)熱指標(biāo)有影響。

  熱指標(biāo)的出處是《城鎮(zhèn)供熱管網(wǎng)設(shè)計(jì)規(guī)范》CJJ34—2010，最初用來(lái)計(jì)算管網(wǎng)還有熱源。要注意的是，這本規(guī)范是應(yīng)用在城鎮(zhèn)集中供熱的，而且是適用于“三北地區(qū)”，即東北、西北、華北這三個(gè)地區(qū)，并不是所有地區(qū)都合適。它的特點(diǎn)是連續(xù)供暖，24小時(shí)不間斷供暖，而熱泵改造項(xiàng)目常常不具備這些條件，像辦公樓、學(xué)校、工廠等，很多都是間歇供暖，這個(gè)是需要進(jìn)行折算的。

表3：各類(lèi)建筑類(lèi)型采暖熱指標(biāo)推薦值

         表3就是《城鎮(zhèn)供熱管網(wǎng)設(shè)計(jì)規(guī)范》CJJ34—2010給出的熱指標(biāo)，這是連續(xù)供暖時(shí)的熱指標(biāo)。從這個(gè)表也可以得出一些結(jié)論：非節(jié)能建筑熱指標(biāo)要高于節(jié)能節(jié)能，公共建筑熱指標(biāo)要高于居住建筑。像學(xué)校、辦公樓、醫(yī)院、旅館、商店等，這些場(chǎng)所的熱指標(biāo)要大一些，而食堂、展館、大禮堂之類(lèi)的，很多都是單層建筑，熱指標(biāo)要更高。

  間歇采暖的，因此在計(jì)算負(fù)荷的時(shí)候，要根據(jù)供暖小時(shí)數(shù)進(jìn)行折算：

  間歇熱指標(biāo)：24小時(shí)*連續(xù)供熱指標(biāo)/供暖小時(shí)數(shù)

         表4：各類(lèi)建筑類(lèi)型連續(xù)供暖、間歇供暖熱指標(biāo)推薦值

       表4就是根據(jù)之前的熱指標(biāo)數(shù)據(jù)，在間歇供暖12小時(shí)、18小時(shí)時(shí)的熱指標(biāo)。我們看到，間歇供暖的時(shí)候，根據(jù)實(shí)際供暖的時(shí)長(zhǎng)的不同，供暖熱指標(biāo)也是不同的。當(dāng)然，不管是《城鎮(zhèn)供熱管網(wǎng)設(shè)計(jì)規(guī)范》CJJ34—2010給出來(lái)的熱指標(biāo)，還是折算出來(lái)的，都只是一個(gè)參考的數(shù)據(jù)，只要知道熱指標(biāo)的出處，還有間歇供暖的折算，另外還有不同建筑、功能等情況下熱指標(biāo)有大有小，在我們做工程主機(jī)選型有很大幫助，多了解這些東西，可以讓我們少走很多彎路。

  主機(jī)選型要注意溫度和融霜修正

  下面說(shuō)一下主機(jī)選型。

  原來(lái)制熱功率是多少千瓦的鍋爐，等量換成制熱量是多少千瓦的熱泵，這里面要注意兩個(gè)修正，千萬(wàn)不要用主機(jī)的額定制熱量去選機(jī)組。比如說(shuō)，項(xiàng)目在合肥和北京，室外溫度是不一樣，而主機(jī)的額定制熱量是相同的，如果不做修正的話(huà)肯定不合適。

  空氣源熱泵機(jī)組的冬季制熱量會(huì)受到室外空氣溫度、濕度和機(jī)組本身的融霜性能的影響，在設(shè)計(jì)工況下的制熱量通常采用下面公式計(jì)算：

  Q=q*k1*K2

  式中：Q——機(jī)組設(shè)計(jì)工況下的制熱量，KW;q——產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)工況下的制熱量(標(biāo)準(zhǔn)工況：室外空氣干球溫度7℃，濕球溫度6℃)，KW;K1——使用點(diǎn)取室外空調(diào)計(jì)算干球濕度修正系數(shù)，按產(chǎn)品樣本選取;K2——機(jī)組融霜修正系數(shù)，應(yīng)根據(jù)生產(chǎn)廠家提供的數(shù)據(jù)修正，當(dāng)無(wú)數(shù)據(jù)時(shí)，可按每小時(shí)融霜一次去0.9，兩次取0.8。

  請(qǐng)注意：

  《暖規(guī)》所述空氣源熱泵標(biāo)準(zhǔn)工況(標(biāo)準(zhǔn)工況：室外空氣干球溫度7℃，濕球溫度6℃)實(shí)際上是目前我們所稱(chēng)的“常溫空氣源熱泵”，或者說(shuō)更接近我們說(shuō)的“風(fēng)冷熱泵”。當(dāng)我們選擇低溫?zé)岜玫臅r(shí)候，其名義工況應(yīng)為：室外空氣干球溫度-12℃，濕球溫度-14℃(依據(jù)：GBT25127.2-2010低環(huán)境溫度空氣源熱泵(冷水)機(jī)組第2部分：戶(hù)用及類(lèi)似用途的熱泵(冷水)機(jī)組)。

  無(wú)論是常規(guī)空氣源熱泵還是低溫空氣源熱泵，我們應(yīng)注意其樣本額定參數(shù)的的標(biāo)準(zhǔn)工況或名義工況，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行修正

         表5：某品牌70KW主機(jī)在其它工況下性能一覽

  有的廠家樣本比較好，給出了室外不同溫度下的實(shí)際制熱量，我們可以直接查樣本。比如說(shuō)表5，供水溫度是55℃，額定制熱量是70KW，而項(xiàng)目當(dāng)?shù)貙?shí)際工況是—10℃，那么我們就可以直接查樣本—10℃環(huán)境溫度下機(jī)組的制熱量，即46.24KW。如果樣本查不到，也可以向廠家進(jìn)行咨詢(xún)，這樣是最準(zhǔn)確的。

  這里說(shuō)的是基本耗熱量，忽略了一些修正的耗熱量，比如說(shuō)冷風(fēng)附加率、風(fēng)力附加率、層高附加率、朝向附加率等。