弃燃气用超低温空气源热泵 北京某14000㎡办公楼冬季采暖项目

  在“减煤换煤”的形势推动下，越来越多的燃煤锅炉被拆除，开始采用清洁能源采暖方式。其中，燃气锅炉和超低温空气源热泵被广泛应用于商用领域。和燃气锅炉相比，超低温空气源热泵采暖在运行费用上要更加节能，而且兼有制冷供暖，因此受到众多用户的青睐。

  去年10月初，北京朝阳区一高科产业园的一栋综合办公楼就弃用了燃气锅炉，改为超低温空气源热泵供暖、制冷，并对运行数据进行了采集分析。接下来，我们来详细了解这个项目。

  一、项目简介：总建筑面积14000㎡

  朝来科技园位于朝阳区北五环北侧，园区总用地面积37万余平方米，规划总建筑规模约57万平方米。本项目为朝来高科技产业园东区11号楼冷热源工程。

  项目总建筑面积约14000平米，地上7层，其中2到7层全部为办公区，1层为餐饮、超市、办公综合区;地下1层为设备层及仓库。原有冷源为位于地下室的3台螺杆式冷水机组，热源设计在12号楼地下室的燃气锅炉，由于12号楼整体出租给第三方做数据中心，燃气锅炉被弃用，11号楼的热源需另行解决。

  二、标准规范：严格遵循最新标准

  《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范》GB 50736-2012

  《公共建筑节能设计标准》GB 50189-2005

  《城镇供热管网设计规范》CJJ/34-2010

  《北京市公共建筑节能设计标准》DB11/687-2005

  《北京供热计量设计技术规程》DB11/1066-2014

  《低环境温度空气源热泵(冷水)机组-第1部分：工业或商业用及类似用途的热泵(冷水)机组》GBT-25127.1-2010

  三、设计参数：采暖室外计算温度-7.6℃

  3.1 室内计算参数

  3.2 室外计算参数

  四、负荷计算：建筑总热负荷为733.2KW

  综合《城镇供热管网设计规范》及《北京市各类建筑供暖热指标》(见表4)，选取热负荷指标为65w/㎡。

  结合《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范》5.2.7，供暖热负荷应对围护结构耗热量进行间歇附加，附加率应根据间歇使用建筑物保证室温的时间和预热时间等因素通过计算确定：仅白天使用的建筑物，间歇附加率可取20%;对不经常使用的建筑物，间歇附加率可取30%。该项目仅白天使用，取间歇附加率为20%。

  据以上得出设计热指标q为：

  65×(1+20)%=78 (w/㎡)。

  供暖面积F的确定：本项目总建筑面积约14000平米，由于地下室及各楼层楼梯间、电梯间、前厅、卫生间等诸多区域不供暖，实际控温面积约为9400㎡(见图1)。

  图1：该栋建筑建模

  建筑总热负荷的确定：

  Q=q×F=78×9400=733.2(kw)。

  该项目还尝试通过软件计算建筑热负荷，下图为12月份和1月份总负荷曲线图，从图中可以看出，总热负荷最高不超过700KW，和实际计算差距不大。

  图2：软件计算12月份总负荷曲线图

  图3：软件计算1月份总负荷曲线图

  五、主机选型

  该项目选用名义制热量为72kw的模块热泵机组;查该产品样本变工况性能曲线，机组在-8℃制热量修正系数为0.86;-8℃工况为结霜运行区，制热量修正系数为0.9。

  则-8℃工况机组实际制热量为：

  72×0.86×0.9=55.7(kw);

  总热负荷733.2kw;单机制热量55.7kw，则主机数量为：

  733.2÷55.7=13.2(台)，取整，应为13台;

  根据软件计算结果，热负荷取700kw即可，则主机数量为700÷55.7=12.5(台)，取整，应为13台，与该算法计算出来的结果接近;

  考虑到本项目为办公楼，夜间及节假日不供暖，实际需要保证温度的时间是从上午9点开始，已经避过了早上5点、6点、7点一天中温度最低阶段，9点后热泵出力有所增加，加上热惰性的存在，主机数量可以略少，即12台即可。

  六、运行能耗分析：主机COP高达3.27

  该项目通过远程监控系统监控机群运行状态，包括运行模式、单机状态、关键参数、室内温控等，并采集了采暖季能耗数据，进行了能效分析，如下图：

  通过表5和表6可以看出，在12月中旬室外温度接近-10℃的工况下，整个系统(9400㎡)每天的耗电量平均值为1467度，其中主机耗电量为1233度，水泵耗电量233度;整个系统能耗平均值为2.75，主机能效比为3.27(全时段平均COP，非—10℃瞬时能效)。