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  • 京郊农宅煤改电实例——空气源热泵散热器采暖

  • 来源:  发布时间:2014-09-01  浏览:1421
  • 前沿

    近二三十年来,北京郊区以简易煤炉散热器取暖的农宅日益增多,以本文介绍的住户为例,据统计,以往每冬烧煤两吨,煤费近1600元,合48.48元/m2,其热效率仅20%左右,其有害气体排放十分严重。2013年末,本村对居住房屋做了保温,2014年1月,将炉子改造为空气源热泵,实测结果表明效果良好,值得借鉴。

     

    一 示范地点

    北京市通州区张家湾镇张辛庄村

    二 示范建筑

    南向平房建筑面积33㎡,后加封闭阳台12.5㎡,单层窗,该房2013年秋改造为节能房,北、西两侧外墙370mm,加50mm保温,东墙与邻房毗邻。

    三 原采暖设备

    原采暖设备为小型热水取暖炉,采暖末端为散热器片,利用高差自然循环供热,白天烧煤或木柴供暖,副产热水,夜间压火,屋内温度下降,冷、热不均,清晨很冷,使人感觉不舒服,不利于健康。

    四 建筑与供暖系统布局

    123.jpg

    建筑面积:7.82m×5.8m=45.6㎡ 

    层高:2.7m   

    南窗面积:9.72㎡  

    南门:1m×2m有上亮     

    暖廊南窗面积:9.72㎡(有一扇涂漆、且装有厚的窗帘)

    南阳台门:1m×2m有上亮

    123.jpg

    五 供暖负荷计算与校核

    供暖负荷计算:

    设计室温16~18℃,设计室外温度-7.5℃

    见公式表。

    123.jpg 

    列热平衡方程,求南向围护结构热损失:令

    75.62(17-tx)+19882/24=70.5(tx+7.5)

    75.6×17-75.6tx+19882/24=70.5tx+799.5

    1285.2+828.4-799.5=1314.1

    2113.6-799.5=1314.1=146tx     tx=9℃

    则南向热负荷:75.6(17-19)=604.8W

    南阳台热负荷为:70.5(9+7.5)=1163W

    不含阳台的设计负荷为:

    1680.6W+393W+604.8W=2678.4W

    按室内面积折合:2678.4W/33㎡=81.6W㎡

    体积V:7.82×3×4.24=99.4m3

    外包面积:2×23.46+12.72+33=92.46㎡    

    体形系数:92.64/97.4=0.95

    体形系数过大,超过了50%节能限值(屋顶传热系数0.8W/㎡.℃)

    设计负荷的校核:

    该住宅室内装有扁管式暖气片六组,共10㎡,标准传热系数为K=3.983〖(△tρ)〗^0.23 [1],△tρ=(82.5-18)℃,由于暖气系统为热水,以自然对流循环,热源是热水炉,而压头并不大,系统中的水量较小,而温差较大,据用户说平均水温为40~45℃,所以,要对传热系数进行修正,修正后的散热器在设计工况下的散热量:

    Q=10㎡×11.13×0.78×25.5℃=2213.7W  

    与计算负荷相差不多。

    在设计工况下的耗电量见下表中的2月9日~12日,该时段的外气温平均-7.5℃,平均日耗电量33kWh左右,则设计工况下热泵的cop≌2678×24/33000=1.94。

    123.jpg

    六 测试数据分析

    本采暖装置于2014年1月14日完成,1月27日用户开始正式纪录,至2月12日,由于用户提出要修建小锅炉房,以便出租,因而,终止热泵供暖。

    兹摘录1月27日~2月6日共11天连续供暖并记录的数据,分析如下:

    该时段室外平均气温为0.343℃,接近北京地区南郊全冬季平均外气温;

    该时段室温由控制器控制水泵起停,室温始终保持在17±1℃,室内外温差为17-0.344=16.67℃。

    将设计负荷2678W下的设计室内外温差25℃与采暖季日平均温差16.67℃,按温差线性关系推算至全冬季,耗热量为2678W×(16.67/25)×120天×24时/日=1785.6×120×24=5142.788kWh。

    由表二可见,该时段空气源热泵总耗电量为240kWh,推算至全冬季为240×120=2618kWh。

    以电价0.5元/kWh计算,电费为1309元/季,合每平米建筑面积电费为:

    (1)仅按17℃室温的室内面积计算为39.66元/㎡。空气源热泵的能效比为:5142kWh/2618kWh=1.964,节电0.964/1.964=49%;

    (2)按包括阳光间的户内面积计算为1309/45=29元,热泵的COP是6815/2618=2.6,节电1.6/2.6=61.5%。   

    结论

    1、本农宅采用空气源热泵暖气系统,采用了特有技术,在最高供水温度40℃,温差3~5℃强迫循环,无辅助热的情况下,达到节电50%以上,是成功的。

    2、用户反映,此前冬季烧煤或柴时,夜间压火,清晨室内很冷,很容易感冒,用空气源热泵,最低温度16℃,舒适多了。全冬季电价1300多元是可以接受的。

    3、本农宅的建筑体形系数较大,在对外围护结构进行保温后,尚未达到1996年我国的建筑节能标准,今后,要进一步加强阳光间的顶、墙、门的保温,降低单位面积的能耗,可进一步提高能效比。

    参考文献

    [1]哈尔滨建筑工程学院等.供热工程第二版 中国建筑工业出版社 1985年12月

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