摘 要：有業內人士稱目前我國北方還有至少7000萬平方米的空氣源熱泵需求，而南方地區需求潛力更大，采暖市場空間廣闊，空氣源熱泵將成為一種重要的采暖方式。除了居民分戶采暖和集中采暖市場外，農業種植和養殖業采暖也是一個很大的市場。該項目為山西高平市森泰牧業有限責任公司養雞場采暖項目，冬季采用地暖盤管采暖，采暖熱源由空氣源熱泵采暖機組提供45℃/40℃低溫熱水，在各分區養殖廠房內由分水器輸送到各采暖區塊。

　　關鍵詞：空氣源熱泵;地面輻射采暖;低溫熱水;采暖方式

　　1.工程概況

　　建設單位：山西省高平市森泰牧業有限責任公司

　　工程名稱：森泰牧業養殖場廠房冬季地面采暖

　　項目地點：山西省高平市

　　項目現狀：采用燃煤送熱風進養殖場廠房，既不環保又不節能

　　該項目總建筑為面積4000m2畜牧家禽養殖場，分四個養殖區域廠房，位于山西省高平市。響應國家保護環境的煤改電號召，對本養殖場進行環保節能的升級改造，畜牧家禽養殖場擬采用低溫熱水地板輻射采暖系統。

　　冬季采用地暖盤管采暖，采暖熱源由空氣源熱泵采暖機組提供45℃/40℃低溫熱水，在各分區養殖廠房內由分水器輸送到各采暖區塊，使每個畜牧家禽養殖場達到預期設定的溫度，提供清潔、衛生、節能的養殖環境而提高產能。

　　2.設計參數

　　高平市位于高平位于山西省東南部，澤州盆地北端，太行山西南邊緣，東經112°40’——113°10’、北緯35°40’——36°0’。空氣源熱泵機組設計根據當地氣候、環境和建筑進行計算后，對畜牧家禽養殖場的廠房或空間內的溫度、濕度、潔凈度和空氣流動速度等進行調節與控制，從而為牧家禽養殖場創造安全環保、舒適又節能的環境。

　　查《民用建筑供暖通風與空氣調節設計規范》GB50736-2012氣象參數，山西省高平市采暖與采暖設計室外計算參數如下：

　　2.1室外計算參數

　　表1：室外計算參數

　　2.2室內計算參數

　　據《全國民用建筑工程設計技術措施-暖通空調·動力》2009JSCS-4 全國民用建筑工程設計技術措施表1.2.1得冬季采暖室內設計參數，為此本次計算都是人性化的對待冬季采暖對象。

　　表2：長期逗留區域空氣調節室內計算參數

　　3.設計依據

　　《民用建筑供暖通風與空氣調節設計規范》GB50736-2012

　　《全國民用建筑工程設計技術措施-暖通空調?動力》2009JSCS-4

　　《采暖通風與空氣調節設計規范》GB50019—2003

　　《輻射供暖供冷技術規程》JGJ 142-2012

　　《公共建筑節能設計標準》GB50189-2005

　　《熱泵熱水系統選用與安裝》06SS127

　　4.負荷計算

　　4.1熱負荷的計算

　　圍護結構的基本耗熱量采用的是基于日平均溫差的穩態計算法。

　　冬季建筑熱負荷包括兩項：建筑圍護結構的耗熱量;由門窗縫隙滲入冷空氣的耗熱量。其中圍護結構的耗熱量由基本耗熱量和附加耗熱量兩部分組成。另外根據采暖建筑的實際情況，通常要保持廠房正壓，因而在一般情況下不計算門窗縫隙滲入的冷負荷，故在本設計中我們僅僅考慮圍護結構的耗熱量。

　　對于民用建筑，采暖區冬季熱負荷主要為由圍護結構傳熱所形成的耗熱量。

　　根據《采暖通風與空氣調節設計規范》GB50019—2003，圍護結構的耗熱量包括基本耗熱量、附加耗熱量和高度附加耗熱量三部分。

　　4.1.1圍護結構的基本耗熱量Q=αFK(tNd-tWd),式中 Q—圍護結構的基本耗熱量形成的熱負荷(W);α—圍護結構的溫差修正系數;F—圍護結構的面積(m2);K—圍護結構的傳熱系數W/( m2.℃);tNd—冬季采暖室內的計算溫度(℃);tWd—冬季采暖室外計算溫度(℃)。

　　整個建筑物或廠房的基本耗熱量，等于它的圍護結構各部分基本耗熱量的綜合。

　　4.1.2 圍護結構的附加耗熱量

　　圍護結構的附加耗熱量應按其占基本耗熱量的百分率確定。各項附加百分率宜按照下列規定選用：

　　4.1.2.1朝向修正率

　　不同朝向的圍護結構，受到的太陽輻射量是不同的;同時，不同的朝向，風的速度和頻率也不同。因此，《采暖通風與空氣調節設計規范》GB50019—2003規定對不同的垂直外圍護結構進行修正。其修正率為：北、東北、西北朝向：0～10%;東、西朝向：-5%;東南、西南朝向：-10%～-15%;南向：-15%～-30%。

　　選用修正率時應考慮當地冬季日照率及輻射率強度的大小。冬季日照率小于35%的地區，東南、西南和南向的修正率宜采用0～10%，其他朝向可不修正，本項目不考慮日照修正!

　　4.1.2.2風力附加率

　　在《采暖通風與空氣調節設計規范》GB50019—2003中明確規定：在不避風的高地、河邊、海岸曠野上的建筑物以及城鎮、廠區內特別高的建筑物，垂直的外圍護結構熱負荷附加5%～10%。

　　風力附加率是考慮室外風速變化而對圍護結構基本耗熱量的修正，在算算圍護結構基本耗熱量時，外表面換熱系數是對應風速為4m/s的計算值。我國大部分地區冬季平均風速一般為2～3m/s。因此，在一般情況下，不必考慮風力附加，本項目不考慮風力附加。

　　4.1.2.3外門附加率

　　為加熱開啟外門時侵入的冷空氣，對于短時間開啟無熱風幕的外門，可用外門的基本耗熱量乘上按《采暖通風與空氣調節設計規范》GB50019—2003中表查出的相應的附加率，陽臺門不用考慮外門附加。

　　4.1.3圍護結構的高度附加率

　　由于室內溫度梯度的影響，往往使廠房上部的傳熱量加大。因此《采暖通風與空氣調節設計規范》GB50019—2003中規定：當廠房高度超過4m時，每增加1m應附加2% 的高度附加率，但總的附加率不應超過15%。應注意：高度附加率應加在基本耗熱量和其它附加耗熱量的總和上。

　　4.2濕負荷的計算

　　采暖廠房或區域的冬季計算散濕量，應根據下列各項確定：

　　(1)人體散濕量;

　　(2)滲透空氣帶入的濕量;

　　(3)化學反應過程的散濕量;

　　(4)各種潮濕表面，液面或液流的散濕量;

　　(5)食品或氣體物料的散濕量;

　　(6)設備散濕量;

　　(7)透過圍護結構的散濕量。

　　確定散濕量時，應根據散濕源的種類，宜分別選用適宜的群集系數，負荷系數和同時使用系數。一般民用建筑不計算化學反應過程和透過維護結構的散濕量。

　　大多數情況下，采暖區域的濕負荷來自人體散濕量和敞開水槽表面的散濕量，本設計考慮人體(人性化的對待家禽)散濕量。

　　計算時刻的人體散濕量按下式計算：

　　Dτ=0.001φnτg,式中 Dτ—散濕量，kg/h;φ—群集系數;nτ—計算時刻采暖區域內的總人數;g —名成年男子的小時散濕量(g/h)。

　　5.設備選型

　　在進行熱泵選型時，要同時考慮廠房熱負荷，設備制熱量須滿足建筑物的熱負荷需求，由熱負荷最大值確定設備。在選擇熱泵時，要在滿足最大熱負荷的同時增加10%的富裕量。

　　熱負荷由外圍護結構和內圍護結構的基本耗熱量及其附加耗熱量和冷空氣滲透耗熱量組成。冬季采暖的室內設計溫度設為26℃，本項目采暖末端為地暖，地暖管間距為20公分，外墻保溫很好，但因需求溫度較高，因此結合熱負荷計算結果及實際項目情況，熱指標取值為150W/㎡(按照山西省居住建筑節能標準的規定，考慮到本項目要求的室內溫度較高，且考慮到冬季最低氣溫下機組的能效縮減，故按照體育館的標準選取)，貴方的面積為4000㎡，因此四個養殖區域廠房的熱負荷為：Q=150W/㎡×4000㎡=600000W=600KW。

　　表3：采暖熱指標推介表(w/㎡)

　　經負荷計算可知，該項目冬季采暖熱負荷為600kW;冬季采暖的實際負荷為600kW根據養殖場的需求，本系統采用浙江正理生能家用地暖采暖聯供機組，浙江正理生能空氣源熱泵家用地暖機組冬季(45℃/40℃)，冬季末端采用地面輻射供暖。

　　根據項目實際情況，方案選用浙江正理生能采暖工程機——商用采暖設備20臺DKFXRS-30II供應此項目制冷供暖聯供，我方空氣源熱泵的制熱量為30KW左右(因本項目為全年恒溫項目，這里計算的是全年平均能效)，因此所需要的機組的數量約為：N= Q÷30KW=600KW÷30KW=20臺

　　因此，我方為貴方配置20臺DKSXRS-30Ⅱ空氣源熱泵機組。整個供暖季節空氣源熱泵的平均能效能夠達到3.5左右，整個供暖季節DKFXRS-30Ⅱ空氣源熱泵的工作時間為120天，每天間斷工作，每天總運行時間為10個小時。

　　機組的耗電量約為W=8.3kw×10h×120天×20臺=199200KWh，整個冬季的采暖費用大約為199200KWh×0.5元/ KWh=99600元，整個冬季每㎡的供暖費用為99600元÷4000=24.9元。

　　整個熱泵供暖系統出水溫度為55℃，供回水溫差為3～5℃，計算的時候按照4℃。由此可知，20臺DKFXRS-30II滿足供應此項目建筑地板輻射采暖需求。

　　6.費用估算

　　表4：不同供暖設備能效比比較值

　　所需功能：冬季寒冷地區供暖，冬季建筑實際所需熱負荷600kw。

　　浙江正理生能采暖參照電加熱模式，按照綜合能效3.5計算，冬季按全天10小時運行計算。

　　冬季 寒冷地區采暖，提供 600kW熱量浙江正理生能采暖機組冬季高頻耗日耗電量600 kw÷3.5(cop)×10(運行時間)=1714.29KW.h，(每日耗電量)×120天-205714.29kw.h，采暖季平均每平米耗電量205714.29 kw.h÷4000(采暖面積)=51.43kw.h。民用電電費按0.5元每度計算，平均每平米一個采暖季費用51.43kw.h×0.5元-25.71元 。

　　【注】以上數據通過本設備機組參數測算得出，主機在實時相對負荷時的耗電量都不相同;綜合運行費用是根據養殖場的使用習慣、時間長短、室外氣溫、門窗開啟的空氣滲透等等相關因素上下波動而產生差異。

　　以上運行費用預估可能會有±20%的誤差，如養殖場頻繁開門或窗，而且室外又相對來說很冷時，主機會在感應到室內溫度達不到設計溫度后，在低頻、中頻、高頻之間進行變頻調節，使得室內溫度達到設計溫度，為養殖場提供舒適的環境。由此可知，主機會根據室內情況進行智能調節判斷投入運行機組的臺數，能有效為養殖場節省電費。

　　7.項目現場圖