高效末端的节能实践

一 引言 
 

北京市“十二五”期间要求建筑节能指标占到全市节能减排目标的1/3以上。新建居住建筑实施第四步节能75%标准，要完成6000万平方米城镇既有建筑围护结构节能改造，完成居住建筑的热计量收费改革，实现全市公共建筑电耗降低7%，其中公共机构降低10%，2015年前全市使用可再生能源的民用建筑面积达到8%，要实现上述目标，将在“十二五”期末形成每年节约529万吨标准煤的能力。在建筑能耗中，使用能耗大约为建造能耗的15倍左右，特别在北方寒冷地区，供暖能耗几乎占总使用能耗的35%。因此，供暖系统的节能被认为是实现建筑节能的一个重要途径。传统的供热与采暖模式无论是从采用的热源还是采暖设备都存在能耗大、热效率低以及污染环境等诸多问题。因此，推广节能、环保的绿色供热与采暖系统是目前建筑领域节能、减排面临的重大课题。
 

已步入多元化时代的我国新能源产业，目前正集体进入困境期，空气能产业作为其中一大重要分支，在市场需求不断升温的同时，却开始面临技术与市场的脱节，空气能热泵产业也随之需要寻求新的突破，以实现技术节能与市场的无缝对接，近年来，毛细管网与常规地暖的结合催生出一种叫做“预制沟槽薄型供暖系统”的高效末端系统，所谓高效末端，即在辐射供暖中通过各种技术优化，大幅提升辐射供暖效率，节省供暖耗费的末端形式，它的核心是通过提高单位散热面积最大化来满足“供热低温化、制冷高温化”的散热末端。以毛细管网辐射系统这种高效末端为例来说，它起源于二十世纪80年代中期的欧洲，自该系统问世以来，毛细管网先后经过了柏林科技大学的Herrmann Rietschel学院、Fachinstitut für Klimatechnik (空调技术专业机构)、Gies-sen TFH (技术专业大学) 、斯图加特科技大学欧洲标准检测中心、Fachinstitut Gebäude-Klima e.V. (建造气候分析站的专业机构) 等检测和实际测量，一直采用欧洲通用的德国“DIN4706”毛细管标准。这种高效末端，在夏季可以通过在毛细管网中循环15℃～19℃冷水，利用热传导原理以达到降低室内温度的目的；冬季则可以通过提供30℃～33℃的热水实现供热。本文以空气源热泵作为热源，配合了高效末端系统，在北京经适房进行了现场采暖测试，地址在北京市鸿博家园B区4-3-803，建筑面积为82?，实际铺设面积为60?。
 

二 高效末端采暖原理及其优势
 

水暖系统以低温热水为热媒，通过在室内的地面（如水泥地面、瓷砖地面、木板地面）下铺设的专用地暖管道内循环把地表加热，以整个地面作为散热面，均匀的向室内辐射热量，是一种对房间微气候进行调节的节能采暖系统。它的特点是：热舒适感良好、热量均衡稳定、节能，在目前国内主要使用的几种采暖方式中，低温热水采暖系统以其优良的热舒适性，高效的能源利用率，可以被认为是最为理想的采暖方式。系统运行时，热空气由下向上散发，形成下高上低的温度梯度，给人脚部温暖、头部清凉的舒适感，这也是其它采暖方式所不能做到的，并且在地板采暖中，采用低品位热源就可以达到基本采暖需求，这种采暖方式中，主要以辐射换热为主，可以有效减少因空气对流扬尘而造成的室内空气品质的下降。
 

项目介绍
 

工程名称：北京经适房空气源热泵地暖，工程地址：北京市鸿博家园B区4-3-803，建筑面积：82平方米，地暖铺装面积：59平方米；结构类型：钢混结构；建筑参考信息：本栋楼共17层，本房位于8层：外墙为混凝土，50mm挤塑板保温，墙体总厚度为300，窗户材质为塑钢窗；建筑物用途：作为《空气源热泵、太阳能与低温热水地暖组合建筑采暖系统的节能研究》课题的测试用房。
 

本文只针对空气源热泵与高效末端结合的采暖系统进行研究，对于冷辐射方面，本文暂不考虑，将于明年夏天测试。 
 

本次研究的高效末端管道系统布置在地板之下，施工程序简单，具有超薄的安装厚度，面层以下仅30mm厚度就可以完成施工，施工现场做法可参见图1、图2的高效末端龙骨法施工工法及施工现场图片。

     
 

三 高效末端施工工艺及流程
 

对于图2所示的安贞预置龙骨法施工工艺及流程，主要阐述如下：
 

1、施工前准备及条件检查
 

1.1施工时，同一施工操作面不能与其它工种进行交叉施工作业；
 

1.2供暖系统安装完毕打压验收前不能封闭吊顶、管井；
 

1.3地采暖铺装施工前温控布线安装到位；
 

1.4所有土建结构施工、户内隔墙施工必须完毕，地面应平整、干燥、无杂物；
 

1.5施工区域地面应平整（二米靠尺高低差不大于5mm）干燥清洁；
 

1.6施工的环境温度不宜低于5℃，在低于0℃的环境下施工时，现场应采取升温措施。
 

2、具体施工工艺及流程
 

2.1主管路系统和分集水器应在铺设盘管之前进行安装；
 

2.2分集水器下杠中心距地面应不小于300mm，安装平直、牢固、横平竖直；
 

2.3管道切割，应采用专用工具，切口应平整，断口面应垂直管轴线；注意检查管材、管件接口不能有毛刺、沙尘等异物；
 

2.4主管路安装需用管卡固定，安装要求横平竖直；必须包覆保温，保温管接缝处需采用专用粘接剂密封；管路高点必须设立排气阀，排气阀前需设截止阀；
 

2.5地暖主管路必须经打压验收；
 

2.6干式模块板的铺设应平整，拼接严密，按木龙骨方向顺向铺管面；
 

2.7盘管铺设前，应检查盘管外观质量，管内部不得有杂质，并应对照施工图纸核定盘管的品牌、管径、壁厚，并对照配管单选取对应长度尺寸的管材，根据图纸的环路图，进行依次铺设；盘管须用专用管钳剪断，断口应平整，盘管安装间断或完毕时，敞口处应用管口帽封堵；
 

2.8加热管出地面至分集水器连接处应设制柔性套管；护套管切口紧贴分水器接头下沿，护套管长度不小于150cm；
 

2.9模板内的加热管不能有任何接头。
 

3、安贞预制沟槽式地暖系统的检验、调试及验收
 

3.1检查、调试与验收应由施工单位提出书面报告，客户进行检查、验收，并应做好记录。
 

3.2检查、调试与验收，应遵循“有关各方协调一致，共同确认”的原则，在各专业、各工序交接后隐蔽前，应对下列内容进行检查和验收，并做出结论：
 

（1）管道、分、集水器、阀门、配件、预制模块板等的质量；（2）管道、阀门等安装质量；（3）隐蔽前水压试验检查验收；（4）中间交接质量检查验收；（5）隐蔽后水压试验检查验收；（6）环路、系统试运行调试。

     
 

4、水压试验之符合规定
 

4.1水压试验应在系统冲洗之后进行；以每组分、集水器为单位，逐套进行；
 

4.2水压试验最少进行一次，为填充层施工之前；
 

4.3试验压力应为工作压力的1.5倍，且不应小于0.6MPa；
 

4.4校验方法：在试验压力下稳压1h观察其压降若压降不大于0.05MPa则认为合格；
 

4.5有冻结可能的情况下必须试压，需添加防冻液；
 

5、调试与试运行
 

5.1安贞预制沟槽式地暖系统调试首先确认内部注满介质水；
 

5.2 打开热源,打开温控面板；
 

5.3预制沟槽式地暖系统未经调试，严禁运行使用。为了避免对系统造成损坏，在未经调试与试运行之前，应严格限制随意启动运行。
 

5.4预制沟槽式地暖系统的运行调试，应在具备正常供暖和供电的条件下进行；
 

5.5调试与试运行的目的，是使系统的水力工况和热力工况达到设计要求，为此，具备正常供暖和供电条件是进行调试的必要条件。若暂时不具备正常供暖和供电条件时，调试工作应推迟进行；
 

5.6预制辐射供暖系统的试运行与调试，应在施工完毕且地板铺设完毕后进行。
 

5.7开始加热时，热水升温应平缓，供水温度应控制在比当时环境温度高10℃左右，且不应高于35℃；并应连续运行48h；在此温度下应对每组分、集水器连接的加热管逐路进行调节，直至温度均匀达到设计要求；
 

5.8温控器的调试应按照不同型号温控器安装调试说明书的内容进行。
 

对于北京实验室，以采暖为主，相关设计参数如下:
 

冬季室外采暖计算温度：-9℃；
 

冬季室外通风计算温度：-5℃；
 

平均相对湿度：45%
 

通过负荷计算得知，本工程采暖总负荷为 4.03kW，根据清华索兰空气源热泵机组参数，并考虑到冬季极端寒冷天气温度情况下机组COP值衰减情况。本工程中选用机组为：清华索兰 FRS-7，机器制冷量7kW，制热量7.8kW，输入功率2.68kW。 

     
 

四 数据分析
 

通过表1、2的数据，我们做出分析得出该高效末端实验工程从2011年11月10日早上7点至2011年11月20日早上7点平均每天（按24小时算）的耗电量为8.77度，该系统的供回水温差非常小，供回水平均温度为26.5℃，然而这样的条件就能够满足室内空气温度达到20℃的要求。对客厅、南卧、北卧的地板表面温度与空气温度的温差分析得知，平均温差分别为0.7℃，1.2℃，2.3℃。
 

五 结论
 

通过高效末端结合空气源热泵机组在北京地区的数据跟踪测试与理论分析得知，只要机组提供较低温度的热水即可满足采暖房间维持20℃的采暖需求，而且此种方法施工工艺简单，操作方便，系统运行稳定，能有效节约能源，再加上高效末端散热量大，占用空间更小的优势，是值得在我国北方寒冷地区推荐的采暖系统模式。


 

编辑：潮小楠