設計院高工教你嚴謹計算建筑熱負荷及空氣源熱泵主機選型

  對于熱泵主機選型，絕大部分人都是憑經驗，或者通過簡單的估算。這樣做其實有很大的運氣成分，一不小心就可能滿盤皆輸。熱泵商學院金牌講師安建新老師說，對做工程的經銷商來說，經驗固然重要，但也要有一定的專業(yè)知識積累。接下來，我們來聽聽安老師是如何教大家選主機的。

  如何計算基本耗熱量

  在進行鍋爐改造、廠房改造都需要進行設備選型。大家都是怎么選主機的?我想用的最多的應該是熱指標法，就是用熱指標乘以面積得到需要的熱負荷，然后根據熱負荷選主機。

  這種方法用的很廣，今天我還要講一個簡單計算方法。即：

  基本耗熱量=傳熱系數*傳熱面積*室內外溫差

  大家不要見到公式就發(fā)懵，其實很簡單。比如說你算窗戶的耗熱量，就用窗戶的傳熱系數乘以窗戶的面積，再乘以室內外溫差。同理，如果是外墻，就用墻體的傳熱系數，乘以外墻面積，再乘以溫差。同樣也可以算出屋頂的耗熱量。也就是說，你要計算哪一部分的耗熱量，就用哪一部分的傳熱系數乘以面積再乘以溫差就可以了。

  表1：常用維護結構傳熱系數K(W/㎡·℃)

  注：表中磚指實心粘土磚

  表1就是一些常用的傳熱系數數據，比如說外磚墻，一磚也就是我們說的24墻，傳熱系數是2.08，而一磚半就是37墻，傳熱系數是1.56。從傳熱系數，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。一些常用的圍護結構傳熱系數，比如說外墻、中空玻璃等等，我們查了一次后可以記下來，下次要用到的時候就可以很方便、快捷地計算。

  以北京某辦公室為例教你計算

  下面我們看一個例題：

  例：北京某辦公室只有一面370外墻和一面雙層玻璃的外窗。房間開間4米，進深5米，層高4米。窗戶寬2米，高2米。用以上兩種方法試求采暖熱負荷。

  我們可以從傳熱系數表查到37墻傳熱系數是1.56，雙層中空玻璃的傳熱系數這里按斷橋鋁材質取2.4(材質不同區(qū)別很大，比如說塑鋼的、斷橋鋁的、玻璃材質的等)。房間的面積是4米*5米=20平米;窗戶的面積是2米*2米=4平米;外墻的面積是4米*4米=16平米，再減去窗戶的面積，就是12平米。北京的室外溫度參數是-7.6℃(查自《民用建筑供暖通風與空氣調節(jié)設計規(guī)范》GB50736-2012)，室內溫度取20℃，室內外溫差為27.6℃。

  把這些數據代入公式，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耗熱量的，我們在取負荷值時，還要計算冷風耗熱量，一般按基本耗熱量的30%計算，這是簡易的算法。這樣我們就可以得出：

  房間的熱負荷=基本耗熱量×1.3=783*1.3=1017W

  因為我們是計算主機選型，只需計算外圍護的耗熱量，內墻部分，由于是緊挨著的，不需計算。另外，要注意的是，這里計算是按連續(xù)24小時采暖來計算的，如果是間歇性采暖，則需要進行折算。方法為：24小時×連續(xù)熱負荷/供暖小時數。

  還是以剛才的例子來說明。北京20平米的房間，計算出來的熱負荷是1017W，這是24小時連續(xù)供暖的負荷，如果只是白天12小時供暖，則負荷就不夠了，這時候需要除以供暖時長，即：24*1017/12=2034W。

  還要注意的是，我們在計算時忽略了一些修正參數，比如說房間的朝向修正、風力附加修正等等。

  剛才我們算的是一個標間，就一面外墻和窗戶，如果是一棟樓呢?如下圖：

  兩個外門，我們把它簡化成窗戶，那是不是就是36個標間?我們只要算出一個標間的熱負荷，再乘以數量，是不是這面墻的熱負荷就算出來了?當然，我們也可以按整面墻的面積減去所有窗戶面積，像前面計算的那樣代入到公式，也是可以的，計算出來的結果是一樣的。這一面算出來了，另外幾面也可以算出來，把各個面的熱負荷加起來，就是這棟樓的總熱負荷。

  我們剛才用的就是簡單計算的方法，接下來我們用大家經常用的估算方法來算下，即：熱負荷=面積*熱指標。

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

  從計算結果可以看出，這種估算的方式和之前計算出來的1017W(煤改電農戶都是連續(xù)供暖，因此這里也以連續(xù)供暖數據來對比)結果還是有很大的差別的。一個20平的小房間都是如此，大型供暖項目就差的更離譜了。

  影響熱負荷的因素有哪些?

  從上面的計算的公式，我們也可以得出影響采暖熱負荷的一些因素，跟建筑的圍護結構、所在地區(qū)、建筑用途、體量等有很大關系。

  舉個例子，同樣用途的建筑，圍護結構等基本情況都差不多，分別位于北京和合肥，在計算時室外溫度采暖計算參數就有很大區(qū)別，北京是—7.6℃，合肥是—1.7℃，差不多相差6℃，在室內溫度要求相同的情況下，溫差就有6℃的區(qū)別，計算出來的熱負荷，合肥差不多只有北京的30%。這個是工程所在地不同，不同氣溫的差異。

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

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

  不同的建筑用途，一般來說，同年代的建筑、公共建筑，比如說辦公樓、寫字樓，熱負荷要比居住建筑大一些。比如說，辦公樓熱指標可能在50W/㎡，但居住建筑可能只要30W/㎡左右。

  上面這些都是影響熱負荷的一些因素，用途、外保溫情況、當地室外氣溫、建筑面積、層高等等。另外，間歇采暖也對熱指標有影響。

  熱指標的出處是《城鎮(zhèn)供熱管網設計規(guī)范》CJJ34—2010，最初用來計算管網還有熱源。要注意的是，這本規(guī)范是應用在城鎮(zhèn)集中供熱的，而且是適用于“三北地區(qū)”，即東北、西北、華北這三個地區(qū)，并不是所有地區(qū)都合適。它的特點是連續(xù)供暖，24小時不間斷供暖，而熱泵改造項目常常不具備這些條件，像辦公樓、學校、工廠等，很多都是間歇供暖，這個是需要進行折算的。

表3：各類建筑類型采暖熱指標推薦值

         表3就是《城鎮(zhèn)供熱管網設計規(guī)范》CJJ34—2010給出的熱指標，這是連續(xù)供暖時的熱指標。從這個表也可以得出一些結論：非節(jié)能建筑熱指標要高于節(jié)能節(jié)能，公共建筑熱指標要高于居住建筑。像學校、辦公樓、醫(yī)院、旅館、商店等，這些場所的熱指標要大一些，而食堂、展館、大禮堂之類的，很多都是單層建筑，熱指標要更高。

  間歇采暖的，因此在計算負荷的時候，要根據供暖小時數進行折算：

  間歇熱指標：24小時*連續(xù)供熱指標/供暖小時數

         表4：各類建筑類型連續(xù)供暖、間歇供暖熱指標推薦值

       表4就是根據之前的熱指標數據，在間歇供暖12小時、18小時時的熱指標。我們看到，間歇供暖的時候，根據實際供暖的時長的不同，供暖熱指標也是不同的。當然，不管是《城鎮(zhèn)供熱管網設計規(guī)范》CJJ34—2010給出來的熱指標，還是折算出來的，都只是一個參考的數據，只要知道熱指標的出處，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有大有小，在我們做工程主機選型有很大幫助，多了解這些東西，可以讓我們少走很多彎路。

  主機選型要注意溫度和融霜修正

  下面說一下主機選型。

  原來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，這里面要注意兩個修正，千萬不要用主機的額定制熱量去選機組。比如說，項目在合肥和北京，室外溫度是不一樣，而主機的額定制熱量是相同的，如果不做修正的話肯定不合適。

  空氣源熱泵機組的冬季制熱量會受到室外空氣溫度、濕度和機組本身的融霜性能的影響，在設計工況下的制熱量通常采用下面公式計算：

  Q=q*k1*K2

  式中：Q——機組設計工況下的制熱量，KW;q——產品標準工況下的制熱量(標準工況：室外空氣干球溫度7℃，濕球溫度6℃)，KW;K1——使用點取室外空調計算干球濕度修正系數，按產品樣本選取;K2——機組融霜修正系數，應根據生產廠家提供的數據修正，當無數據時，可按每小時融霜一次去0.9，兩次取0.8。

  請注意：

  《暖規(guī)》所述空氣源熱泵標準工況(標準工況：室外空氣干球溫度7℃，濕球溫度6℃)實際上是目前我們所稱的“常溫空氣源熱泵”，或者說更接近我們說的“風冷熱泵”。當我們選擇低溫熱泵的時候，其名義工況應為：室外空氣干球溫度-12℃，濕球溫度-14℃(依據：GBT25127.2-2010低環(huán)境溫度空氣源熱泵(冷水)機組第2部分：戶用及類似用途的熱泵(冷水)機組)。

  無論是常規(guī)空氣源熱泵還是低溫空氣源熱泵，我們應注意其樣本額定參數的的標準工況或名義工況，在此基礎上進行修正

         表5：某品牌70KW主機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際制熱量，我們可以直接查樣本。比如說表5，供水溫度是55℃，額定制熱量是70KW，而項目當地實際工況是—10℃，那么我們就可以直接查樣本—10℃環(huán)境溫度下機組的制熱量，即46.24KW。如果樣本查不到，也可以向廠家進行咨詢，這樣是最準確的。

  這里說的是基本耗熱量，忽略了一些修正的耗熱量，比如說冷風附加率、風力附加率、層高附加率、朝向附加率等。