嚴謹計算建筑熱負荷及熱泵主機選型

時間：2020-06-27作者：甘肅恒元環(huán)保設備有限責任公司瀏覽：62

對于熱泵主機選型，絕大部分人都是憑經(jīng)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。熱泵商學院良好講師安建新老師說，對做工程的經(jīng)銷商來說，經(jīng)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？我想用的較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(jù)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(shù)*傳熱面積*室內(nèi)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(shù)乘以窗戶的面積，再乘以室內(nèi)外溫差。同理，如果是外墻，就用墻體的傳熱系數(shù)，乘以外墻面積，再乘以溫差。同樣也可以算出屋頂?shù)暮臒崃?。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(shù)乘以面積再乘以溫差就可以了。

表1：常用維護結(jié)構(gòu)傳熱系數(shù)K（W/㎡·℃）
名稱
K
名稱
K
外磚墻（內(nèi)抹灰）一磚
2.08
實體木外門二層
2.33
外磚墻（內(nèi)抹灰）一磚半
1.56
帶玻璃的陽臺門一層
5.82
外磚墻（內(nèi)抹灰）二磚
1.27
帶玻璃的陽臺門二層
2.67
內(nèi)磚墻半磚
2.30
外窗及天窗一層木框
5.82
內(nèi)磚墻一磚
1.72
外窗及天窗二層木框
2.67
實體木外門一層
4.65
外窗及天窗二層金屬框
3.26
注：表中磚指實心粘土磚
表1就是一些常用的傳熱系數(shù)數(shù)據(jù)，比如說外磚墻，一磚也就是我們說的24墻，傳熱系數(shù)是2.08，而一磚半就是37墻，傳熱系數(shù)是1.56。從傳熱系數(shù)，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(jié)構(gòu)傳熱系數(shù)，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(shù)表查到37墻傳熱系數(shù)是1.56，雙層中空玻璃的傳熱系數(shù)這里按斷橋鋁材質(zhì)取2.4（材質(zhì)不同區(qū)別很大，比如說塑鋼的、斷橋鋁的、玻璃材質(zhì)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(shù)是-7.6℃（查自《民用建筑供暖通風與空氣調(diào)節(jié)設計規(guī)范》GB50736-2012），室內(nèi)溫度取20℃，室內(nèi)外溫差為27.6℃。

把這些數(shù)據(jù)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(nèi)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(shù)。

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(shù)，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(shù)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**計算的那樣代入到公式，也是可以的，計算出來的結(jié)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(jīng)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**要求的80W/㎡，則：熱負荷=80*20=1600W

從計算結(jié)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(nóng)戶都是連續(xù)供暖，因此這里也以連續(xù)供暖數(shù)據(jù)來對比）結(jié)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較離譜了。

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(jié)構(gòu)、所在地區(qū)、建筑用途、體量等有很大關(guān)系。

表2：我國各主要城市的“供暖室外計算溫度”（單位：℃）
城市
北京
石家莊
唐山
太原
南昌
蘭州
南寧
溫度
—7.6
—6.2
—9.2
—10.1
0.7
—9
7.6
城市
上海
南京
杭州
合肥
濟南
鄭州
武漢
溫度
—0.3
—1.8
0
—1.7
—5.3
—3.8
—0.3
城市
廣州
成都
拉薩
西安
重慶
長沙
嘉興
溫度
8
2.7
—5.2
—3.4
4.1
0.3
—0.7
注：《民用建筑供暖通風與空氣調(diào)節(jié)設計規(guī)范》GB50736—2012，附錄A
舉個例子，同樣用途的建筑，圍護結(jié)構(gòu)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(shù)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(nèi)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(shù)、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?shù)厥彝鈿鉁亍⒔ㄖ娣e、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(wǎng)設計規(guī)范》CJJ34—2010，較初用來計算管網(wǎng)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
建筑物類型
采暖熱指標推薦值（W/㎡）
未采取節(jié)能措施
采取節(jié)能措施
住宅
58～64
40～45
綜合居住區(qū)
60～68
45～55
學校、辦公
60～80
50～70
醫(yī)院、托幼
65～80
55～70
旅館
60～70
50～60
商店
65～80
55～70
食堂、餐廳
115～165
100～150
影劇院、展覽館
95～115
80～105
大禮堂、體育館
115～165
100～150
表3就是《城鎮(zhèn)供熱管網(wǎng)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(jié)論：非節(jié)能建筑熱指標要**節(jié)能節(jié)能，公共建筑熱指標要**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，熱指標要較高。

間歇采暖的，因此在計算負荷的時候，要根據(jù)供暖小時數(shù)進行折算：

間歇熱指標：24小時*連續(xù)供熱指標/供暖小時數(shù)

表4：各類建筑類型連續(xù)供暖、間歇供暖熱指標推薦值
建筑物類型
采暖熱指標推薦值（W/㎡）
未采取節(jié)能措施
采取節(jié)能措施
連續(xù)供暖
采暖12h
采暖18h
連續(xù)供暖
采暖12h
采暖18h
住宅
58～64
116～128
77～85
40～45
80～90
53～60
綜合居住區(qū)
60～68
120～138
80～91
45～55
90～110
60～73
學校、辦公
60～80
120～160
80～107
50～70
100～140
67～93
醫(yī)院、托幼
65～80
130～160
87～107
55～70
110～140
73～93
旅館
60～70
120～140
80～93
50～60
100～120
67～80
商店
65～80
130～160
87～107
55～70
110～440
73～93
表4就是根據(jù)之前的熱指標數(shù)據(jù)，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(jù)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(wǎng)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(shù)據(jù)，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(chǎn)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(diào)計算干球濕度修正系數(shù)，按產(chǎn)品樣本選??；K2——機組融霜修正系數(shù)，應根據(jù)生產(chǎn)廠家提供的數(shù)據(jù)修正，當無數(shù)據(jù)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”，或者說較接近我們說的“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(jù)：GBT25127.2-2010低環(huán)境溫度空氣源熱泵(冷水)機組*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(shù)的的標準工況或名義工況，在此基礎(chǔ)上進行修正。

表5：某品牌70KW主機在其它工況下性能一覽
出水溫度55℃
環(huán)境溫度
制熱量
輸入功率
COP
—20℃
35.84W
20.21W
1.77
—15℃
40.62W
20.75W
1.96
—10℃
46.24W
21.31W
2.17
—5℃
52.66W
21.90W
2.4
0℃
59.80W
22.49W
2.66
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?shù)貙嶋H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，這樣是較準確的。

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。


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