西藏某采暖工程设计方案

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1、 1 西藏西藏 XX 采暖工程设计方案采暖工程设计方案 设计思路 西藏地区常规能源缺乏， 空气含氧量低。 使用燃油(煤)锅炉燃烧不充分， 燃烧器容易“结 碳”，锅炉使用寿命短，烟尘污染大。 拉萨地区电力供应相对充足， 向拉萨等地区供电的是西藏主要的电网即藏中电网。 该电 网供电以水电为主，约占其总发电量的 3/4。其中主要的水电站羊卓雍湖水电站发电量占总 发电量的一半。截至 2002 年，因用户消费能力所限，羊卓雍湖水电站发电量仅达到其装机 容量的 60%，整个藏中电网年售电量也只占年发电量的 80%。 2002 年拉萨市电业局出台了政策，对进行“煤、油锅炉改电锅炉”的供暖项目在配套 电力工程

2、设计和改造费用上予以优惠;对改造后的电锅炉(含电热设备)用电执行 0.3 元/kWh 的优惠电价;对已进行“一户一表”改造的居民用户，月用电量 100kWh 以内按 0.4 元/kWh 收费，超过部分执行 0.17 元/kWh 的优惠电价。该政策的实施使得西藏特别是拉萨地区电锅 炉大量使用，能源使用效率非常低。随着西藏经济水平的发展，电力供应紧张的局面日益显 现，至 2004 年拉萨市冬季出现大量限电现象。 鉴于西藏地区常规能源匮乏， 太阳能资源及地下水资源相当丰富的特点， 在采暖热源方 案确定时，进行了详细的技术经济比较。图 1 为采用燃油锅炉、太阳能集热系统、地下水水 源热泵系统作为采暖热

3、源时的系统造价比较。 由于建设投资的限制， 大面积采用太阳能集热 系统无法实现。而各工程所在地的地层均属于第四系河谷冲积层，各地 的岩性特征十分相似;表层(约 1.52m)为粉土， 表层以下为砂夹卵石层(约 5060m)， 含 水丰富，渗透性强，地下径流速度快，冬季地下水温一般在 11左右，对浅表地下水利用 提供非常有利的条件。 在初投资的方面，地下水水源热泵系统高于燃油热水锅炉，但按 2004 年度西藏各地的 能源执行价格为基准，投资增量部分的回收期约在 5 年左右。图 2、3 分别为两种能源形式 的能耗状况与运行费用的比较。 2 通过比较，采用地下水水源热泵系统作为西藏地区的采暖热源，投资

4、适中，能源利用效 率得到大幅提高，年运行费用大幅下降，同时大大减少了 CO2、NOx 的排放。 因此，整个工程中绝大部分项目均采用地下水水源热泵系统作为采暖热源;局部电力无 法保证的偏远地区则采用太阳能被动利用与燃油热水炉相结合的能源形式， 少量电力则由柴 油发电机提供。 案例解析 采暖系统设计参数 冬季气候特点 工程所在地大多处于海拔高度大于3500mm的高海拔地区， 冬季大气压一般低于700hPa， 那曲地区更低于 600hPa，仅为低海拔地区的 60%。 大部分地区冬季采暖室外计算温度在-5以下，那曲地区甚至低至?20。冬季室外相 对湿度较低，最冷月平均相对湿度一般低于 40%，拉萨、日

5、喀则更低于 30%。拉萨的日平均 相对湿度甚至低至 10%。 冬季日照率特别高，大气透明度好，太阳辐射照度大，连晴时间长。这些地区冬季日照 率一般高于 70%，日喀则更高达 80%以上，是全国冬季日照率最高的地区。以一月份水平面 平均日太阳辐射照度为例，拉萨是 16.556MJ/(?.d)，那曲、狮泉河、昌都等地区的这一参 3 数也能达到 1214MJ/(?.d)。大气晴朗指数拉萨为 0.768，其他城市除西藏的那曲、狮泉河 等地区外，大多不超过 0.7，最低的仅仅稍高于 0.2 。 西藏地区的采暖期普遍较长，各主要地区的采暖度日数(HDD18)分别为：拉萨：3553.0 (d)，林芝：327

6、3.6 (d)，昌都：3852.6 (d)，那曲：6607.1 (d)。 室内设计参数 根据高原低气压、低氧气分压力、低湿度的特点，确定室内采暖设计温度为 16。 采 暖系统设计参数 采暖供回水温度为：65/55，地下水侧的供回水温度为：11/5。 热负荷指标 整个项目平均建筑面积采暖热负荷指标为： 51.8 W/ ?，平均采暖面积热负荷指标为： 103 W/ ?。 采暖系统组成 在本工程设计中， 为了尽量提高能源利用效率， 水源热泵机组选用了满负荷及部分负荷 状态下能效比(COP)均较高的高温型机组， 清华同方等品牌的共 72 台水源热泵机组在本工程 中得以应用。 为保证回灌水的水质，地下水

7、侧采用闭式循环，进入热泵机组的地下水均采用除砂、过 滤等物理处理措施。 房间散热装置则根据使用性质与业主意见确定。宿舍采用铸铁散热器或铜铝复合散热 器，机关办公室则采用风机盘管。 4 附表：各子项水源热泵机组配置一览表 序 号 子项代码 台数 单 台 制 热 量 （KW/台） 序 号 子项代码 台数 单 台 制 热 量 （KW/台） 1 T160 2 605 22 KL00 1 268 2 FS00 2 583 23 TX02 2 358 1 350 24 TZ01 2 358 3 Y410 1 605 25 77558 2 536 4 T650 1 541 26 TP53 2 268 5 T

8、Y652 1 220 1 268 6 T20 2 426 1 358 7 TL202 1 211 27 77559 1 268 8 TL205 1 211 1 358 9 JH00 2 649 28 Z20 1 541 10 JS00 1 328 29 LZ00 1 476 1 498 30 41292 1 358 2 426 31 41291 2 536 11 T380 1 265 32 41294 1 179 1 529 33 T150-01 3 358 1 55 34 T150-02 1 179 12 JJ00 1 605 35 TC00 2 358 13 Z10 2 541 TCY1

9、14 TY154 1 211 36 TCY2 1 179 15 JZ01 1 426 37 DZ00 1 179 16 JZ00 2 583 38 FN00 1 179 17 FR00 2 536 1 268 3 358 39 ZSD 1 358 18 KY155 1 268 40 T162 2 268 19 ZSJ 1 358 41 ZSA 1 358 20 KA00 1 358 42 JZ02 1 268 21 ZSF 1 268 43 41293 1 268 工程主要创新及特点 在本工程设计中，结合西藏地区的气候特点及本工程的具体情况，进行了大 量 的基础研究工作， 尤其是在业主要求不作

10、围护结构节能改造的情况下， 既要保证室内基本热 舒适度，又要使采暖系统做到投资节约、运行节能，是本次设计需要重点解决的技术难题。 目前可供设计选用的高原采暖适用性技术研究成果较少。 为此我们对适应高原气候条件 与能源现状的室内设计参数、采暖热源及采暖形式的选择、采暖系统供水温度的确定、太阳 能被动利用等关键技术进行了大量的基础研究。主要的技术创新及特点如下： 室内设计温度的确定(二级) 根据西藏 XXXX 医院对高原人体生理变化的研究成果，在高原低气压、低氧气分压力、 低湿度的环境条件下，人体生理明显有别于低海拔地区，具体表现为：呼吸增强、人体新陈 5 代谢量增加、心率普遍加快、皮肤表面温度提

11、高、人心脏耗氧量及产热量比低海拔地区增加 了 10%以上 。基于上述变化，利用 Fanger 的热平衡方程及热舒适方程，对高原采暖房间热 舒适标准进行修正。 在客观评价的同时，又对不同海拔地区的人员发放调查表进行主观评价调查。对 14-20各段温度进行人体热舒适调查，图 4、5、6、7 给出了各地区被访人员对室内舒适温 度认可度最高的调查结果。 通过调查发现，普遍认为当室温高于 18时有稍热的感觉，且随海拔高度增加有稍热 感觉的人群比例有所增加。 结合大量的理论研究、 热舒适仪的现场测试及各地调查统计结果， 确定适合高原气候条件的室内热舒适温度为 1618。考虑到军队工作的特殊性、部队的着 装

12、要求以及战士的年龄构成，本工程的采暖设计温度取 16。工程竣工使用后我 们 又通过西藏 XX 对各驻藏部队官兵进行了问卷调查，人体热舒适感的满意度达到 99.7%。 采暖热源的选择 西藏地区常规能源缺乏， 空气含氧量低。 使用燃油(煤)锅炉燃烧不充分， 燃烧器容易“结 碳”，锅炉使用寿命短。在工程设计中通过技术经济比较，充分利用西藏地区丰富的地下水 资源， 大面积采用了地下水水源热泵系统。 该系统科学合理地利用了浅表地层中蕴含的丰富 的低品位能源，达到了节约能源、保护环境、维持可持续发展的目的，为西藏地区合理解决 采暖问题提供了一个工程范例。 工程竣工使用后我们对典型项目的地下水进行了为期 3

13、 年的 跟踪监测， 采暖季地下水温度未因热泵系统的取热而下降。 这表明西藏地区利用地下水水源 热泵来解决建筑采暖是合理可行的，并具有其他系统无法比拟的经济性。 结合西藏太阳能资源丰富的特点， 对有条件的项目进行了太阳能被动利用的改造。 根据 6 建筑现状，因地制宜地制定改造方案。附加阳光间、集热蓄热墙等被动式太阳能利用技术得 以局部应用，且效果显著。 结合西藏地区水文地质条件、室内热舒适度要求，本着投资合理、运行节能的原则，对 利用地下水水源热泵系统作为采暖热源的采暖供水温度进行优化。 目前用于散热器采暖的主流水源热泵机组为高温型机组， 高温型水源热泵机组通常的供 水范围为 5070,最高可达

14、到 75，供回水温差可达 10。对于水源热泵机组而言，当地 下水源侧(蒸发器侧)的温度、 流量不变的情况下， 随着采暖供水温度的提高水源热泵机组的 COP 值随之下降， 图 8 为清华同方生产的高温型水源热泵机组在蒸发器侧的地下水进水温度 为 11时的 COP 值变化情况。当供水温度从 55提高到 70时，水源热泵机组的 COP 值从 3.67W/W 下降至 3.04W/W。 在负荷侧，根据散热器的特性，在同样流量的条件下，供水温度越低每片散热器的散热 量越低， 同样热负荷的情况下要求安装的散热器片数就越多。 图9为常用的中心间距为600mm 的铜铝复合散热器(T=64.5时的散热器为 Q=1

15、25W/片)在各供回水温度时的散热量变化 情况。 7 采暖系统的供水温度越低，水源热泵机组的 COP 值越高，运行能耗越低，同时由于散热 器散热能力的减少，又将带来初投资的增加。在实际工程应用中，在做到节能、减排的前提 下，如何体现系统设计的经济性是必须考虑的问题。图 10 为不同供水温度情况下，基于拉 萨市能源执行价格与设备供应价格的投资、能耗及运行费用的比较。兼顾初投资、能耗及投 资回收周期等因素，确定本工程水源热泵系统的供水温度为 65。 高海拔地区采暖方式的适应性研究 由于高海拔地区太阳辐射照度远大于平原地区， 室内辐射得热量大， 室内热过程有别于 低海拔地区。 为此我们利用建筑动态能

16、耗模拟软件(EnergyPlus)对低温地板辐射采暖与对散 热器采暖系统，在不同太阳辐射照度下的室内热过程进行了模拟分析。发现在办公室、宿舍 等常规尺度的建筑内， 由于高海拔地区太阳辐射照度较强， 采用低温地板辐射采暖方式时其 热惯性较大，热响应时间长，采暖房间温度波动明显大于散热器采暖方式，且房间最高温度 出现在供暖系统停止 56 小时后。图 11 为理塘一月份最有利天在不同采暖方式下室温与能 耗曲线。 模拟分析的结果显示， 低温地板辐射采暖方式通过地板进入室内的热量， 相对于系统供 热量而言有很大的延迟与衰减， 使得系统的调节滞后性很大， 不能保证通过地板进入室内的 热量与房间负荷的匹配。特别是在室内太阳辐射得热量较大的情况下，室内热负荷减少，系 统减少供热量， 但由于地板蓄热量很大， 仍然会源源不断地释放