摘要：本项目为山西乡宁焦煤集团台头前湾煤业有限公司矿井超低温热水型空气源机组设备及安装工程，位于山西省临汾市乡宁县，总采暖面积共约70000㎡，使用低环境空气源热泵机组替代燃煤锅炉作为热源，末端大部分为暖气片，部分为风机盘管。该项目从2017年11月投入使用至今，采暖效果良好，室内平均温度18℃，费用平均约22元/㎡，获得用户认可。
一、项目概况
本项目为山西乡宁焦煤集团台头前湾煤业有限公司办公区、住宿区、机修车间区超低温热水型空气源机组设备及安装工程，位于山西省临汾市乡宁县，总采暖面积共约70000㎡。本项目原采用燃煤锅炉提供热源，末端大部分为暖气片，部分为风机盘管，使用低环境空气源热泵机组替代燃煤锅炉作为热源，热泵机组放置位置要保证热泵机组换热及售后维护的空间。
本项目分为多个单独采暖工程，各个建筑的情况如下表所示：
矿区 | 序号 | 名称 | 面积（㎡） |
乡宁煤矿 | 1 | 总厂 | 11765 |
2 | 后湾子矿 | 6500 | |
3 | 前湾子矿 | 11000 | |
4 | 前湾子后家属院 | 4450 | |
5 | 前湾子五排区家属院 | 3300 | |
6 | 机修厂办公 | 5800 | |
机修厂车间1 | 1600 | ||
机修厂车间2 | 900 | ||
7 | 医院 | 5800 | |
汇总 | 51115 | ||
燕家河煤矿 | 1 | 新办公楼区域 | 5800 |
2 | 家属区 | 1800 | |
3 | 旧办公楼及家属区 | 4200 | |
汇总 | 11800 | ||
金辛达煤矿 | 1 | 家属区 | 5500 |
汇总 | 68415 |
二、设计依据
甲方提供的建筑图纸及工程资料；《采暖通风与空气调节设计规范》（GB50019-2012）；《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范》（GB50736-2012）；《实用供热空调设计手册》；《通风与空调工程施工规范》GB50738-2011；《通风与空调工程施工质量验收规范》GB50243-2011；《辐射供暖供冷技术规程》JGJ 142-2012；《全国民用建筑工程设计技术措施 / 暖通空调•动力》2009版
三、气候参数
3.1室外参数
乡宁县位于位于山西省西南端，属暖温带大陆性气候，年均气温10℃左右，一月平均温度-6℃，年降雨量600毫米，无霜期150天。依据《全国民用建筑供暖通风与空气调节设计规范》（GB50736-2012）室外环境计算温度的要求，临汾当地的室外气象参数如下表所示：
城市 | 临汾 | |
冬季 | 供暖室外计算温度（℃） | -6.6 |
通风室外计算温度（℃） | -2.7 | |
空调室外计算温度（℃） | -10 | |
夏季 | 空调室外计算干球温度（℃） | 34.6 |
通风室外计算温度（℃） | 30.6 | |
年平均温度（℃） | 12.6 | |
极端最高温度（℃） | 40.5 | |
极端最低温度（℃） | -23.1 | |
采暖季平均温度（℃） | -0.2 |
3.2室内计算参数
由于项目建筑类型和使用用途不同，对温度的需求也不一样。例如，办公室及员工宿舍对温度要求就要满足18℃以上，而厂区没人工作时只需要维持不被冻即可，在5℃以上即可。具体见下表：
采暖区域 | 温度要求 |
办公室及宿舍 | 18℃以上 |
工业建筑 | 5℃以上 |
四、负荷计算及机组选型
该项目空气源热泵采暖机组的选取要依据当地冬季采暖室外计算温度（-6.6℃），热负荷根据不同建筑和用途分别取值。各区域选择的空气源热泵机组的型号及数量如下表所示：
矿区 | 名称 | 面积㎡ | 热负荷指标 | 采暖热负荷W | 室内温度要求 | 机组 | 数量 |
乡宁煤矿 | 总厂 | 11765 | 70W/m2 | 823550 | 18℃ | KD95-NcP5 | 11台 |
后湾子矿 | 6500 | 70W/m2 | 455000 | 18℃ | KD95-NcP5 | 6台 | |
前湾子矿 | 11000 | 65W/m2 | 715000 | 18℃ | KD95-NcP5 | 9台 | |
前湾子后家属院 | 4450 | 65W/m2 | 289250 | 18℃ | KD95-NcP5 | 4台 | |
前湾子五排区家属院 | 3300 | 65W/m2 | 214500 | 18℃ | KD95-NcP5 | 3台 | |
机修厂办公 | 5800 | 70W/m2 | 406000 | 18℃ | KD95-NcP5 | 5台 | |
机修厂车间1 | 1600 | 30W/m2 | 48000 | 5℃ | KD48-NcP5 | 2台 | |
机修厂车间2 | 900 | 30W/m2 | 27000 | 5℃ | KD48-NcP5 | 1台 | |
医院 | 5800 | 70W/m2 | 406000 | 18℃ | KD95-NcP5 | 6台 | |
汇总 | 51115 | —— | —— | —— | —— | 47台 | |
燕家河煤矿 | 新办公楼区域 | 5800 | 65W/m2 | 377000 | 18℃ | KD95-NcP5 | 5台 |
家属区 | 1800 | 70W/m2 | 126000 | 18℃ | KD48-NcP5 | 4台 | |
旧办公楼及家属区 | 4200 | 70W/m2 | 294000W | 18℃ | KD95-NcP5 | 3台 | |
汇总 | 11800 | —— | —— | —— | —— | 12台 | |
金辛达煤矿 | 家属区 | 5500 | 72W/m2 | 396000W | 18℃ | KD95-NcP5 | 5台 |
汇总 | 68415 | —— | —— | —— | —— | 64台 |
主要设备参数如下表所示：
型号 | KD48-NcP5（15P） | KD95-NcP5（30P） | ||
额定制热量 | Kw | 48 | 95 | |
额定制热功率 | Kw | 13.71 | 27.14 | |
名义制热量 | Kw | 26 | 55 | |
名义制热功率 | Kw | 11.5 | 22.92 | |
名义制热电流 | A | 20.56 | 44.5 | |
额定制冷量 | Kw | 33 | 62.5 | |
额定制冷功率 | Kw | 13.07 | 22.73 | |
额定制冷电流 | A | 25.45 | 45.5 | |
最大输入功率 | Kw | 15.3 | 38.8 | |
最大输入电流 | A | 27.35 | 69.4 | |
净重/毛重 | Kg | 357/403 | 865/972 | |
电源 | 380V-50Hz | 380V-50Hz | ||
制冷剂 | 名称 | R410A | R410A | |
充注量 | Kg | 7 | 8*2 | |
压缩机 | 形式 | 涡旋 | 涡旋 | |
数量 | 台 | 1 | 2 | |
风机 | 形式 | 轴流风机 | 轴流风机 | |
数量 | 台 | 2 | 2 | |
出风方式 | 顶出风 | 顶出风 | ||
水系统 | 水流量 | M3/h | 4.8 | 9.5 |
水压降 | Kpa | 30 | 40 | |
进出水口 | mm | D50法兰×2 | DN65法兰×2 | |
噪音 | dB（A） | 65 | 68 | |
外形尺寸（长/宽/高） | mm | 1740/952/1864 | 2250/2230/2180 |
注：额定制热工况：室外环境温度7℃DB/6℃WB，进水40℃，出水45℃；名义制热工况：室外环境温度-12℃DB/-14℃WB，进水36℃，出水41℃；使用范围：环境温度-25～45℃。
超低温热泵采暖机组KD95-NcP5(30P)及KD48-NcP5(15P)制热量随环境温度的变化曲线如下图所示：
KD48-NcP5星火30P机组制热曲线
KD95-NcP5星火30P机组制热曲线
五、系统设计及注意事项
该项目为改造项目，用空气源热泵替代燃煤锅炉采暖，原有的末端散热片数量不够，可以向客户建议把一些采暖需求高的，如员工宿舍，增加散热片的数量。另外，矿区杂质和污垢比较多，要注意清洗末端。
该项目位于山区，温度比较低，湿度相对较大，要注意化霜水的排放，可以通过管道把化霜水排放到该去的地方，并且管道要装伴热带，防止管道里的水结冰；确实没有排放条件的，一定要把主机高度抬高，建议基础做到50公分以上。
主机间的间距一般前后是50公分，左右是100公分，但有时候会因为现场安装地方不够，这时候要跟客户说明情况。另外要保证主机周围的空间，不要靠墙太近。
山区项目要考虑避雷，虽然说设备只是在冬天使用，但其他季节如何被雷击的话，还是会损坏设备的，可以在机组边上的高处建避雷针。
主机的配置要根据实际情况和用户需求去设计方案，不同用途的场所对温度需求也不一样，在设计方案时要多和客户沟通，不能简单的按总采暖面积和热负荷值去选型。
噪音是热泵工程中一个很重要的问题，在安装时要注意减震。
六、系统原理图（部分）
七、各种热源运行费用对比
各项热源采暖分析比较 | ||||
单位面积热负荷指标 | 52 | W | ||
供暖面积 | 68415 | m2 | ||
采暖时间 | 12 | h | ||
日供暖负荷 | 36767334 | kcal | ||
加热方式 | 空气源热泵 | 燃气锅炉 | 电锅炉 | 燃煤锅炉 |
能源种类 | 电 | 天然气 | 电 | 燃煤（无烟煤） |
环保指数 | 高效环保节能 | 污染不节能 | 环保不节能 | 不环保不节能 |
理论热值 | 860kcal/kwh | 8500kcal/m3 | 860kcal/kwh | 5000kcal/kg |
实际效率 | 3 | 0.85 | 0.95 | 0.85 |
实际热值 | 2580kcal/kwh | 7225kcal/m3 | 817kcal/kwh | 4250kcal/kg |
日消耗燃料 | 14250.9 kwh | 5089 m3 | 45003 kwh | 8651.1 kg |
单价 | 0.8元/kwh | 3.5元/m3 | 0.8元/kwh | 1.2元/kg |
设备日运行费用 | 11400.7元 | 17811 元 | 36002 元 | 10381.4 元 |
循环水泵功率 | 112.0 kw | 112.0 kw | 112.0 kw | 112.0 kw |
循环水泵日耗电量 | 1344.0 kwh | 1344.0 kwh | 1344.0 kwh | 1344.0 kwh |
循环水泵日运行费用 | 1075.2元 | 1075.2元 | 1075.2元 | 1075.2元 |
总日运行费用 | 12475.9 元 | 18886 元 | 37077元 | 11456.6 元 |
年运行时间 | 120 天 | |||
年运行费用 | 1497111 元 | 2266364 元 | 4449298 元 | 1374788 元 |
采暖季运行单价 | 21.88 元/m2 | 33 元/m2 | 65 元/m2 | 20.1元/m2 |
八、项目现场