青岛几种热源和末端装置供热性能的研究

2015年第10期(总第43卷第296期)

建筑节能

■暖通与空调

10.3969/j.issn.1673-7237.2015.10.001doi：

青岛几种热源和末端装置供热性能的研究*

郭铁明，秦念强，李春华

(青岛农业大学建筑工程学院，山东

青岛

266109)

摘要：以青岛地区的气象参数及水文地质条件为例，提出了4种适用于青岛地区的热源形式及末端装

置。分别从技术性、环保影响、经济性3个方面综合比较4种热源形式；从房间的整体布局和

热舒适两方面对地暖盘管和风机盘管进行对比；结合热源与末端装置的比较结果，采用价值

工程原理进行综合评价分析。分析认为热电联产适用于密集度较大、入住率较高的成熟住宅小区；户式燃气炉适用于密集度较低且较为分散的住宅小区。

关键词：热源形式；末端装置；综合评价；价值工程原理中图分类号：TU995文献标志码：A文章编号：1673-7237(2015)10-0001-05

HeatingPerformanceofSeveralHeatSourcesandTerminalDeviceinQingdao

GUOTie-ming,QINNian-qiang,LIChun-hua

(SchoolofArchitectureEngineering,QingdaoAgriculturalUniversity,Qingdao266109,Shandong,China)

Abstract：ThispapertookmeteorologicalparametersandhydrogeologicalconditionofQingdaore－gionasanexampleandraisedfourkindsofheatsourceandterminaldevicesuitableforQingdaoregion.Fourkindsofheatsourceswerecomparedrespectivelyfromthreeaspects,includingthetechnical,theen－vironmentalimpactandtheeconomic;theheatingcoilandfancoilwerecomparedandanalyzedfromtwoaspects-overalllayoutandthethermalcomfort.Combiningwiththeresultsofheatsourcesanddeviceter－minal,thevalueengineeringprinciplewasappliedtocarryoncomprehensiveevaluationandanalysis.Theresultshowedthatthecogenerationismoresuitableforintensiveandhighmatureresidentialquarters,andhouseholdgasfurnaceissuitableforthelowdenseandmoredispersedresidentialquarters.

Keywords：heatsource;terminaldevice;comprehensiveevaluation;valueengineeringprinciple

0引言

近年来，北方城市进入供暖季以后，室外空气质量明显下降。以青岛地区为例，其供暖期平均室外温日平均温度≤+5℃的天数为110d，属寒度0.9℃、

冷地区。从2013年12月—2014年2月，出现大雾天气14d，雾霾天气43d，而造成雾霾的原因之一即是供暖期大量煤的燃烧。由于城市集中供热仍以燃煤为主，即使是热电联产，一级能源仍然是煤，这就不可避免地造成大量的污染气体排向大气，导致空气质量的下降。另外每年大量的新建住宅投入使用，但空置率达20%以上，导致入住率达不到集中供暖的比例，居民无法供暖，室内热舒适性降低。若能满足室内的热舒适性，同时要求经济投入是可以接受的，那些灵活而

收稿日期：2015-04-13；修回日期：2015-09-29

2014年青岛农业大学应用型人才培养特色名校建设工程*基金项目：

大学生科技创新项目

环保的热源形式就应运而生。

随着供暖技术的不断发展，热源的形式以及相匹配的室内末端装置也不断增加，但什么样的热源形式及室内末端装置适合在何种气候区域，应进行因地制进行深入的探讨。宜的选择。本文以青岛地区为例，

1青岛地区热源形式和末端装置的选择

青岛地区属于寒冷地区，供暖期室外计算温度-6℃，供暖期室外平均温度0.9℃，室内计算温度18℃，供暖设计热指标31W/m2。

冬季供暖期可采用的热源形式有以煤为燃料的集中供热，由于热电联产对于一级能源的利用率较高，又不必单独设置热源，是现在集中供热较为推崇的方式；以热泵技术为基础的地源热泵、污水源热泵和海水源热泵，本文后续将以地源热泵为代表进行分析；独立分散性质的热源包括户式中央空调和家用燃气炉。住宅户内常用的末端装置有散热器、地暖盘管和风机

1

郭铁明，等：青岛几种热源和末端装置供热性能的研究

盘管，地暖盘管近10年在青岛的住宅配套率较高，文中则以地暖盘管和风机盘管作为对比的末端。那么根据4种热源和2种末端装置可组合4种供热方案，如表1所示。本文将对以上几种热源的供热性能进行分析与比较；同时，对2种末端装置从房间整体布局、热舒适性两个方面进行分析与比较。

表1适用于青岛地区的供热方案

供热方案方案一方案二方案三方案四热源形式集中供热地源热泵户式中央空调家用燃气炉末端装置

地暖盘管

地暖盘管

风机盘管

地暖盘管

24种热源形式供热性能的比较与分析

热源的发展和形式的多样性，为人们的选择提供了较大的空间，但选择同时也受经济、环保及能源利用技术等方面的影响[1]。本文从技术性、环境影响和经济性角度对4种热源形式进行比较和分析。2.1技术性分析

2.1.1集中供热(燃煤系统)

常用的集中供热方式包括区域锅炉房和热电联产。

本文以热电联产作为分析集中供热热源形式的代表。

集中供热是热力集团将市政热力通过管线把热源输送到住户家中，是一种持续、有效、安全的供热方式。但由于住户距离热源较远，室外管网输配过程有一定的沿途损失，热力集团作为企业要考虑运营成本，只有住宅小区达到一定入住率才能统一供暖，这也是近些年入住率低的新建住宅普遍遇到的问题。2.1.2地源热泵

地源热泵是一种先进的技术，可利用可再生能源，即地表浅层资源，

机组效率高[2]，与燃煤、燃气热源相比可有效改善大气环境。但土壤导热系数小，所需换热面积大，这就需要室外有较大的埋管空间；另外对施工安装要求的技术比较高；同时，要求冬季的取热量与夏季的释热量总体平衡，否则长期使用会破坏地层的温度环境[3]。2.1.3户式中央空调

中央空调通过风管把冷热风送至每个房间，可对每个房间实行单独的温、

湿度控制，若引入一定新风量，可改善室内的空气品质。采用电能驱动，减少污染气体的排放。但当室外温度较低时，需要频繁除霜，会导致室内温度无法满足要求；另外，天花板内放置的末端装置在运行时产生的噪声对室内人员的工作或休息都有影响。2.1.4家用燃气炉

随着燃气管网覆盖面积的增加，环保高效的燃气应用愈加广泛。家用燃气炉独立控制性较好，可以根2

据室内人员的个性化要求进行调节，不受整体住宅入住率的影响，还可以利用开发商已经安装好的末端装置，

同时，为住户提供生活热水。但由于燃气的可燃性、可爆炸性，在高密度住宅区内的大量使用存有安全隐患。

2.2环境影响分析2.2.1对大气的影响

全球能源利用最主要问题之一即环境污染。CO2、CO、NOx、SO2等有害气体对大气环境以及人体健康会产生严重的危害。不同的热源方式采用不同的燃料所产生的污染物排放量也不同。由于地源热泵不同于燃料燃烧作为热能，

该种方式对大气的影响是最小的。户式中央空调是采用电能驱动的空气源热泵，故对大气的影响次之。由表2可知[4-5]，

集中供热的热电联产与燃气方式相比，总污染物排放量在一个周期内是最大的，该种方式对大气的影响也最大。

表2

不同燃料燃烧的污染物排放量g·m2·a-1污染气体NOXSO2CO烟尘CO2总计热电联产148.42613.769.8452015.1652.44×103燃气

83.2

0.28

28.42

13.63

35144.47

35.27×103

2.2.2对土壤热物性的影响

地源热泵在冬季通过热泵把热量从土壤中带到室内，夏季再通过热泵把室内的热量释放到土壤中。该系统如果在冬季的取热量与夏季的释热量有较大差异，且长期使用会使土壤温度逐年降低或逐年升高。本项目位于青岛，属于寒冷地区，既有冬季热负荷又有夏季冷负荷，但仍要通过计算不平衡率后再确定该热源方式是否适用，不能盲目使用。2.2.3对室内声环境的影响

采用集中供热的热电联产方式时，热源集中，输配系统的动力装置也集中放置，室内远离热源，热源处产生的噪声不会对室内造成影响；另外室内配备的末端装置多数为自然对流或辐射散热，自身不产生噪声。

地源热泵的供热方式是否给室内带来噪声由其放置的位置决定，虽然室内的末端装置在散热过程中没有噪声，但若热泵装置的位置与住户较近，长期运行产生的噪声及振动，一方面会令人产生烦躁感，另一方面会对听觉器官产生不良影响，甚至会引起人体的某些功能异常。

户式中央空调系统产生的噪声主要来自2个方面。一是室外主机运行时，风机转动产生的噪声，由于只有1台室外主机，所以只有与室外机放置相邻的房间会受到影响，其他房间基本不受影响；二是分别接至每个房间(区域)的末端装置(风盘)，该末端装置散

郭铁明，等：青岛几种热源和末端装置供热性能的研究

热(供冷)靠强制对流，需要风机提供动力，因此也会产生噪声。

家用燃气炉的供热方式，由于燃气炉及循环水泵均在户内运行，且二者均产生一定的噪声，若能把主机与泵放置在阳台，则能减少噪声及振动对功能房间的影响。2.3经济性分析

本文主要对适用于青岛地区的4种热源+末端装置形式进行经济性分析与比较，青岛地区住宅类用户的主要经济参数包括：阶梯电一档0.5469元/kW·h，阶梯电二档0.5969元/kW·h，阶梯电三档0.8469元/kW·h；高层(含污水处水价多层(含污水处理费)2.5元/m3，

理费)2.9元/m3；天然气价2.4元/m3(热值为33472~

35564kJ/kg)；燃煤价650元/t(热值为20934kJ/kg)。

分析前提是认为每种供热方式均为连续性供且室内参数要求一致。经济性分析指标主要包括热，

初投资和运行费用[6]。初投资是一次性费用，运行费用则是长时期的消耗，而年总费用法能同时考虑初投资和运行费用2种因素，是一种直观的评价方法[7-9]。各方案初投资的对比如表3所示。热电联产是联合热源的初投资不必单独考虑；生产电能和热能的方式，

户式中央空调与家用燃气炉属于独立式系统，没有热网的投资费用。热电联产和地源热泵的年折算值均按供热系统能够安全运行20年计算，户式中央空调和户式燃气炉的年折算值均按供热系统能够安全运行15年计算。

表3各方案初投资对比

项目热源/(元/m2)热网/(元/m2)末端装置/(元/m2)合计/(元/m2)年折算值/(元/m2)

热电联产+地暖盘管

-5040904.5

地源热泵+地暖盘管

254(含打井)

504034417.2

户式中央空调+风机盘管

220-5027018

户式燃气炉+地暖盘管

60-401006.7

在运行费用中，燃料的消耗占有较大比例，需单热电联产燃煤和户式燃气炉燃气的燃料独进行计算。

表4

燃料种类燃煤(热电联产)燃气(户式燃气炉)

热值/(kJ/kg)2094934518

锅炉效率/%

6890

消耗量及燃料消耗费用的计算结果如表4所示[10]。地源热泵和户式中央空调没有额外的燃料费用。

燃煤和燃气的燃料消耗量及燃料消耗的费用

热网效率/%

90100

燃料消耗量/(kg/m3)

20.758.56

燃料单价/(元/kg·m3)

0.652.4

燃料费用/(元/m2)

13.4920.54

各方案的运行费用如表5所示，其中户式中央空调和家用燃气炉是独立式系统，不需要专业技术人员的后期维护管理，均没有人工及福利费用。地源热泵与户式中央空调虽然是夏季和冬季分别供冷和供暖，此处只比较冬季供暖的情况，因此，运行费用仅考虑冬季，不考虑夏季。

表5各方案的运行费用(含燃料费)

项目/(元/m·a)热电联产地源热泵户式中央空调户式燃气炉燃料费用(煤、气)

水费电费人工及福利折旧费大修理费合计

13.51.02.01.12.70.921.2

-1.022.8120.527.3

--40-20363

20.54-1.6-3.80.826.74

2

以看出，费用年值：热电联产

央空调的经济性较差。

表6

初投资折算费用

运行费用费用年值

各方案年总折算费用的对比4.521.225.7

17.227.344.5

186381

6.726.7433.4

项目/(元/m2·a)热电联产地源热泵户式中央空调户式燃气炉

3末端装置的比较与分析

3.1末端装置对室内整体布局的影响

(1)地暖盘管采用水平绕行方式敷设在混凝土地面内部，整个结构从上到下依次是面层、找平层、填充层、防水层和绝热层[11]，也由此会导致建筑物层高增加0.05~0.07m，地暖盘管敷设在地面内，并不影响地面上家具的摆放，室内空间不受影响。

(2)风机盘管较多在室内吊顶内部卧式暗装，可以

3

根据表6各方案的年总折算费用的对比结果可

郭铁明，等：青岛几种热源和末端装置供热性能的研究

配合室内的装修情况，但会导致室内局部层高降低，

另外需要连接配管，会占用一定的空间，因此，较少采

吊顶内部的安装方式不影响用室内立式明装的方式。下层空间的家具放置。

3.2末端装置的传热方式对热舒适性的影响

(1)地暖盘管采用低温辐射的传热方式，温度场水平方向较为均匀，竖直方向下热上冷的趋势符合人体很受用户的欢迎，住宅的的生理要求。在近10年里，

配置率也逐渐增多，另外其可利用低品位热媒，可考虑选择与可再生能源相配合。

(2)风机盘管采用强迫对流方式换热，通过风机的带动抽引室内回风，然后将处理好的空气强制送出。若采用卧式暗装的方式，室内气流组织为侧送方式，顶部为受限射流，工作区为回流区[12]，射流不直接吹响人体，回流区温、湿度较为均匀。但竖直空间的温度梯度较大，且上热下冷，不符合人体需求。

对以上2种末端装置分别从整体布局和传热方式进行对比和分析，综合来看，冬季供热时，采用地暖盘管更为适用。

4种热源方式进行了比较，根据比较的结果，采用价值工程原理，确立一致方案评价模型，能够较为直观地选择出最优方案[13-16]。

价值工程以提高产品或作业价值为目的，寻找用最低的寿命周期成本实现使用者所需的功能。“价值”是指作为某种产品或作业所具有的功能与获得该功能的全部费用的比值。

所以，利用价值工程的原理对4种热源方式进行综合评价，计算每种热源方式的价值系数Vi，获得最佳方案。确定价值系数的过程中，功能重要度系数采各功能评分采用10分制，用4分制一对一比较打分；

某方案该项功能最佳得分10分，其他方案对比该方案打分。该评价模型主要进行成本分析和功能分析，根分别对技术成熟据4种热源方式及末端装置的特点，

性、环境影响(包括对大气的影响、噪声的影响和对土壤热物性的影响)、经济性(包括初投资和年运行费用)、系统使用寿命、系统安全性、系统运行灵活性、末端装将定性分析转化成置热舒适性等十项指标综合评定，定量比较。

4.2综合评价分析过程

将上文对热源的综合供热性能、经济性的比较以及对末端装置的比较和分析汇总于表7。

44种热源方式及末端装置的综合评价分析

4.1采用价值工程原理进行评价分析

上文从技术性、环境影响以及经济性3个方面对

表74种热源方式及末端装置的综合性能指标

性能指标热电联产地源热泵户式中央空调户式燃气炉

初投资/万元

[1**********]

运行费用/万元

21.227.36326.74

使用寿命/a

20201515

技术成熟性一般好很好较好

环境影响较差很好好好

安全性很好很好很好一般

系统运行灵活性

较差一般很好很好

末端装置舒适性

很好很好好很好

经过对功能重要度系数4分制的比较打分，计然后结合表7中各功算出各项功能的系数得分；

能的10分制打分，能计算出各项方案的功能评价

表8

性能指标热电联产地源热泵户式中央空调户式燃气炉

初投资/万元

[1**********]

运行费用/万元

21.227.36326.74

系数。各方案的成本系数和功能评价系数见表8，根据表8可计算出每项方案的价值系数，进行综合对比。

各项方案价值系数的对比

费用年值/万元

25.744.58133.4

成本系数Ci

0.1390.2410.4390.181

功能系数Fi

0.2480.2480.2630.241

价值系数Vi

1.7811.0290.5991.331

价值系数的综合评价结果为：热电联产>户式燃气炉>地源热泵>户式中央空调。

锅炉燃煤释放的污染气体及颗粒物，在住宅密集度较大的区域，更适合这种供暖方式。

(2)分散式的户式燃气炉+地暖盘管方式也较好，由于户式燃气炉能够同时满足生活热水的要求，另外其独立的灵活性可以使用户在采暖初期和采暖末期根据天气变化情况自主调节供热水平，因此在住宅较

5结论

(1)综合评价分析结果表明集中式的热电联产+地暖盘管的供热方式最好，青岛地区冬季的室外平均温度虽然不太低，但供暖期较长，约140余天，为减少小4

郭铁明，等：青岛几种热源和末端装置供热性能的研究

为分散的区域，该种供暖方式适用；

(3)由于地源热泵+地暖盘管的价值系数大于1，说明该种热源方式也具有一定的应用价值，而且地源也可以同时满足生活热泵除了满足供暖的要求之外，

热水的使用要求，以及夏季兼具供冷的要求。因此，当室外埋管空间允许，且地质条件满足要求，冬夏符合值相当时，可适当发展该种清洁、可持续的供暖方式。

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作者简介：郭铁明(1978)，女，辽宁锦州人，讲师，在读博士研究生，主要从事建筑节能以及室内环境舒适性方面的研究([email protected])。

行

业资

讯

吉林：建筑垃圾变废为宝绿色建材就地生产

“这个处理站每小时可处理50吨建筑废弃物。经过这个处理站回收处理后，建筑垃圾利用率可达90%。”投资建设该处理站的吉林省乾旭建业集团有限公司董事长明臣说。据介绍，这个处理站是吉林省首座移动式建筑废弃物处理站，它能够使建筑废弃物真正实现资源化、再生化、减量化，节约了天然资源。所有新建、改建、扩建及拆除工程现场产生的建筑废弃物，经移动式建筑废弃物处理站分拣、剔除或粉碎后，产生的骨料可用于生产各种空心砌块、铺地砖及水工砌块；产生的渣土细料可用作路基施工。明臣说，使用移动式建筑废弃物处理设备一边拆除，一边可以进行建筑废弃物的破碎，可以实现绿色建材的就地生产。同时拆除现场采取严格的防尘措施，防止拆迁现场扬尘的产生。这对治理雾霾、保护生态环境也具有重要意义。事实上，明臣的企业从事建筑垃圾综合利用只是吉林省推动该项工作的缩影。据了解，对于大规模需要处理的建筑垃圾，吉林省还探索建立了处理基地，解决那些移动式处理站一时不能消耗的问题。吉林省还积极推动建筑垃圾综合利用科技联合攻关，有关企业和

吉林建筑大学等高校已经建设了联合研发机构，开展建筑垃圾系列产品的研发和生产。目前，一些研究成果已经开始运用到实践中去。3年来，吉林省财政不断加大资金投入力度，累计筹措落实资金1000万元，支持长春、吉林等12个省级试点城市开展建筑废弃物综合利用。截至目前，吉林省级试点城市已建成建筑废弃物填埋场37座，发展建筑废弃物综合利用企业28家，每年消化建筑废弃物约52万吨，主要产品是新型墙体砌块、地面硬化砖、城市排水沟渠用盲孔砖和水利防洪用透水砖等。据吉林省住建厅初步测算，建筑垃圾利用工作拉动了绿色建材、机械制造、建筑安装等相关产业投入资金10亿元左右，促进经济增长方式转变，扩大了就业，成为吉林省经济新的增长点。吉林省住建厅副厅长刘萍表示，未来，吉林省将研究制定在吉林省建筑废弃物综合利用工作中引导民间资本积极参与，鼓励社会资本采用PPP(政府和社会资本合作)等投资合作模式，通过特许经营方式参与建筑废弃物资源化利用工作。

(来源：《中国建设报》2015-09-21张建)

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