空氣源熱泵供暖系統(tǒng)的應(yīng)用研究

沙雨亭

空氣源熱泵供暖系統(tǒng)是近幾年出現(xiàn)的一種復(fù)合型供暖系統(tǒng)，與傳統(tǒng)供暖系統(tǒng)不同地是該供暖系統(tǒng)的熱源系統(tǒng)是復(fù)合項(xiàng)的，分別由空氣源熱泵和固體直熱鍋爐共同組成。這種新型的供暖系統(tǒng)通常采用一種冗余系統(tǒng)的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，該種特有的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使得其不但穩(wěn)定性有明顯的提升，并且安全性也大大的提升了。兩個(gè)熱源同時(shí)工作，即使是其中一個(gè)熱源出現(xiàn)故障整個(gè)系統(tǒng)也不會(huì)受到影響。除此之外，該系統(tǒng)還有具有溫度分布均勻、人體熱感覺舒適性好等優(yōu)勢(shì)，基于此類優(yōu)點(diǎn)該系統(tǒng)被廣大居民用戶所喜愛。但是其在運(yùn)行之中也難免會(huì)有部分問題亟待解決，本文將結(jié)合空氣源熱泵供暖系統(tǒng)主要特點(diǎn)以及現(xiàn)階段運(yùn)行應(yīng)用情況進(jìn)行有效分析，借助實(shí)際應(yīng)用案例進(jìn)行應(yīng)用性探究，希望本文的結(jié)論和建議能夠?qū)ξ覈┡袠I(yè)的發(fā)展有一定的推進(jìn)作用。

空氣源熱泵供暖系統(tǒng)與傳統(tǒng)的系統(tǒng)比較存在著明顯的優(yōu)勢(shì)，但是由于該系統(tǒng)是一種新型的系統(tǒng)，所以在安裝的過程中往往會(huì)有更多的苛刻條件限制。除此之外，在具體的應(yīng)用過程中，系統(tǒng)工作過度地依賴空氣源熱泵熱水機(jī)組出水溫度的高低，末端的處理方式也有待優(yōu)化，通常采用最多的就是風(fēng)機(jī)管和低溫地板輻射供暖兩種形式，而對(duì)于使用散熱器作為末端設(shè)備的系統(tǒng)研究相對(duì)較少，除此之外對(duì)于該系統(tǒng)在工程實(shí)際中應(yīng)用的許多問題也亟待解決，尤其是其實(shí)際應(yīng)用效果與系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)投入、建筑整體結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、地區(qū)的氣候條件等諸多因素之間的問題，這些問題都需要結(jié)合實(shí)際應(yīng)用進(jìn)行驗(yàn)證和改進(jìn)。針對(duì)上述情況，對(duì)某一村莊進(jìn)行了現(xiàn)場實(shí)際勘測(cè)，然后對(duì)其基本工作流程和調(diào)整方式進(jìn)行了一系列的探究，主要對(duì)該系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用效果進(jìn)行了分析研究。

一、空氣源熱泵供暖系統(tǒng)、工作流程以及熱泵簡介

1.空氣源熱泵供暖系統(tǒng)簡介

空氣源熱泵供暖系統(tǒng)采用了多種先進(jìn)的通信設(shè)備采集現(xiàn)場設(shè)備運(yùn)行參數(shù)。例如系統(tǒng)中常用的故障數(shù)據(jù)處理，系統(tǒng)回路中電表設(shè)備的電能累積值，其中包含有電流值、電壓值以及整個(gè)回路系統(tǒng)中水溫等基本數(shù)據(jù)的收集。該系統(tǒng)通過借助PLC控制器對(duì)整個(gè)系統(tǒng)中所有電器設(shè)備以及各個(gè)儀表實(shí)現(xiàn)數(shù)字化控制，然后通過先進(jìn)的數(shù)據(jù)上傳技術(shù)將數(shù)據(jù)上傳至控制平臺(tái)，最終使得整個(gè)房間的溫度值都能夠滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。

2.工作流程

通常情況下，首先啟動(dòng)循環(huán)泵，使得整個(gè)系統(tǒng)的水循環(huán)起來，然后經(jīng)過短暫的時(shí)間之后需要對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行補(bǔ)水操作，之后經(jīng)過幾分鐘時(shí)間，如果室外的溫度大于零下十五攝氏度，那么相應(yīng)的PLC控制系統(tǒng)就會(huì)向熱泵發(fā)出信號(hào)，緊接著熱泵開啟，但是接到開啟命令之后，熱泵系統(tǒng)會(huì)首先進(jìn)行自動(dòng)檢測(cè)，合格之后才會(huì)進(jìn)行正常工作，熱泵設(shè)備的壓縮機(jī)全部啟動(dòng)后，根據(jù)系統(tǒng)回水的目標(biāo)溫度，控制系統(tǒng)決定是否開啟固體直熱鍋爐作為備用熱源投入使用。

3.空氣源熱泵的特點(diǎn)

首先，它具有良好的安全性特點(diǎn)，受基本原理影響，該種熱泵技術(shù)并不是采用電熱元件直接加熱，因此相較于傳統(tǒng)的電熱設(shè)備，它就沒有電、氣泄漏等造成的安全事故問題。其次，那就是其具有舒適性的特點(diǎn)，空氣熱源泵采用的可再生資源，其可以根據(jù)環(huán)境的溫度及時(shí)地進(jìn)行水量調(diào)整，從而促使整個(gè)系統(tǒng)的溫度能夠一直處于微調(diào)整狀態(tài)，熱量的變化區(qū)間就會(huì)相對(duì)變小，并且變化過程也會(huì)相對(duì)平滑，因此可以促使環(huán)境更加舒適。最后，相對(duì)節(jié)省資源，據(jù)有關(guān)數(shù)據(jù)表明，在熱水量一定的情況下，為了維系水溫穩(wěn)定，空氣能熱泵只需要傳統(tǒng)泵的四分之一資源消耗，那么整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)營就會(huì)更加地節(jié)省資源。

二、空氣源熱泵供暖系統(tǒng)的應(yīng)用研究

1.測(cè)試對(duì)象及供暖系統(tǒng)

測(cè)試對(duì)象為某市某農(nóng)村住戶，所選的地區(qū)位于我國北方地區(qū)，其屬于寒冷地區(qū)，一般情況下供暖期大概從前一年十一月下旬至次年三月初，長達(dá)三個(gè)月左右。此次研究對(duì)象建筑類型選取平房，占地面積約為一百七十平方米左右，但實(shí)際有效的供暖面積不足九十八平米，建筑的風(fēng)格以及房間布局及散熱器主要的分布情況大概如下圖所示。該房屋為獨(dú)立體，四周主要是由外墻包圍，雖然研究對(duì)象為平房，但是在測(cè)試之前對(duì)房屋已經(jīng)進(jìn)行了相應(yīng)的保溫處理，主要的處理方式和樓房的一致。當(dāng)然房屋的頂部和底部也都進(jìn)行了類似于樓房的保溫處理。此次主要對(duì)該建筑中的某一個(gè)房間進(jìn)行詳細(xì)的研究觀察。

2.溫度測(cè)量

采用具有自動(dòng)記錄功能的記錄儀，對(duì)室內(nèi)外的溫度進(jìn)行全天候的溫度檢測(cè)記錄。當(dāng)測(cè)量室外的溫度時(shí)，應(yīng)盡量將溫度測(cè)量儀放置在距離建筑物比較遠(yuǎn)的地方，周圍也盡量不要有熱源。防止因?yàn)槲恢眠x擇不當(dāng)，而造成測(cè)量數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確的情況發(fā)生。在進(jìn)行室內(nèi)溫度測(cè)量的時(shí)候，通常情況下會(huì)將測(cè)溫儀放在距離地面一米五左右的高度，并且要保證它與發(fā)熱裝置保持一定的有效距離，同時(shí)還要避免太陽的直射。在進(jìn)行試驗(yàn)的時(shí)候，為了確保數(shù)據(jù)的真實(shí)性和科學(xué)性，還要在目標(biāo)體房間設(shè)置更多的溫度測(cè)量點(diǎn)，具體的可以設(shè)置多個(gè)高度，例如0.1/1.0/1.5三個(gè)地方置放溫度測(cè)量裝置，這樣可以更加立體地進(jìn)行溫度測(cè)量，這樣的數(shù)據(jù)也更能全面地反應(yīng)屋內(nèi)的實(shí)際溫度。

3. 室內(nèi)溫度分布

下表為目標(biāo)房間24小時(shí)溫度記錄，通過對(duì)各個(gè)房間日平均溫度變化情況進(jìn)行詳細(xì)的測(cè)量之后。整體可以看出，測(cè)試期間室外日平均溫度處于波動(dòng)狀態(tài)，且室外溫度幾乎全天都在5℃以下，有時(shí)甚至在-10℃左右，但是室內(nèi)溫度基本保持恒定，最低室內(nèi)溫度還保持在18℃以上，有的房間可以達(dá)到21℃，這些溫度數(shù)據(jù)基本符合國家標(biāo)注規(guī)定的供暖要求。

時(shí)間位置 室內(nèi)0.1米高度 室內(nèi)1.0米高度 室外1.5米高度 室外1 18.6℃ 18.5℃ 18.5℃ -11.6℃2 18.5℃ 18.5℃ 18.5℃ -10.2℃3 19.6℃ 19.5℃ 18.5℃ -10.6℃4 19.6℃ 19.5℃ 19.5℃ -10.5℃5 19.8℃ 19.4℃ 19.5℃ -10.2℃6 19.9℃ 19.8℃ 19.4℃ -9.6℃7 20.6℃ 20.4℃ 20.2℃ -8.2℃8 20.5℃ 20.2℃ 20.8℃ -7.2℃9 21.5℃ 20.8℃ 21.2℃ -5.2℃10 21.6℃ 21.2℃ 21.1℃ -6.2℃

4. 散熱器表面溫度與室內(nèi)溫度對(duì)比，分析系統(tǒng)應(yīng)用適用性

上述系統(tǒng)中換熱主要是通過對(duì)流換熱和輻射換熱方式進(jìn)行，針對(duì)目標(biāo)房間的數(shù)據(jù)進(jìn)行詳細(xì)分析可以得知，散熱器表面溫度與室內(nèi)環(huán)境溫度相差較大，室內(nèi)末端換熱溫差大，大量損耗發(fā)生在室內(nèi)末端。采用空氣源熱泵進(jìn)行低溫供暖時(shí)，如果保證末端散熱器溫度一直趨于35-40℃，室內(nèi)溫度就能保持在18-19℃，散熱器表面與室內(nèi)溫差大概在20℃左右，這個(gè)數(shù)值是小于傳統(tǒng)供暖系統(tǒng)溫差值的，因此該種系統(tǒng)不僅能夠使得房間內(nèi)溫度始終處于小范圍區(qū)間內(nèi)，而且還能控制整個(gè)房間的溫度均勻性，還能有效地節(jié)約能源消耗。

三、結(jié)語

針對(duì)此次空氣源熱泵散熱器供暖系統(tǒng)進(jìn)行了實(shí)際用戶應(yīng)用測(cè)試研究，從測(cè)試結(jié)果可以看出系統(tǒng)非常穩(wěn)定，尤其是在室內(nèi)溫度均勻性保持方面，因此該系統(tǒng)可以大大地提升用戶居住的舒適度，另外，散熱器與室內(nèi)外的溫度差異與傳統(tǒng)系統(tǒng)相比也有著明顯的節(jié)能優(yōu)勢(shì)，空氣源熱泵供暖系統(tǒng)是一種科學(xué)、技術(shù)先進(jìn)、節(jié)能環(huán)保的供暖系統(tǒng)。不僅可提升居民居住環(huán)境的舒適性，而且可推動(dòng)我國供暖行業(yè)持續(xù)有序發(fā)展。