煤改電中空氣源熱泵供暖方案的優化分析

賈興旺

近些年來，雖然我國經濟社會發展比較迅速，但是能源的消耗量與日俱增，尤其是化石燃料燃燒過程中所排放的污染物會增加生態環境的壓力。2013年國務院制定并頒發了《大氣污染防治行動計劃》，極大的推動了清潔能源工程的發展，如“煤改電”、“煤改氣”等。在上述工程中，空氣源熱泵得到了廣泛的應用，其既可以避免燃料不完全燃燒所排放的污染物，而且還可以滿足人們的取暖需求，達到生態環保與經濟效益的雙重要求。鑒于此，本文對煤改電中空氣源熱泵供暖方案的優化進行分析，以供參考。

煤改電;空氣源熱泵供暖方案;優化

隨著城市化建設和生態環保的發展，有效的推動了煤改電的進程，通過對空氣源熱泵供暖方案進行調整和優化，既能夠有效降低系統的運行能耗，而且還能夠提高室內的舒適度，在滿足用戶供暖需求的同時，還可以達到生態環保的要求。

空氣源熱泵技術是一種清潔能源技術，也是一種環境空氣中低溫熱源的節能技術，通過壓縮機的高效熱收集器成為高溫熱源，然后通過熱交換器將熱量輸送到水中供暖或供熱。與空調相比，空氣源熱泵冷凝溫度較高，蒸發溫度較低，自適應介質溫度較寬，室外環境總溫度可在-15 ～ 40℃的溫度下使用。與燃煤相比，空氣源熱泵加熱技術采用的是不耗大量燃料的可再生能源，熱泵安裝簡單，占地面積小，不需要土建投資，沒有污染物排放，沒有灰塵凈化對環境造成二次污染，節省了材料、人事管理和控制、維護和管理費用，滿足了綠色節能、環境保護和可持續發展的要求。

（1）空氣源熱泵系統冷熱源合并，不用特別設置鍋爐房和冷凍機房，機組隨意放置，不占用有效建筑使用面積，安裝施工十分便捷。（2）空氣源熱泵系統沒有冷卻水這部分動力消耗環節，冷卻水消耗環節帶來的污染導致細菌感染的病例已屢見不止，從全面健康角度，空氣源熱泵也有明顯的優勢。（3）空氣源熱泵系統不需要傳統燃煤設施那種龐大的機器本體及供應燃料輸送、除塵機器和排放煙氣及燃料殘渣系統，總體設計便捷、系統穩定可靠、對環境沒有破壞影響。（4）空氣源熱泵采用模塊化機組設計，無需考慮備用設備，使用過程中電腦主動控制，調節機器的運行及使用狀態，便于工作環境與輸出功率相匹配。（5）空氣源熱泵的供暖熱效能受外界氣候直接影響。（6）在我國北方冬季低溫的情況下，由于空氣源熱泵冬季集中大量供熱量不足，建議增設輔助加熱器。

《民用建筑供暖通風與空氣調節設計規范》GB50736-2012中明確規定：在進行空氣源熱泵熱負荷進行計算時，需要滿足如下要求：（1）通風過程所需消耗的熱量;（2）圍護結構所需熱負荷;（3）外門開啟與冷風滲透過程中，在冷空氣加熱階段需要的耗熱量;（4）其他途徑所需要消耗和獲取的熱量。通常情況下，空氣源熱泵所產生的熱負荷主要由兩部分組成，即新風負荷和室內負荷，如果空調系統未經加濕處理時，將會采用與供暖系統一樣的熱負荷公式進行計算。本次研究過程中為了使房間具備良好的氣流組織，采用了TLX-A21立式明裝風機盤管4臺，每臺風機盤管能夠產生1.178kW的供熱量。根據《風機盤管機組》GB/T19232-2

3.1熱指標計算法

大部分早期建筑物為了能夠達到節能效果，且保證煤改電的順利進行，就需要對既有建筑進行改造，此時可能會因為圖紙的丟失和不足，而導致優化方案無法順利進行，此時可以借助熱指標法對其進行估算。通常情況下，熱指標法包括了體積指標法和面積指標法兩種方法，其中面積指標法一般是在室內外溫差為1℃的情況下，每平米建筑物所對應的平均熱負荷。體積熱指標法一般是指在室內外溫差為1℃的情況下，每立方米建筑物所對應的采暖熱負荷。建筑熱負荷不僅與建筑面積有關，而且與建筑物的窗墻比、體形系數等有關，主要取決于建筑物通過圍護結構向外界所傳遞的熱量。實際上，面積熱指標法所對應的計算過程和結果更為直觀，而且計算過程相對簡便，因此在空氣源熱泵設備校核計算過程中得到了廣泛的應用，并取得了不錯的應用效果。

3.2風機盤管在不同出風速度下的制熱量修正

本次研究所選擇的風機盤管在進行高檔位運行過程中，所產生的制熱量，通過與速度修正系數相乘就能夠獲得中速和低速運行狀態下風機盤管的制熱量。通過分析得知，餐廳2選擇了TXL-A21型號的風機盤管，通過對進風口空氣干球溫度和進水溫度進行校核發現，在高速風量下，風機盤管的單臺制熱量為2.124kW，在中速條件下，所對應的制熱量修正系數為0.88，這樣一來風機盤管的單臺制熱量達到了：2.124×0.88=1.869kW。在實際情況下，室內熱負荷所需制熱量1.178kW，而改造后風機盤管所對應的最終制熱量達到了1.869kW，符合餐廳2室內所需熱量要求。

4.1空氣源熱泵的溫度適應性

（1）對于夏熱冬冷地區：冬季濕冷，1月平均氣溫0-10℃，年平均氣溫小于5℃的日數為0-90天;夏熱冬冷地區的氣候特征是夏季悶熱，7月份平均地區氣溫25-30℃，年日平均氣溫大于25℃的日數為40-100天;氣溫的日較差較小，年降雨量大，日照偏小。這些地區的氣候特點非常適合于應用空氣源熱泵。（2）對于云南大部，四川西南部、貴州，西藏南部一小部分地區：這些地區1月平均氣溫1-13℃，年日平均氣溫小于5℃的日數0-90天。在這樣的氣候條件下，過去相當長的一段時間建筑物在設計環節就不考慮采暖設備的運用。但是，近年來隨著現代化生活水平的提高和建筑水平的提升，人們對居住和工作建筑環境要求也日益提高，因此，這些地區的公寓等建筑也開始因地制宜的設置采暖系統。在這種氣候條件下，選用空氣源熱泵系統是最合適不過的。（3）傳統的空氣源熱泵機組在室外空氣溫度高于-3℃的情況下，均能可靠安全地運行。所以，空氣源熱泵機組的應用范圍便順勢由南向北開始擴展，即已進入氣候區劃標準的II區的部分地區內。這些地區氣候特點是冬季氣溫較低，1月平均氣溫為-10-0℃，但是在采暖期里氣溫高于-3℃的時數卻占很大的比例，而氣溫低于-3℃的時間多出現在夜間。

4.2空氣源熱泵的可行性

目前，我國北方冬季供暖時間較長，且供暖特點為集中量大。為相應國家節能減排的政策，北方供暖已經由原來的燃煤供暖逐漸替換成電供暖，小網供暖合并成大網，空氣源熱泵在北方是有自己廣闊的市場，只是因地制宜這張牌要想在北方打的響亮，我們需要對空氣源熱泵給予更加靈活的運用，或者是再次嚴謹論證的科研。

空氣源熱泵供暖是一種清潔的供暖方式，且在嚴寒地區的實際運行具有很好的前景，但空氣源熱泵實施供暖過程中并不是完美，室外蒸發器結霜、熱泵性能較低等問題都必須給予重視。基于此，對其在嚴寒地區的實際供暖可行性進行分析。對供暖主體構造、性能、運行原理略有疏忽，都會影響我們對空氣源熱泵的可行性分析的準確性，所以全面了解空氣源熱泵及其工作環境，判斷兩者配合發揮的熱效能及持續性等等，才能綜合評價出可行性。

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