超低環(huán)溫空氣源熱泵在高寒地區(qū)建筑供暖中的應用

水春雨

(中國鐵道科學研究院節(jié)能環(huán)保勞衛(wèi)研究所，北京 100081)

傳統(tǒng)空氣源熱泵受環(huán)境溫度的影響較大，在低溫寒冷地區(qū)，其制熱量和效率會隨環(huán)境溫度的降低下降很快，在環(huán)境溫度低于-5℃時，甚至無法啟動［1］。近些年，隨著空氣源熱泵技術的發(fā)展，中國鐵道科學研究院節(jié)能環(huán)保勞衛(wèi)研究所研發(fā)出超低環(huán)溫空氣源熱泵，其在低環(huán)境溫度下，仍能高效制熱，為嚴寒地區(qū)鐵路沿線建筑冬季供暖問題提供了新的可選方式。

1 超低環(huán)溫空氣源熱泵性能

針對高海拔地區(qū)、高寒地帶的氣候特點和設備運行特性，對制冷系統(tǒng)、壓縮機、制冷劑和控制系統(tǒng)進行針對性設計、篩選和革新，研發(fā)出超低環(huán)溫空氣源熱泵，在超低環(huán)境溫度下，仍具有較高制熱效率。經試驗測試(見表1)，在-30℃環(huán)境下，熱水進出水溫度40℃/45℃，機組制熱能效比達2．18。

表1 30HP超低環(huán)溫空氣源熱泵制熱技術參數(shù)

2 項目應用

2．1 項目概況

某鐵路工區(qū)建筑位于青藏高原唐古拉高寒地區(qū)，共兩層，總面積2 200 m2，包括宿舍區(qū)、展廳、活動室、餐廳、辦公區(qū)等功能區(qū)域。該地區(qū)冬季環(huán)境空氣溫度低至-30℃，空氣稀薄，密度約為平原地區(qū)的 60%左右［2］。

2．2 熱源比選

本項目為新建建筑，地處偏遠，無法接入市政供暖系統(tǒng)，燃氣也未接入，綜合考慮油、煤運輸困難費用高，以及節(jié)能環(huán)保等要求，不宜采用燃煤鍋爐、燃氣鍋爐、燃油鍋爐、電鍋爐等傳統(tǒng)方式。常規(guī)的太陽能供熱系統(tǒng)很難滿足“全天候”的要求，為滿足“全天候”要求，需采用電加熱為輔助熱源，將消耗大量優(yōu)質能源，由于能流密度小，需要的集熱面積大，投資大。地源熱泵系統(tǒng)供熱能效比較高，但是，本項目只需冬季供熱，夏季無制冷需求，采用地源熱泵可能導致土壤溫度失衡，同時考慮高原凍土不宜擾動。經綜合比選，采用超低環(huán)溫空氣源熱泵作為供暖熱源。

2．3 系統(tǒng)設計

工區(qū)建筑采暖面積為2 200 m2，分上下兩層，層高3．3 m，建筑物墻厚為200 mm，內墻保溫，建筑采暖設計總熱負荷120 kW。冬季采暖室外設計計算溫度為-30℃，設計使用5臺 FSCH30LI型超低環(huán)溫空氣源熱泵，水側進水溫度40℃，出水溫度為45℃，末端采用風機盤管。

2．4 效益分析

傳統(tǒng)的空氣源熱泵當環(huán)境溫度低于-5℃時，機組效率極低，甚至無法開機，需加輔助熱源，輔助加熱時的能效比小于1。與傳統(tǒng)的空氣源熱泵相比，本方案采用的超低環(huán)溫空氣源熱泵，無需輔助熱源，在-30℃的環(huán)境溫度下，制熱效率仍可達到2．18，在唐古拉嚴寒地區(qū)運行，冬季全天平均能效比超過2．5。與電鍋爐供熱相比，節(jié)電50%以上。

超低環(huán)溫空氣源熱泵可全天候使用，不受地面環(huán)境和地質條件的限制，可擺放在室外，且占用空間小，全自動控制，無需人員值守，日常維修維護方便。

3 結語

超低環(huán)溫空氣源熱泵在高寒地區(qū)建筑供暖中的應用，既解決熱源供應的難題，又具有顯著的節(jié)能環(huán)保效益，而且施工安裝便利，運行維護簡單，為嚴寒地區(qū)鐵路沿線建筑冬季供暖問題提供了新的可選方式。隨著國內外超低環(huán)溫空氣源熱泵技術不斷研發(fā)升級，性能更優(yōu)的超低環(huán)溫空氣源熱泵將更加節(jié)能環(huán)保。

［1］ 柴沁虎，馬國遠．空氣源熱泵低溫適應性研究的現(xiàn)狀及進展［J］．能源工程，2002(5):25-30．

［2］ 祁貴明，王發(fā)科，王彤，等．唐古拉山地區(qū)氣候資源特征及牧業(yè)氣候區(qū)劃［J］．青海科技，2007(3):22-23．