北方地區(qū)空氣源熱泵供暖的實(shí)用性研究

邊原寬?吳偉?汪翰林?溫佳鑫?何銳?王夏菲

摘 要：隨著人民生活水平的不斷提高，人們對(duì)于采暖的要求更高。不只是可以提供正常生產(chǎn)作業(yè)和生活所需熱量，同時(shí)對(duì)能源利用和對(duì)環(huán)境因素的影響提出了更高的要求。在當(dāng)前的背景下熱泵空調(diào)機(jī)組尤其是空氣源熱泵空調(diào)機(jī)組在北方寒冷地區(qū)的應(yīng)用前景受到了廣泛的關(guān)注。又基于國(guó)家對(duì)于改善空氣質(zhì)量的政策，采用更高效、節(jié)能、環(huán)保的采暖空調(diào)技術(shù)為實(shí)現(xiàn)建成“可持續(xù)發(fā)展型社會(huì)”提供一個(gè)很好的解決方案。通過(guò)對(duì)西安、張家口空氣源熱泵的典型應(yīng)用工程實(shí)例的研究，分析實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)和國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)低溫?zé)岜玫膶?shí)驗(yàn)和研究論述北方寒冷地區(qū)采用空氣源熱泵進(jìn)行采暖的實(shí)用性。通過(guò)本研究希望可以為將來(lái)實(shí)際應(yīng)用和推廣提供一些技術(shù)和理論方面的支持。

關(guān)鍵詞：空氣源熱泵； 可持續(xù)發(fā)展社會(huì)； 實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)； 工程實(shí)例

空氣源熱泵能夠以比較低的能量消耗實(shí)現(xiàn)把品位低的熱能送至高品位熱能，能大量利用自然資源和余熱資源，減少能量的浪費(fèi).在我國(guó)長(zhǎng)江中下游、西南華南地區(qū)得到廣泛的額應(yīng)用，這些地區(qū)冬季室外溫度一般不低于零下5 ℃，室內(nèi)需熱量不大， 夏季氣溫較高， 一般有制冷的要求， 當(dāng)采用空氣源熱泵系統(tǒng)時(shí)， 應(yīng)用效果良好， 機(jī)組運(yùn)行平穩(wěn)， 能夠以較低的初投資、較低的能耗較好地滿足該地區(qū)的采暖、空調(diào)要求， 高效節(jié)能、不污染環(huán)境、能實(shí)現(xiàn)一機(jī)兩用。

一、空氣源熱泵供熱的工程實(shí)例

1.河北張家口崇禮縣冬奧會(huì)場(chǎng)館

冬奧會(huì)場(chǎng)館將采用5臺(tái)超低環(huán)溫空氣源熱泵設(shè)備作為，在當(dāng)?shù)睾０渭s1600米，冬季最低溫-350C的情況下仍能實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)運(yùn)行，并且在節(jié)能方面上達(dá)到了預(yù)期相比于其他的供暖方式可以節(jié)省電三分之二。與普通空調(diào)相比，制冷節(jié)能40%。

2.西安建筑科技大學(xué)治園賓館空調(diào)系統(tǒng)

（1）西安地處西北中心，在熱工分區(qū)上屬于寒冷地區(qū)。選取建筑物內(nèi)代表性休息大廳作為對(duì)象，通過(guò)分析記住穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)可知，在2m人活動(dòng)區(qū)，溫度、速度、相對(duì)濕度、空氣齡以及PMV-PPD各項(xiàng)指標(biāo)都達(dá)到了西安地區(qū)夏季舒適度的設(shè)計(jì)要求，而冬季雖然基本滿足要求，但是人體舒適性較差。

（2）分析氣象資料和實(shí)際的對(duì)冬季室外環(huán)境參數(shù)的檢測(cè)進(jìn)一步表面，西安地區(qū)使用空氣源熱泵是可行的。資料顯示從1951年1月1日至2008年12月31日西安地區(qū)最冷月（12月）平均最高溫度為50C，平均最低溫度為-40C。從2009年1月6日至2010年2月6日為期一個(gè)月的實(shí)測(cè)記錄可知，該月平均溫度為2.60C，平均相對(duì)濕度為51%。西安地區(qū)屬于低溫輕度結(jié)霜區(qū)，適于使用空氣源熱泵。

二、從空氣源熱泵供暖的研究分析其實(shí)用性

1.低溫工況技術(shù)突破

傳統(tǒng)空氣源熱泵在我國(guó)的長(zhǎng)江流域，黃河流域等地區(qū)的應(yīng)用十分廣泛。但在我國(guó)北方寒冷地區(qū)低溫惡劣工況下，如果空氣源熱泵不經(jīng)過(guò)改進(jìn)就直接引入，那么設(shè)備將無(wú)法在冬季，尤其是寒冷的12、1、2月份無(wú)法正常工作。在這幾個(gè)月份氣溫常常在-50C以下，有時(shí)氣溫達(dá)-120C左右。此時(shí)普通的空氣源熱泵機(jī)組的制熱效果將會(huì)下降，制熱量衰減嚴(yán)重，而此時(shí)有時(shí)制熱量需求最大的時(shí)候，因此此時(shí)普通空氣源熱泵機(jī)組不適用。

隨著技術(shù)進(jìn)步，有馬最良等人提出雙級(jí)耦合熱泵系統(tǒng)，利用空氣源熱泵從室外空氣中吸取熱量，制取10～200C的水作為水源熱泵的地位熱源，再制取高溫?zé)崴蚪ㄖ锕┡?；田長(zhǎng)青等人結(jié)合雙級(jí)壓縮和變頻技術(shù)，提出適用于寒冷地區(qū)的雙擊壓縮變頻空氣源熱泵系統(tǒng)。以上系統(tǒng)通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定可靠，可以在-180C以上的室外低溫環(huán)境中滿足寒冷地區(qū)冬季供暖需要獲得較大制熱量和較高COP值。

2.空氣源熱泵機(jī)組的系統(tǒng)特性

黃河流域、華北地區(qū)這些傳統(tǒng)的采暖地區(qū)長(zhǎng)期以來(lái)一直依靠燃煤、燃油采暖。燃煤慘暖所排放的氮氧化物和可吸入顆粒物等污染物嚴(yán)重影響空氣質(zhì)量。2013年國(guó)務(wù)院發(fā)布《大氣污染防治行動(dòng)計(jì)劃》指出需要加快推進(jìn)“煤改電”的工程建設(shè)，淘汰10噸/小時(shí)以下燃煤鍋爐，積極推進(jìn)熱電聯(lián)產(chǎn)，低環(huán)境溫度熱泵等技術(shù)應(yīng)用。

（1）安全可靠：熱泵機(jī)組水電完全隔離，機(jī)組內(nèi)舍友高低壓保護(hù)、壓縮機(jī)過(guò)流過(guò)載保護(hù)等多重保護(hù)，從更本上杜絕安全隱患。

（2）熱效率高：從空氣中獲取免費(fèi)熱量，平均壓縮機(jī)每消耗1kW·h電就能產(chǎn)生相當(dāng)電加熱裝置消耗2·5kW·h電產(chǎn)生的熱量，節(jié)省了能源的使用量，熱效率全年平均再300%以上。

（3）綠色環(huán)保：熱泵機(jī)組工作過(guò)程中無(wú)任何有害有毒氣體排放，對(duì)大氣環(huán)境無(wú)任何污染。

（4）經(jīng)濟(jì)耐用；熱泵機(jī)組實(shí)用壽命長(zhǎng)達(dá)15年。

通過(guò)統(tǒng)計(jì)分析，使用空氣源熱泵作為供暖方案費(fèi)用較低，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于使用燃油、燃?xì)忮仩t或管道供暖和電鍋爐直接供暖所產(chǎn)生的費(fèi)用

三、結(jié)語(yǔ)

目前在應(yīng)用中的中央空調(diào)系統(tǒng)還有分戶供暖，包括壓縮式，吸收式的家庭采暖到公共場(chǎng)所的采暖，從建筑到高層，摩天大樓，從醫(yī)院，餐飲到五星級(jí)賓館到娛樂(lè)城夜總會(huì)；從商貿(mào)會(huì)館到體育場(chǎng)館乃至政府機(jī)關(guān)；這么多的地方依然在有熱負(fù)荷時(shí)就想到鍋爐取熱，用冷時(shí)就想到水冷式冷水機(jī)組，別無(wú)他念。顯然，這是陳舊和落后的觀念。在提倡綠色環(huán)保生活的今天，我們當(dāng)然要選擇這一節(jié)能，環(huán)保，經(jīng)濟(jì)的手段作為我們實(shí)際生活中的應(yīng)用。而且隨著空氣源熱泵的技術(shù)上突破——“耐寒”，這使得空氣源熱泵在我國(guó)北方廣袤的土地上也有了可以大面積使用的基礎(chǔ)。所以對(duì)于耗能耗電的傳統(tǒng)方式供暖制冷已經(jīng)不適合社會(huì)發(fā)展。通過(guò)上述分析，可以得出在北方寒冷地區(qū)實(shí)用空氣源熱泵供暖具有較好的實(shí)用性和經(jīng)濟(jì)性，本項(xiàng)目對(duì)于空氣源熱泵供暖在北方地區(qū)的實(shí)際應(yīng)該用和推廣，具有一定的參考意義與工程依據(jù)。

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