煤改電中空氣源熱泵供暖方案的優(yōu)化分析

賈興旺

近些年來，雖然我國經(jīng)濟社會發(fā)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(tài)環(huán)境的壓力。2013年國務(wù)院制定并頒發(fā)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(fā)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(yīng)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(tài)環(huán)保與經(jīng)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(yōu)化進行分析，以供參考。

煤改電;空氣源熱泵供暖方案;優(yōu)化

隨著城市化建設(shè)和生態(tài)環(huán)保的發(fā)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(diào)整和優(yōu)化，既能夠有效降低系統(tǒng)的運行能耗，而且還能夠提高室內(nèi)的舒適度，在滿足用戶供暖需求的同時，還可以達到生態(tài)環(huán)保的要求。

空氣源熱泵技術(shù)是一種清潔能源技術(shù)，也是一種環(huán)境空氣中低溫熱源的節(jié)能技術(shù)，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(diào)相比，空氣源熱泵冷凝溫度較高，蒸發(fā)溫度較低，自適應(yīng)介質(zhì)溫度較寬，室外環(huán)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(shù)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(huán)境造成二次污染，節(jié)省了材料、人事管理和控制、維護和管理費用，滿足了綠色節(jié)能、環(huán)境保護和可持續(xù)發(fā)展的要求。

（1）空氣源熱泵系統(tǒng)冷熱源合并，不用特別設(shè)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(tǒng)沒有冷卻水這部分動力消耗環(huán)節(jié)，冷卻水消耗環(huán)節(jié)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(yōu)勢。（3）空氣源熱泵系統(tǒng)不需要傳統(tǒng)燃煤設(shè)施那種龐大的機器本體及供應(yīng)燃料輸送、除塵機器和排放煙氣及燃料殘渣系統(tǒng)，總體設(shè)計便捷、系統(tǒng)穩(wěn)定可靠、對環(huán)境沒有破壞影響。（4）空氣源熱泵采用模塊化機組設(shè)計，無需考慮備用設(shè)備，使用過程中電腦主動控制，調(diào)節(jié)機器的運行及使用狀態(tài)，便于工作環(huán)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(shè)輔助加熱器。

《民用建筑供暖通風與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計規(guī)范》GB50736-2012中明確規(guī)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(jié)構(gòu)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(chǎn)生的熱負荷主要由兩部分組成，即新風負荷和室內(nèi)負荷，如果空調(diào)系統(tǒng)未經(jīng)加濕處理時，將會采用與供暖系統(tǒng)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(chǎn)生1.178kW的供熱量。根據(jù)《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(jié)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(yōu)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(nèi)外溫差為1℃的情況下，每平米建筑物所對應(yīng)的平均熱負荷。體積熱指標法一般是指在室內(nèi)外溫差為1℃的情況下，每立方米建筑物所對應(yīng)的采暖熱負荷。建筑熱負荷不僅與建筑面積有關(guān)，而且與建筑物的窗墻比、體形系數(shù)等有關(guān)，主要取決于建筑物通過圍護結(jié)構(gòu)向外界所傳遞的熱量。實際上，面積熱指標法所對應(yīng)的計算過程和結(jié)果更為直觀，而且計算過程相對簡便，因此在空氣源熱泵設(shè)備校核計算過程中得到了廣泛的應(yīng)用，并取得了不錯的應(yīng)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(chǎn)生的制熱量，通過與速度修正系數(shù)相乘就能夠獲得中速和低速運行狀態(tài)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(fā)現(xiàn)，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(yīng)的制熱量修正系數(shù)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(nèi)熱負荷所需制熱量1.178kW，而改造后風機盤管所對應(yīng)的最終制熱量達到了1.869kW，符合餐廳2室內(nèi)所需熱量要求。

4.1空氣源熱泵的溫度適應(yīng)性

（1）對于夏熱冬冷地區(qū)：冬季濕冷，1月平均氣溫0-10℃，年平均氣溫小于5℃的日數(shù)為0-90天;夏熱冬冷地區(qū)的氣候特征是夏季悶熱，7月份平均地區(qū)氣溫25-30℃，年日平均氣溫大于25℃的日數(shù)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(qū)的氣候特點非常適合于應(yīng)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(qū)：這些地區(qū)1月平均氣溫1-13℃，年日平均氣溫小于5℃的日數(shù)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(shè)計環(huán)節(jié)就不考慮采暖設(shè)備的運用。但是，近年來隨著現(xiàn)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(huán)境要求也日益提高，因此，這些地區(qū)的公寓等建筑也開始因地制宜的設(shè)置采暖系統(tǒng)。在這種氣候條件下，選用空氣源熱泵系統(tǒng)是最合適不過的。（3）傳統(tǒng)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(yīng)用范圍便順勢由南向北開始擴展，即已進入氣候區(qū)劃標準的II區(qū)的部分地區(qū)內(nèi)。這些地區(qū)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(shù)卻占很大的比例，而氣溫低于-3℃的時間多出現(xiàn)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(yīng)國家節(jié)能減排的政策，北方供暖已經(jīng)由原來的燃煤供暖逐漸替換成電供暖，小網(wǎng)供暖合并成大網(wǎng)，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(qū)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(fā)器結(jié)霜、熱泵性能較低等問題都必須給予重視?；诖耍瑢ζ湓趪篮貐^(qū)的實際供暖可行性進行分析。對供暖主體構(gòu)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(huán)境，判斷兩者配合發(fā)揮的熱效能及持續(xù)性等等，才能綜合評價出可行性。

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