低環(huán)溫空氣源CO2熱泵供暖系統(tǒng)運(yùn)行性能研究

金 磊，張 偉，李靜巖，王守國

（1.中國鐵道科學(xué)研究院集團(tuán)有限公司 節(jié)能環(huán)保勞衛(wèi)研究所，北京 100081；2.中國鐵路呼和浩特局集團(tuán)有限公司 計(jì)劃統(tǒng)計(jì)部，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010000）

0 引言

傳統(tǒng)的燃煤鍋爐供暖是造成我國北方地區(qū)冬季嚴(yán)重霧霾現(xiàn)象的原因之一。近年來，隨著國家“煤改電”政策的不斷推進(jìn)，采用清潔能源替代傳統(tǒng)燃煤鍋爐供暖，合理調(diào)整能源結(jié)構(gòu)，推廣清潔能源的生產(chǎn)和使用是減少大氣污染的重要舉措，對于推動(dòng)能源消費(fèi)革命、落實(shí)國家能源戰(zhàn)略、促進(jìn)能源清潔化發(fā)展意義重大。

空氣源熱泵作為一種節(jié)能環(huán)保設(shè)備，以電力驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)運(yùn)行，利用制冷劑在換熱器內(nèi)與介質(zhì)進(jìn)行換熱來實(shí)現(xiàn)熱量的傳遞。在冬季采用空氣源熱泵進(jìn)行供暖，其制熱能效比可以達(dá)到2～4，甚至更高，遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)鍋爐燃煤供暖和電采暖，同時(shí)，空氣源熱泵能夠根據(jù)末端水溫的不同需求，提供溫度范圍在40～60℃之間的熱水[1]，從而滿足地暖輻射采暖、暖氣片供暖及風(fēng)機(jī)盤管等不同的末端供暖設(shè)備要求，目前已成為我國北方地區(qū)冬季供暖的主要方式之一。另一方面，環(huán)境溫度和供回水溫度是影響空氣源熱泵性能的主要因素，但通過合理優(yōu)化設(shè)計(jì)、提升空氣源熱泵的低溫?zé)崃π阅?，能夠滿足不同地區(qū)的冬季供暖需求[2-5]。在實(shí)際運(yùn)行過程中，研究人員對空氣源熱泵的現(xiàn)場運(yùn)行特性進(jìn)行了大量研究[6-11]，結(jié)果表明，在嚴(yán)寒地區(qū)采用空氣源熱泵進(jìn)行供暖，其性能系數(shù)較高，供暖效果較好，能夠替代傳統(tǒng)燃煤鍋爐供暖。

本文對呼和浩特地區(qū)某建筑物采用的低環(huán)溫空氣源CO2熱泵供暖系統(tǒng)進(jìn)行研究，根據(jù)歷年室外溫度將供暖季進(jìn)行階段劃分，并基于晝夜溫差采用階梯式回水溫度分區(qū)設(shè)置，在滿足冬季室內(nèi)供暖熱負(fù)荷的同時(shí)進(jìn)一步提升節(jié)能效果。根據(jù)測試數(shù)據(jù)，對供暖季內(nèi)建筑物的室內(nèi)外平均溫度、熱泵機(jī)組供回水溫度、制熱量、用電量、能效比(COP)等參數(shù)進(jìn)行了分析，并從經(jīng)濟(jì)性角度與其他供暖方式的費(fèi)用成本進(jìn)行比較。

1 低環(huán)溫空氣源CO2熱泵供暖系統(tǒng)

呼和浩特屬于嚴(yán)寒地區(qū)，冬季平均氣溫在0℃以下，最低溫度接近-30℃。當(dāng)室外環(huán)境溫度低于-25℃時(shí)，R410a補(bǔ)氣增焓熱泵無法提供45℃以上溫度的熱水，不能滿足該地區(qū)冬季供暖需求。因此，采用低環(huán)溫空氣源CO2熱泵機(jī)組作為燃煤鍋爐的替代型式，熱泵供暖系統(tǒng)原理如圖1所示。

圖1 低環(huán)溫空氣源CO2熱泵系統(tǒng)原理

該機(jī)組設(shè)計(jì)供回水溫度為65℃/45℃，由跨臨界CO2循環(huán)和R134a循環(huán)2個(gè)系統(tǒng)組成。供暖回水分為兩路，一路直接進(jìn)入R134a循環(huán)的冷凝器，在冷凝器中與高溫制冷劑換熱，提升回水溫度后進(jìn)入供水管路；另一路則進(jìn)入R134a循環(huán)的蒸發(fā)器，在蒸發(fā)器內(nèi)將回水中的部分熱量傳遞給制冷劑，降低回水溫度，然后進(jìn)入跨臨界CO2循環(huán)的氣體冷卻器中進(jìn)行加熱，氣體冷卻器出水與R134a冷凝器的出水混合，進(jìn)入供水管路完成循環(huán)。由于氣體冷卻器內(nèi)CO2與水之間為類顯熱換熱，進(jìn)水溫度越低，CO2出口溫度越低，系統(tǒng)制熱量越大，因而將部分回水溫度降低后再進(jìn)入氣體冷卻器內(nèi)，能夠進(jìn)一步提升跨臨界CO2循環(huán)的熱力性能，從而提升機(jī)組的制熱量和COP。

根據(jù)《民用建筑供熱通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 50736—2012)[12]可知，呼和浩特地區(qū)冬季室外空調(diào)設(shè)計(jì)溫度為-20.3℃，該建筑物供暖面積約1 200 m2，由計(jì)算軟件可得該建筑物單位面積供暖熱負(fù)荷約為55 W/m2，在冬季室外空調(diào)設(shè)計(jì)溫度下，所需總負(fù)荷約為66 kW。結(jié)合表1中低環(huán)溫空氣源CO2熱泵性能參數(shù)可知，在設(shè)計(jì)工況下，選擇2臺機(jī)組即可滿足該建筑物冬季供暖需求。

表1 低環(huán)溫空氣源CO2熱泵機(jī)組性能參數(shù)

2 測試方法

低環(huán)溫空氣源CO2熱泵機(jī)組通過設(shè)定回水溫度范圍來控制機(jī)組的啟停，當(dāng)達(dá)到設(shè)定的回水溫度上限時(shí)，熱泵機(jī)組自動(dòng)停機(jī)，當(dāng)回水溫度降低至設(shè)定溫度下限時(shí)熱泵機(jī)組自動(dòng)啟動(dòng)。由于供暖季內(nèi)每日晝夜溫差較大，若回水溫度設(shè)定過低則無法保證夜間供暖效果，回水溫度設(shè)定過高會(huì)導(dǎo)致白天室內(nèi)溫度過高，造成能源浪費(fèi)。同時(shí)，供暖季內(nèi)每日室外溫度變化較大，無法根據(jù)某一具體溫度數(shù)值對供暖階段進(jìn)行精確劃分，根據(jù)呼和浩特地區(qū)往年氣候條件，綜合考慮冬季室內(nèi)供暖及熱泵機(jī)組熱力性能，采取經(jīng)驗(yàn)法將供暖季劃分為3個(gè)階段，階段Ⅰ為寒冷天氣，階段Ⅱ?yàn)閲?yán)寒天氣，階段Ⅲ為極寒天氣。同時(shí)，將熱泵機(jī)組的回水溫度進(jìn)行階梯式分區(qū)設(shè)置，進(jìn)一步提升熱泵的經(jīng)濟(jì)性和節(jié)能性。具體供暖階段劃分及水溫分區(qū)如表2所示。

表2 供暖階段及水溫分區(qū)

在供暖回水管道上安裝流量計(jì)(見圖1)，將配對的溫度傳感器安裝在主供水管道和主回水管道上，通過數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)得到系統(tǒng)水流量及供回水溫度等參數(shù)，并由公式（1）計(jì)算熱泵機(jī)組制熱量。

式中：Q為熱泵機(jī)組制熱量，kW·h；cw為水比熱容，J/(kg·K)；G為水流量，kg/h；T1和T2分別為熱泵機(jī)組回水溫度和供水溫度，℃；Δτn為時(shí)間間隔，s；N為測試周期。

采用有功電能表測得系統(tǒng)總用電量W，總用電量W由水泵用電量W1和熱泵機(jī)組用電量W2組成。其中，水泵為24 h定頻運(yùn)行，功率為4.4 kW，因而可認(rèn)為水泵用電量W1為固定值，則由W和W1之差可求得熱泵機(jī)組用電量W2。

因此，熱泵機(jī)組性能系數(shù)COP和系統(tǒng)的能效比COPs可分別由下式計(jì)算。

室內(nèi)外空氣溫度采用鉑電阻溫度傳感器進(jìn)行采集，精度為±0.2℃，用來測量整個(gè)供暖期內(nèi)室內(nèi)外溫度變化情況。

3 供暖系統(tǒng)運(yùn)行性能研究

對呼和浩特地區(qū)某建筑物采用的低環(huán)溫空氣源CO2熱泵供暖系統(tǒng)運(yùn)行性能進(jìn)行了1個(gè)完整供暖季的測試，自2021年10月15日至2022年4月15日，共計(jì)183 d，采集了該建筑物的室內(nèi)外溫度、熱泵機(jī)組供回水溫度、熱泵機(jī)組的總制熱量及耗電量等參數(shù)，結(jié)合各參數(shù)變化情況對該供暖系統(tǒng)的運(yùn)行性能進(jìn)行分析。

3.1 室內(nèi)外溫度變化分析

圖2為供暖季室內(nèi)外平均溫度變化情況。由圖2可知，在供暖季內(nèi)，室外最低平均溫度為-21℃，出現(xiàn)在2021年12月25日，當(dāng)日室內(nèi)平均溫度出現(xiàn)最低值18.3℃；室外最高平均溫度為20℃，出現(xiàn)在2022年4月9日，當(dāng)日室內(nèi)平均溫度為25.6℃，為供暖季內(nèi)室內(nèi)最高平均溫度，表明室內(nèi)平均溫度受室外溫度的影響，隨著室外平均溫度的變化而變化。當(dāng)室外溫度降低時(shí)，熱泵制熱量減小，室內(nèi)熱負(fù)荷需求增大，室內(nèi)平均溫度逐漸下降，而當(dāng)室外溫度升高時(shí)，熱泵制熱量增大，室內(nèi)熱負(fù)荷需求減小，室內(nèi)平均溫度逐漸升高，熱泵機(jī)組的制熱能力和室內(nèi)熱負(fù)荷需求隨著室外溫度變化呈反比關(guān)系，室內(nèi)平均溫度隨著室外平均溫度變化而變化。另一方面，通過供暖階段劃分，在不同階段設(shè)定不同的回水溫度區(qū)間，通過控制回水溫度調(diào)節(jié)熱泵機(jī)組運(yùn)行時(shí)間，在一定程度上降低了熱泵機(jī)組的制熱能力和室內(nèi)熱負(fù)荷需求間矛盾的影響，其中階段Ⅰ室內(nèi)溫度變化范圍為19.2～25.6℃，階段Ⅱ室內(nèi)溫度變化范圍為19.6～23.5℃，階段Ⅲ室內(nèi)溫度變化范圍為19.2～25.6℃，供暖季內(nèi)室內(nèi)溫度均在18℃以上，表明該供暖系統(tǒng)能夠滿足我國寒冷地區(qū)冬季室內(nèi)溫度要求。

圖2 室內(nèi)外平均溫度變化

3.2 熱泵機(jī)組平均供回水溫度變化分析

圖3為熱泵機(jī)組供回水溫度變化情況。階段Ⅰ，平均回水溫度變化范圍為35.8～39.2℃，變化幅度3.4℃，平均供水溫度變化范圍為53.0～56.6℃，變化幅度3.6℃；此階段室外平均溫度較高，熱泵機(jī)組設(shè)定的回水溫度較低，機(jī)組制熱量能夠滿足室內(nèi)熱負(fù)荷需求，因而熱泵機(jī)組的供回水溫度較穩(wěn)定，變化幅度較小。階段Ⅱ，平均回水溫度變化范圍為38.3～43.8℃，變化幅度5.5℃，平均供水溫度變化范圍為55.2～62.2℃，變化幅度7.0℃，此階段設(shè)定的回水溫度高于階段Ⅰ，因而其平均供回水溫度高于階段Ⅰ；隨著室外平均溫度的降低，熱泵機(jī)組的制熱能力下降，室內(nèi)熱負(fù)荷需求增加，熱泵機(jī)組要通過延長運(yùn)行時(shí)間來維持較高的供回水溫度，同時(shí)，此階段室外環(huán)境溫度變化范圍約為-10～5℃，熱泵機(jī)組極易出現(xiàn)結(jié)霜現(xiàn)象，經(jīng)常性除霜會(huì)影響熱泵機(jī)組的供回水溫度，導(dǎo)致此階段熱泵機(jī)組的供回水溫度變化范圍大于階段Ⅰ。階段Ⅲ，平均回水溫度變化范圍為38.2～45.8℃，變化幅度7.6℃，平均供水溫度變化范圍為53.4～63.5℃，變化幅度10.1℃；此階段雖設(shè)定的供回水溫度高于階段Ⅱ，但因此階段室外平均溫度較低，熱泵機(jī)組制熱性能衰減較為明顯，而室內(nèi)熱負(fù)荷需求進(jìn)一步增加，熱泵機(jī)組制熱量基本與室內(nèi)熱負(fù)荷需求達(dá)到平衡，需要長時(shí)間運(yùn)行才能維持較高的供回水溫度，因而相較于階段Ⅱ，其平均供回水溫度并沒有明顯提升。當(dāng)室外溫度低于冬季空調(diào)設(shè)計(jì)溫度時(shí)，熱泵機(jī)組制熱量無法滿足室內(nèi)熱負(fù)荷需求，因而階段Ⅲ熱泵機(jī)組的供回水溫度變化范圍大于階段Ⅰ、階段Ⅱ。

圖3 熱泵機(jī)組平均供回水溫度變化

由圖3可知，采取劃分供暖階段和階梯式分區(qū)設(shè)置方法，能夠降低室外平均溫度對熱泵機(jī)組供回水溫度的影響，特別是階段Ⅰ，熱泵機(jī)組的平均供回水溫度都較為穩(wěn)定，受室外平均溫度變化的影響較小，階段Ⅱ、階段Ⅲ，熱泵機(jī)組的平均供回水溫度隨著室外平均溫度的變化而變化，受室外平均溫度的影響較大。在整個(gè)供暖季內(nèi)，熱泵機(jī)組供水水溫始終高于50℃，在階段Ⅱ和階段Ⅲ，熱泵機(jī)組的供回水溫度能夠接近設(shè)計(jì)工況65℃/45℃，表明通過供暖階段劃分，不僅能夠滿足供暖末端設(shè)備對供水水溫的要求，也能夠進(jìn)一步提升系統(tǒng)的節(jié)能效果。

3.3 熱泵機(jī)組制熱量變化分析

圖4為熱泵機(jī)組每日制熱量隨室外平均溫度的變化情況。由圖4可以看出，在供暖季內(nèi)，隨著室外平均溫度的降低，熱泵機(jī)組的制熱量呈現(xiàn)逐漸增加的趨勢，隨著室外平均溫度的升高，熱泵機(jī)組的制熱量呈現(xiàn)出逐漸減少的趨勢。階段Ⅰ制熱量變化范圍為847.48～1 087.59 kW·h，階段Ⅱ制熱量變化范圍為1 013.77～1 367.13 kW·h，階段Ⅲ制熱量變化范圍為1 272.28～1 376.87 kW·h。隨著室外平均溫度降低，室內(nèi)外溫差增大，室內(nèi)熱負(fù)荷增大，熱泵機(jī)組的制熱量下降，由階段Ⅱ進(jìn)入階段Ⅲ后，熱泵機(jī)組的每日制熱量增幅并不大，這是由于階段Ⅲ室外平均溫度較低，熱泵機(jī)組制熱量迅速衰減，但此階段設(shè)定的回水溫度較高，機(jī)組運(yùn)行時(shí)間更長，在一定程度上彌補(bǔ)了瞬時(shí)制熱量衰減帶來的負(fù)面影響。

圖4 機(jī)組每日制熱量變化

3.4 用電量變化分析

熱泵機(jī)組及系統(tǒng)每日用電量如圖5所示。由于水泵為24 h定頻運(yùn)行，因而熱泵機(jī)組用電量與系統(tǒng)總用電量的變化趨勢保持一致，可以看出，隨著室外平均溫度的降低，用電量逐漸增加，隨著室外平均溫度的升高，用電量逐漸減少。階段Ⅰ機(jī)組每日用電量變化范圍為328.28～454.9 kW·h，機(jī)組平均日用電量為342.49 kW·h；階段Ⅱ每日用電量變化范圍為496.97～734.88 kW·h，機(jī)組平均日用電量為459.76 kW·h；階段Ⅲ每日用電量變化范圍為523.72～776.47 kW·h，機(jī)組平均日用電量為570.97 kW·h，相比階段Ⅰ和階段Ⅲ，該階段機(jī)組日平均用電量分別增加了66.7%和24.2%，其中，當(dāng)室外平均溫度最低為-21℃時(shí)，機(jī)組每日用電量達(dá)到最大值776.47 kW·h。可見，機(jī)組每日用電量變化主要受室外溫度和運(yùn)行時(shí)間的影響，當(dāng)室外溫度較高時(shí)，機(jī)組瞬時(shí)功率較大，室內(nèi)熱負(fù)荷較小，機(jī)組運(yùn)行時(shí)間較短，用電量較??；隨著室外環(huán)境溫度的不斷降低，機(jī)組瞬時(shí)功率逐漸減小，但運(yùn)行時(shí)間不斷延長，運(yùn)行時(shí)間增長導(dǎo)致的用電量增長幅度遠(yuǎn)高于機(jī)組自身功率減小的幅度，這是造成機(jī)組及系統(tǒng)用電量增加的主要原因。

圖5 每日用電量變化情況

3.5 機(jī)組COP及系統(tǒng)能效比變化分析

熱泵機(jī)組COP及系統(tǒng)能效比變化如圖6所示。由圖6可知，機(jī)組COP受室外平均溫度影響較大。階段Ⅰ的室外平均溫度較高，機(jī)組COP變化范圍為2.24～3.65，平均值為2.92，進(jìn)入階段Ⅱ和階段Ⅲ，隨著室外平均溫度的不斷降低，機(jī)組COP也逐漸減小，階段Ⅱ機(jī)組COP變化范圍為2.1～3.24，平均值為2.6，階段Ⅲ機(jī)組COP變化范圍為1.87～2.58，平均值為2.29，階段Ⅲ機(jī)組COP平均值比階段Ⅰ衰減了27.5%，這是由熱泵機(jī)組自身的特性決定的。隨著室外平均溫度的降低，機(jī)組的蒸發(fā)溫度和壓力均降低，制冷劑質(zhì)量流量減小，機(jī)組從室外空氣中吸收的熱量也減小，導(dǎo)致機(jī)組制熱量下降，雖然機(jī)組功率也減小，但制熱量減小的幅度遠(yuǎn)高于功率減小的幅度，因而機(jī)組COP在階段Ⅲ的下降幅度較大。

圖6 每日COP變化情況

由圖6可知，機(jī)組COP與系統(tǒng)能效比的變化趨勢一致，隨著室外平均溫度的降低，機(jī)組COP和系統(tǒng)能效比均逐漸減小，隨著室外平均溫度的升高，機(jī)組COP和系統(tǒng)能效比也逐漸增大。由于水泵保持24 h定頻運(yùn)行，系統(tǒng)能效比明顯低于機(jī)組COP。當(dāng)室外平均溫度為-21℃時(shí)，機(jī)組COP為1.87，系統(tǒng)能效比為1.62，機(jī)組COP比系統(tǒng)能效比高15.5%。當(dāng)室外平均溫度為20℃時(shí)，機(jī)組COP為3.65，系統(tǒng)能效比為2.51，機(jī)組COP比系統(tǒng)能效比高45.5%。這是由于室外平均溫度較低時(shí)，熱泵機(jī)組運(yùn)行時(shí)間長，熱泵機(jī)組用電量在總用電量中所占的比重較大，因而水泵運(yùn)行帶來的能效比降低幅度并不大，而隨著室外平均溫度的升高，熱泵運(yùn)行時(shí)間也逐漸縮短，機(jī)組用電量在總用電量中的占比逐漸減小，水泵用電量在總用電量的占比逐漸增大，系統(tǒng)能效比相對機(jī)組COP的降低幅度也增大。結(jié)合圖5可知，當(dāng)室外平均溫度為20℃時(shí)，熱泵機(jī)組用電量為232.28 kW·h，當(dāng)日水泵用電量為105.6 kW·h，幾乎占當(dāng)日總用電量的1/3。因此，當(dāng)室外溫度較高時(shí)，通過調(diào)節(jié)水泵頻率或水泵運(yùn)行時(shí)間，能夠提升系統(tǒng)能效比，進(jìn)一步改善節(jié)能效果。在整個(gè)供暖季內(nèi)，機(jī)組的平均COP為2.58，系統(tǒng)的平均能效比為2.07，表明該系統(tǒng)用于冬季供暖具有較高的能效比。

3.6 不同供暖方式經(jīng)濟(jì)性比較分析

根據(jù)低環(huán)溫空氣源CO2熱泵系統(tǒng)供暖季內(nèi)每日的制熱量、功率和COP的變化，測得該供暖系統(tǒng)在整個(gè)供暖季提供的熱量約為7.66×108kJ，總耗電量約為1.03×105kW·h。目前，燃煤鍋爐的主要替代包括空氣源熱泵、燃?xì)忮仩t、電鍋爐及燃油鍋爐等。因此，假設(shè)上述4種供暖方式在供暖季內(nèi)提供的熱量相同，均為7.66×108kJ，根據(jù)不同燃料的熱值及供暖系統(tǒng)的效率，計(jì)算可得各供暖方式的燃料消耗量和單位面積供暖費(fèi)用如表3所示。

低環(huán)溫空氣源CO2熱泵系統(tǒng)在供暖季內(nèi)的平均COP為2.07，其效率取2.07，燃?xì)忮仩t熱效率為0.8～0.85[13]，取上限值0.85，電鍋爐效率取0.95，燃油鍋爐效率為0.84～0.90[14]，取上限值0.90。在熱量相同的條件下，熱泵機(jī)組單位面積供暖費(fèi)用為44.5元/m2，對比天然氣鍋爐、電鍋爐和燃油鍋爐供暖方式，單位面積供暖費(fèi)用分別降低32.6%、118%和39.1%，經(jīng)濟(jì)效益顯著。由表3可知，影響各供暖方式單位面積供暖費(fèi)用的主要因素是效率和燃料價(jià)格，由于各設(shè)備的效率變化不大，燃料價(jià)格是決定采用何種供暖方式的關(guān)鍵因素。燃?xì)忮仩t和燃油鍋爐的供暖效果不受室外環(huán)境溫度的影響，但隨著天然氣和燃料油價(jià)格的不斷攀升，這2種供暖方式在經(jīng)濟(jì)上并無優(yōu)勢，特別是在資源匱乏或不具備管道運(yùn)輸?shù)钠h(yuǎn)地區(qū)，燃?xì)忮仩t和燃油鍋爐的使用受到限制。電鍋爐可直接將電能轉(zhuǎn)化為熱能，不受室外溫度的影響，但其單位面積供暖費(fèi)用為97.1元/m2，遠(yuǎn)高于其他3種供暖方式，可作為一種輔助供暖方式。空氣源熱泵以電能作為驅(qū)動(dòng)，雖然受室外環(huán)境溫度影響較大，但其運(yùn)行效率較高，單位面積供暖費(fèi)用較少，考慮水泵用電量，在整個(gè)供暖季內(nèi)熱泵供暖系統(tǒng)的總用電量為102 762 kW·h，折合單位面積每日用電量僅為0.47 kW·h，節(jié)能效果顯著。隨著我國風(fēng)電、光電產(chǎn)業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展，發(fā)電成本不斷降低，空氣源熱泵在供暖、烘干、洗浴、生產(chǎn)生活用熱水等領(lǐng)域的經(jīng)濟(jì)性和節(jié)能性將進(jìn)一步體現(xiàn)，具有廣闊的應(yīng)用前景。

4 結(jié)論

基于對呼和浩特地區(qū)某建筑物采用的低環(huán)溫空氣源CO2熱泵供暖系統(tǒng)的測試，通過劃分供暖階段、階梯式回水溫度分區(qū)設(shè)置，測試了1個(gè)供暖季內(nèi)該建筑物的室內(nèi)外平均溫度、熱泵機(jī)組供回水溫度、制熱量、用電量、COP等關(guān)鍵參數(shù)，并與其他供暖方式的成本進(jìn)行了比較分析，結(jié)論如下。

（1）通過劃分供暖階段和階梯式回水穩(wěn)定分區(qū)設(shè)置，測得階段Ⅰ平均回水溫度變化幅度3.4℃，平均供水溫度變化幅度3.6℃，受室外平均溫度變化的影響較小，階段Ⅱ和階段Ⅲ熱泵機(jī)組的平均供回水溫度變化幅度高于階段Ⅰ，受室外平均溫度的影響較大，并且由于室外環(huán)境溫度較低，階段Ⅲ相較于階段Ⅱ，其平均供回水溫度并沒有明顯提升。該建筑在供暖季內(nèi)室內(nèi)溫度均在18℃以上，熱泵機(jī)組供水水溫始終高于50℃，表明該系統(tǒng)能夠滿足北方地區(qū)冬季供暖需求。

（2）對比機(jī)組COP和系統(tǒng)COP，當(dāng)室外平均溫度為-21℃時(shí)，機(jī)組COP為1.87，系統(tǒng)COP為1.62，系統(tǒng)COP比機(jī)組COP低15.5%；當(dāng)室外平均溫度為20℃時(shí)，機(jī)組COP為3.65，系統(tǒng)COP為2.51，系統(tǒng)COP比機(jī)組COP低45.5%，表明在環(huán)境溫度較高時(shí)，水泵功率對系統(tǒng)COP的影響較大。在整個(gè)供暖季內(nèi)，機(jī)組的平均COP為2.58，系統(tǒng)的平均COP為2.07，表明該系統(tǒng)用于冬季供暖具有較高的能效比。

表3 不同供暖方式單位面積供暖費(fèi)用比較

（3）該供暖系統(tǒng)單位面積供暖費(fèi)用為44.5元/m2，在相同條件下，對比天然氣鍋爐、電鍋爐和燃油鍋爐供暖方式，單位面積供暖費(fèi)用分別降低32.6%、118%和39.1%，經(jīng)濟(jì)效益顯著，表明空氣源熱泵作為燃煤鍋爐供暖的替代型式，具有較強(qiáng)的競爭力和廣闊的應(yīng)用前景。