關(guān)于空氣源熱泵機(jī)組制備集中熱水的節(jié)能及穩(wěn)定性分析

摘 要：文章根據(jù)工程實(shí)例將空氣源熱泵、燃?xì)狻㈦娂訜嶂苽錈崴谶\(yùn)行能耗、投資以及供熱穩(wěn)定性等方面進(jìn)行對比分析。

關(guān)鍵詞：高層宿舍；集中供熱；空氣源熱泵；節(jié)能減排

節(jié)能減排是我國十一五規(guī)劃綱要，雖然十一五已經(jīng)過去，但十二五節(jié)能減排面臨的形勢仍然十分嚴(yán)峻。我國建筑能耗占總能耗的27%以上，而且還在以每年1個百分點(diǎn)的速度增加。所以在新建建筑中盡可能的利用新技術(shù)達(dá)到節(jié)能減排的目的也刻不容緩。文章將分析空氣源熱泵在宿舍生活區(qū)集中供應(yīng)熱水系統(tǒng)的運(yùn)用，以及對采用空氣源熱泵、燃?xì)狻㈦娭苽錈崴哪芎摹⑼顿Y、供熱穩(wěn)定性方面進(jìn)行分析。

1 空氣源熱泵的工作原理

空氣源熱泵是根據(jù)逆卡諾循環(huán)原理，采用電能驅(qū)動將室外5～15℃空氣的熱量通過熱泵提升到50～55℃供生活熱水。熱泵從空氣中吸取溫度為10℃左右的熱量通過蒸發(fā)器換熱將熱泵中的液態(tài)介質(zhì)變成氣態(tài)，氣態(tài)介質(zhì)通過壓縮機(jī)壓縮成高壓高溫氣態(tài)，進(jìn)入冷凝器冷凝放熱將熱量傳給生活熱水，經(jīng)放熱后的介質(zhì)變成高壓液態(tài)再經(jīng)節(jié)流裝置膨脹減壓成低壓液體進(jìn)入蒸發(fā)器重復(fù)往返上述過程。

2 空氣源熱泵在集中供應(yīng)熱水中的運(yùn)用

該項(xiàng)目位于重慶渝北地區(qū)，氣象條：年平均溫度17.7℃，日平均溫度≤+5℃的天數(shù)為0天，日平均溫度≤+8℃的天數(shù)為53天。根據(jù)現(xiàn)行規(guī)范，屬于宜設(shè)置輔助熱源的，但對氣象條件以及職工宿舍的使用段性分析，日平均溫度≤+8℃的天數(shù)為53天，日期為12.22～02.12，在該段時間內(nèi)大部分工人已返鄉(xiāng)過春節(jié)，熱水用量會大大減少，所以本工程設(shè)計(jì)采用不設(shè)置輔助加熱熱源，采用最冷月平均氣溫7.2℃，作為空氣源熱泵計(jì)算參數(shù)。以1#宿舍樓為例：宿舍總?cè)藬?shù)3288人，主要宿舍類型為8人間和4人間屬于有單獨(dú)衛(wèi)生間的Ⅲ和Ⅳ宿舍。

3 運(yùn)行能耗分析

經(jīng)查閱國內(nèi)主要空氣源熱泵廠家的參數(shù)數(shù)據(jù)，分析發(fā)現(xiàn)空氣源熱泵工況均為室外干/濕球溫度為20℃/15℃，進(jìn)水溫度15℃，出水溫度55℃時，cop取3.5。按Q=365mqC（tr-tl）ρr計(jì)算年耗熱量Q=1.86×1010KJ按進(jìn)口熱泵的性能計(jì)算，需要消耗的能源折合標(biāo)準(zhǔn)煤596.5噸。采用燃?xì)馐剿訜崞鲿r需要折合標(biāo)準(zhǔn)煤717.0噸。采用電加熱器時需要折合標(biāo)準(zhǔn)煤2129.9噸。由此可以采用空氣源熱泵運(yùn)行能耗最低，比采用燃?xì)馑訜崞髅磕旯?jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤120.5噸，比采用電加熱器每年節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤1533.4噸。

4 一次性投資造價及運(yùn)行費(fèi)用分析

采用空氣源熱泵、燃?xì)馑訜崞鳌㈦娂訜崞饕淮涡酝顿Y比較如表1所示，由表可以在選用相同容積熱水貯水箱的情況下，空氣源熱泵系統(tǒng)的加熱設(shè)備和第一循環(huán)管道造價較高，而電加熱的其他設(shè)備投入費(fèi)用較高。從總體一次性投資看，燃?xì)馑訜崞魍顿Y為最低，電加熱器投資最高。年運(yùn)行費(fèi)用空氣源熱泵最低，電加熱器最高。（如表2所示）

由10年累計(jì)成本投入可知，運(yùn)行時間大于2年后空氣源熱泵總投入為最少，且隨運(yùn)行時間增長總成本相對于電加熱器和燃?xì)馑訜崞髟絹碓降停划?dāng)采用燃?xì)馑訜崞髯鳛檩o助熱源時，輔助熱源運(yùn)行時間小于1個月時，3年以后累計(jì)投入將比單獨(dú)設(shè)置燃?xì)馑訜崞骱碗娂訜崞魃伲划?dāng)采用燃?xì)馑訜崞髯鳛檩o助熱源時，輔助熱源運(yùn)行時間小于3個月時，5年以后累計(jì)投入才比單獨(dú)設(shè)置燃?xì)馑訜崞骱碗娂訜崞魃伲偼顿Y節(jié)省并不明顯。

5 供熱穩(wěn)定性能分析

首先分析空氣源熱泵供熱穩(wěn)定性，由于空氣源熱泵的工況數(shù)據(jù)都在室外干/濕球溫度為20℃/15℃，進(jìn)水溫度15℃，出水溫度55℃時測定，所以當(dāng)冬季或最冷月平均氣象條件低于工況條件時，設(shè)備產(chǎn)熱能力要衰減，環(huán)境溫度為7℃時COP會下降，根據(jù)各廠家提供樣本的變工況曲線，熱泵變工況曲線隨環(huán)境溫度變化平坦的熱泵，COP下降幅度較小，降至3.1左右，制熱量減少11.4%，熱泵變工況曲線隨環(huán)境溫度變化較陡的熱泵，COP下降幅度較大，降至2.5左右，制熱量減少28.6%，環(huán)境溫度較低時還會出現(xiàn)結(jié)霜問題，影響空氣源熱泵的使用。總之空氣源熱泵受環(huán)境溫度影響較大，供熱穩(wěn)定性差。燃?xì)馑訜崞髦灰ＷC足夠的燃?xì)夤?yīng)，燃?xì)馑訜崞骷訜嵝Ч詈茫郎乜欤瑹嵩捶€(wěn)定，維護(hù)成本低，需要設(shè)備用房且安裝位置受限，必須通風(fēng)，燃?xì)庥行孤┑奈ｋU，并有大量廢氣排出。電水加熱器保證足夠的電力供應(yīng)，電水加熱器加熱效果最好，升溫較快，熱源穩(wěn)定，需要設(shè)備用房但安裝方便安裝位置不受限制，維護(hù)成本較高，電功率大，供電線路要求高。

6 結(jié)束語

空氣源熱泵制備熱水節(jié)能且無污染符合國家的節(jié)能減排規(guī)劃，但其供熱不穩(wěn)定導(dǎo)致選用時需要根據(jù)當(dāng)?shù)貧庀髼l件來決定是否適合采用空氣源熱泵。在最冷月平均氣溫不小于10℃的地區(qū)，且極端低溫情況天數(shù)較少，如我國南方地區(qū)，COP在最不利氣象條件下仍能達(dá)到3.5，適合采用空氣源熱泵且可不設(shè)置輔助加熱，也可以保證供熱穩(wěn)定性。節(jié)能效果明顯，建造及運(yùn)行成本低。在最冷月平均氣溫小于10℃大于0℃的地區(qū)如中部沿海地區(qū)、西南部分地區(qū)，空氣源熱泵在最不利氣象條件下制熱量會下降，這時需要根據(jù)用戶需要設(shè)置輔助加熱。由以上投資與運(yùn)行費(fèi)用分析中可知，在運(yùn)行期較長且制熱量不滿足用戶要求的天數(shù)較少的情況下設(shè)置燃?xì)鉄崴髯鳛檩o助加熱投資與運(yùn)行費(fèi)也比直接采用燃?xì)馑訜崞骱碗娂訜崞魃伲捎每諝庠礋岜眉訜嵋材苓_(dá)到節(jié)能減排的目的。

參考文獻(xiàn)

[1]GB50015-2003.建筑給水排水設(shè)計(jì)規(guī)范[S].2009.

[2]GB50736-2012.民用建筑供暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[3]中國建筑設(shè)計(jì)研究院.建筑給水排水設(shè)計(jì)手冊（上冊）.第二版[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2008.