北方地區空氣源熱泵供暖的實用性研究

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，人們對于采暖的要求更高。不只是可以提供正常生產作業和生活所需熱量，同時對能源利用和對環境因素的影響提出了更高的要求。在當前的背景下熱泵空調機組尤其是空氣源熱泵空調機組在北方寒冷地區的應用前景受到了廣泛的關注。又基于國家對于改善空氣質量的政策，采用更高效、節能、環保的采暖空調技術為實現建成“可持續發展型社會”提供一個很好的解決方案。通過對西安、張家口空氣源熱泵的典型應用工程實例的研究，分析實測數據和國內外學者對低溫熱泵的實驗和研究論述北方寒冷地區采用空氣源熱泵進行采暖的實用性。通過本研究希望可以為將來實際應用和推廣提供一些技術和理論方面的支持。

關鍵詞：空氣源熱泵； 可持續發展社會； 實測數據； 工程實例

空氣源熱泵能夠以比較低的能量消耗實現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.在我國長江中下游、西南華南地區得到廣泛的額應用，這些地區冬季室外溫度一般不低于零下5 ℃，室內需熱量不大， 夏季氣溫較高， 一般有制冷的要求， 當采用空氣源熱泵系統時， 應用效果良好， 機組運行平穩， 能夠以較低的初投資、較低的能耗較好地滿足該地區的采暖、空調要求， 高效節能、不污染環境、能實現一機兩用。

一、空氣源熱泵供熱的工程實例

1.河北張家口崇禮縣冬奧會場館

冬奧會場館將采用5臺超低環溫空氣源熱泵設備作為，在當地海拔約1600米，冬季最低溫-350C的情況下仍能實現平穩運行，并且在節能方面上達到了預期相比于其他的供暖方式可以節省電三分之二。與普通空調相比，制冷節能40%。

2.西安建筑科技大學治園賓館空調系統

（1）西安地處西北中心，在熱工分區上屬于寒冷地區。選取建筑物內代表性休息大廳作為對象，通過分析記住穩定運行時的實測數據可知，在2m人活動區，溫度、速度、相對濕度、空氣齡以及PMV-PPD各項指標都達到了西安地區夏季舒適度的設計要求，而冬季雖然基本滿足要求，但是人體舒適性較差。

（2）分析氣象資料和實際的對冬季室外環境參數的檢測進一步表面，西安地區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日為期一個月的實測記錄可知，該月平均溫度為2.60C，平均相對濕度為51%。西安地區屬于低溫輕度結霜區，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用性

1.低溫工況技術突破

傳統空氣源熱泵在我國的長江流域，黃河流域等地區的應用十分廣泛。但在我國北方寒冷地區低溫惡劣工況下，如果空氣源熱泵不經過改進就直接引入，那么設備將無法在冬季，尤其是寒冷的12、1、2月份無法正常工作。在這幾個月份氣溫常常在-50C以下，有時氣溫達-120C左右。此時普通的空氣源熱泵機組的制熱效果將會下降，制熱量衰減嚴重，而此時有時制熱量需求最大的時候，因此此時普通空氣源熱泵機組不適用。

隨著技術進步，有馬最良等人提出雙級耦合熱泵系統，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，再制取高溫熱水向建筑物供暖；田長青等人結合雙級壓縮和變頻技術，提出適用于寒冷地區的雙擊壓縮變頻空氣源熱泵系統。以上系統通過實驗驗證系統運行穩定可靠，可以在-180C以上的室外低溫環境中滿足寒冷地區冬季供暖需要獲得較大制熱量和較高COP值。

2.空氣源熱泵機組的系統特性

黃河流域、華北地區這些傳統的采暖地區長期以來一直依靠燃煤、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重影響空氣質量。2013年國務院發布《大氣污染防治行動計劃》指出需要加快推進“煤改電”的工程建設，淘汰10噸/小時以下燃煤鍋爐，積極推進熱電聯產，低環境溫度熱泵等技術應用。

（1）安全可靠：熱泵機組水電完全隔離，機組內舍友高低壓保護、壓縮機過流過載保護等多重保護，從更本上杜絕安全隱患。

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

（3）綠色環保：熱泵機組工作過程中無任何有害有毒氣體排放，對大氣環境無任何污染。

（4）經濟耐用；熱泵機組實用壽命長達15年。

通過統計分析，使用空氣源熱泵作為供暖方案費用較低，遠遠低于使用燃油、燃氣鍋爐或管道供暖和電鍋爐直接供暖所產生的費用

三、結語

目前在應用中的中央空調系統還有分戶供暖，包括壓縮式，吸收式的家庭采暖到公共場所的采暖，從建筑到高層，摩天大樓，從醫院，餐飲到五星級賓館到娛樂城夜總會；從商貿會館到體育場館乃至政府機關；這么多的地方依然在有熱負荷時就想到鍋爐取熱，用冷時就想到水冷式冷水機組，別無他念。顯然，這是陳舊和落后的觀念。在提倡綠色環保生活的今天，我們當然要選擇這一節能，環保，經濟的手段作為我們實際生活中的應用。而且隨著空氣源熱泵的技術上突破——“耐寒”，這使得空氣源熱泵在我國北方廣袤的土地上也有了可以大面積使用的基礎。所以對于耗能耗電的傳統方式供暖制冷已經不適合社會發展。通過上述分析，可以得出在北方寒冷地區實用空氣源熱泵供暖具有較好的實用性和經濟性，本項目對于空氣源熱泵供暖在北方地區的實際應該用和推廣，具有一定的參考意義與工程依據。

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