空氣源熱泵采暖在北京農村“煤改電”上的應用

黃圣洋

（上海斯茵節能技術有限公司，上海201804）

0 引言

空氣污染和資源緊張使燃煤為主的能源結構面臨轉型，空氣源熱泵因其節能環保的特點成為供暖新秀，它不僅在新建建筑中得到應用，在舊房采暖方式的改造中也發揮了重要作用，例如原有供暖方式為燃煤鍋爐的家庭和工廠，在節能減排降耗的政策背景下改變供暖方式，采用空氣源熱泵供暖，系統原理如圖1所示。

圖1 空氣源熱泵+暖氣片采暖系統原理圖

對于北京地區改造項目中大量使用空氣源熱泵，得益于近幾年空氣源熱泵在北京地區的推廣及協會的大力支持，這使得空氣源熱泵作為一種高效節能的采暖熱源被政府及當地用戶所認可?？諝庠礋岜玫膽檬莻€技術活，正確設計和安裝的空氣源熱泵采暖系統，相比其他采暖方式，不但能節省運行費用，也降低了一次能源的消耗，對于改善我們的大氣環境和降低PM2.5類顆粒物的排放都有著顯著的效果。本文基于北方“煤改電”案例，介紹了空氣源熱泵在北方地區的采暖應用，并分析了現場安裝、調試中出現的問題及解決方法。

1 工程概況

1.1 工程概況

該項目為北京朝陽區十八里店鄉鎮呂家營村農戶煤改電供暖項目，建筑供暖面積約134.5 m2；此建筑采用歐思丹超低溫空氣源熱泵，冬季暖氣片采暖。

1.2 工程要求

（1）設計室內溫度（20±2）℃；

（2）供水溫度50℃，回水溫度45℃。

2 設計依據

（1）GB 50016—2014《建筑設計防火規范》；

（2）12K404《地面輻射供暖系統施工安裝》；

（3）JGJ 142—2012《輻射供暖供冷技術規程》；

（4）GB 50736—2012《民用建筑供暖通風與空氣調節設計規范》。

3 氣象參數

3.1 室外空氣設計參數

查GB 50736—2012《民用建筑供暖通風與空氣調節設計規范》得北京市室外空氣計算參數值如表1所示。

表1 室外空氣計算參數

3.2 室內計算參數

采暖建筑的室內計算參數如表2所示。

表2 室內計算參數

住宅作為人員久留區域需要實施供暖，采暖建筑的室內溫度計算參數如表3所示。

表3 室內溫度計算參數

4 負荷計算

4.1 圍護物基本耗熱量

計算公式：

式中，Q為圍護結構的基本耗熱量（W）；a為圍護結構的溫差修正系數；K為圍護結構的傳熱系數[W/（m2·℃）]；F為圍護結構的傳熱面積（m2）；tn為供暖室內計算溫度（℃）；twn為供暖室外計算溫度（℃）。

整個建筑物或房間圍護結構的基本耗熱量等于它的圍護結構各部分基本耗熱量的總和。

4.2 冷風滲透耗熱量

在冬季，建筑物由于室外空氣與建筑物內部的豎直貫通通道空氣之間的密度差形成的熱壓以及風吹過建筑物時在門窗兩側形成的風壓作用下，室外的冷空氣通過門、窗等縫隙滲入室內，被加熱后逸出，消耗室內所加熱的熱量。

4.3 總熱負荷量

根據北京平房供暖面積熱指標及圍護結構和冷風滲透的耗熱量，該項目單位面積熱負荷取80 W/m2，則總熱負荷Q=80 W/m2×134.5 m2=10.76 kW。

5 設備選型

5.1 主機選型

該建筑冬季暖氣片采暖的熱負荷為10.76 kW，考慮到實際情況，供暖加5%的富裕量，即制熱需求為11.3 kW，以上設計能滿足用戶的需要。對照歐思丹KFXFC-018SI機組，冬季-7℃時制熱量為11.6 kW·h，冬季供暖選型：11.3÷11.6≈1臺。

5.2 末端選型

要求室溫Tin=18℃，按熱泵供水溫度T1=50℃，回水溫度T2=45℃，計算出過余溫度（Δt）。

根據計算公式：（T1+T2）/2-Tin=Δt，即Δt=（50+45）/2-18=29.5℃。

再根據某暖氣片公司提供的《低溫散熱器散熱量實測表》：進水50℃，出水45℃，要求室溫18℃（Δt=29.5℃）時，暖氣片散熱量為86.8 W/片。

根據以上數據可知：134.5 m2的農戶住宅房，按單位面積80 W/m2熱負荷計算，則搭配暖氣片數量為125片。

6 費用估算及與其他熱源設備的使用費用比較

供熱站預測能耗，計算耗電總量，按照每天供熱運行13 h，供熱季120天，電價0.3元/kW·h折合每平方（整個采暖季）運行成本，室內溫度達到（20±2）℃，冬季供暖運行費用對比如表4所示。

表4 冬季供暖幾種能源運行費用對比

7 現場調試中遇到的問題及解決方法

當熱泵采暖系統安裝完成后，在正式使用前的調試工作是必須的。因為在現場調試過程中會出現一些實際性的問題，只有這些問題得到解決，在正式移交用戶使用時才能保證系統工作的順利進行。這個項目在調試過程中也遇到了一些問題，調試中出現的主要問題及解決方案具體如下：

7.1 空氣源熱泵機組出現的故障報警

在現場調試過程中熱泵機組經常會出現故障報警，導致運行工作停止。在調試期間線控器上出現過高壓報警（故障代碼07）：系統啟動運行0.5 h后，出現高壓故障報警代碼，檢查、確認機組正常的情況下，檢查機組循環管路及水泵，發現循環管道中，過濾器由于剛安裝新管道，里面有麻絲、生料帶、鍍鋅管鐵屑等雜質堵死在過濾器濾網中，造成管道水流量不足，引起機組高壓保護。在清洗過濾網后，故障消失，機組運行正常。

7.2 末端散熱片溫度不高的問題

在調試運行過程中，出現了部分末端散熱片水溫一直不高的情況，經詳細檢查安裝管道，在確認所有末端均采用了同程布管的前提下，詳細計算水阻力及水流量，后與末端水泵參數比對，發現末端水泵配置偏小，更換與計算值一致的參數的水泵后，問題得以解決。

8 空氣源熱泵采暖在北方“煤改電”上應用的經驗與分享

通過空氣源熱泵在北京地區農戶“煤改電”采暖中應用的案例分析，可以看出在前期的機組選型時，設備選型并不難，一般熱泵廠家公司都有對應的制熱量標準比較。但末端系統的選型卻是多樣化的，每家每戶原先使用的散熱片大小、管道走向均不一樣，一戶一個方案，所以這個項目的一些經驗還是值得分享的：

（1）設計方案時，一定要現場察看原有末端設備，并進行有效數據計算、校對，選型合理的末端水泵參數，對整個系統的穩定運行至關重要。

（2）提高節能效率是我們的目的，而這必須要以系統穩定運行為前提，所以在設計方案時要以滿足用戶采暖季度的采暖需求為根本。

（3）正式移交用戶前的調試工作是必須的，要解決調試過程中出現的問題，以保證運行參數滿足相關的設計及使用要求。

（4）在公司總部一定要建立基于互聯網端的監控平臺，機器控制主板有通信端能與公司總部監控平臺進行通信，出現故障，第一時間發現問題、第一時間解決問題，為售后贏得寶貴時間。

9 結語

空氣源熱泵采暖在北方冬季采暖中的實際使用是一個復雜的系統工程，不僅僅涉及前期方案、圖紙設計、現場施工勘察（每戶安裝條件不同），而且與后期現場調試等有著重要的聯系。一般而言，項目中標均是幾千、幾萬戶同時中標、同時施工，這就對每個供應商及售后服務提出了較高要求。實時監控現場的實際安裝調試，并有效處理調試過程中遇到的實際問題，才能確保每個程序的有效銜接，保證整個項目的順利運行。目前，空氣源熱泵采暖“煤改電”項目已在北京地區穩定運行3～4年，正由政府向津、京、冀、山東、山西等北方地區大力推廣中。

[1]王偉，倪龍，馬最良.空氣源熱泵技術與應用[M].北京：中國建筑工業出版社，2017.

[2]石文星，王寶龍，邵雙全.小型空調熱泵裝置設計[M].北京：中國建筑工業出版社，2013.

[3]中國標準出版社第六編輯室.采暖散熱器及相關標準匯編[G].北京：中國標準出版社，2009.