某博物館空氣源熱泵供暖優(yōu)缺點分析

王天宇

(故宮博物院, 北京 100009)

0 引言

空氣源熱泵是從室外空氣中提取熱量，通過風機驅動室外空氣流過安裝在室外的采暖裝置(熱泵的蒸發(fā)器)，獲取室外空氣中的熱量再經(jīng)熱泵的冷凝器制取熱水或熱風，提供用戶用于房間供熱。近年來，在我國清潔能源取暖政策的驅動下，空氣源熱泵供暖技術正在得到迅速發(fā)展應用。

1 北方采暖主要方式

北方采暖城市集中采暖主要方式：(1)供熱集中式供暖：集中式的供暖城市通常較普遍采用的主要有兩種城市集中采暖供熱方式，一種采暖通常都是指由含燃煤、燃油、燃氣能源的大型或者小鍋爐提供單獨的供暖方式采暖；但是還有的一種供暖就是使用中央空調(diào)的獨立鍋爐供暖，即是采用熱泵單獨進行供暖。(2)采暖分用戶用熱戶供暖：用熱的面積一般單獨計算，如家用的小型的燃氣、燃油鍋爐，家用小型中央空調(diào)，壁掛爐，電熱膜等供暖方式或接入市政小區(qū)熱力管網(wǎng)采暖等。目前在中國大多數(shù)北方城市內(nèi)，仍是使用集中管網(wǎng)供熱或以小區(qū)市政的集中供暖等形式供熱或以接入社區(qū)公共小區(qū)熱力管網(wǎng)取暖的用戶居多，而且城市供暖依然以采用大、小型鍋爐的采暖方法為主，對周圍氣候環(huán)境質量等多方面影響程度仍然較大。

2 空氣源熱泵供暖熱泵技術應用的新特點及優(yōu)勢

2.1 特點

(1)綠色環(huán)保節(jié)能清潔和環(huán)保高效，空氣源熱泵集中取暖技術相比其他火電聯(lián)合采暖、燃氣、燃煤熱電混合聯(lián)產(chǎn)采暖、太陽能供熱綜合經(jīng)濟采暖方法都能更安全經(jīng)濟環(huán)保節(jié)能，更綠色清潔節(jié)能高效。

(2)系統(tǒng)安全運行的安全系數(shù)相對較高，相比其它普通建筑燃氣、煤電綜合采暖，空氣源熱泵技術更加可靠，而且不容易發(fā)生重大爆炸火災隱患事故和因火災意外引發(fā)爆炸及著火事故的次生事故危險。

(3)容易快速得到廣泛普及，相對應于普通的風能、太陽光伏，空氣能量源供暖，能更容易地被大規(guī)模和迅速有效地使用并普及。

(4)設備長期使用運行后維護壽命長，只要保證正常穩(wěn)定運行時間或維修管理及保養(yǎng)操作得當，通常一般設備可安全穩(wěn)定持續(xù)運行時間近15年。

2.2 技術體系健全

(1)在空氣源熱泵系統(tǒng)供暖方案的實際研發(fā)設計與成功應用運行之前，經(jīng)過了大量嚴格的技術測試及分析。供暖設備對于大多數(shù)我國及北方居民用戶而言，是非常特別重要的能源組成關鍵部分，即便只是出現(xiàn)了個別很細微小部分的供電不足，都會導致對其日常用戶的基本生產(chǎn)、生活需求造成特大程度的直接影響。在當前此種特殊情況環(huán)境下，空氣源熱泵系統(tǒng)供暖市場的大量調(diào)查、研究等數(shù)據(jù)、信息儲備是非常豐富龐大有效的，因此我們在采取具體應用技術手段后的實施操作指導過程中，能夠更加充分的考慮到用戶切身感受，這對于整個空氣源熱泵供暖系統(tǒng)的運營體系逐步健全，奠定了較為堅實可信的基礎[1]。

(2)在實施空氣源熱泵系統(tǒng)供暖整體技術方案操作實施過程中，能夠注重對當下社會環(huán)境所關注的和一些重要時事熱點做出積極正面的分析借鑒、吸收，這樣也就能夠保證針對各個不同目標區(qū)域實施的整體工作任務圓滿完成。如圖1是我單位供暖系統(tǒng)。

2.3 技術相對便捷

(1)在空氣源熱泵系統(tǒng)供暖方式的研究應用實踐過程中，能夠更加充分地結合當前地方采暖工作特點的迫切需求，加強區(qū)域供暖網(wǎng)絡體系功能的集成有效和改造。空氣源熱泵系統(tǒng)供暖工程的實踐操作，與以往一般采暖技術有很大的創(chuàng)新上的不同，其主要致力于將整個供暖體系實現(xiàn)長久、穩(wěn)定且持續(xù)的循環(huán)改造，這樣不僅能夠保證對系統(tǒng)以往所積累的一些重大問題及時有效的解決，同時亦能保障在其未來的運行發(fā)展變化中，能夠持續(xù)的創(chuàng)造出較高的應用價值，不會再次造成較為嚴重的環(huán)境隱患。

(2)公司在進行空氣源熱泵供暖項目的前期研發(fā)測試中，已經(jīng)分別針對很多地方的供暖試點和區(qū)域做出實際應用，從最終得到應用的數(shù)據(jù)結果來看，大部分地方供暖的試點或者區(qū)域，都已能夠在其空氣源熱泵供暖方式的開發(fā)應用推廣上取得了較好的應用效果，整體性能上都未再表現(xiàn)出明顯的功能不足[2]。

(3)對比傳統(tǒng)鋪設供熱管網(wǎng)，在空氣源熱泵集中供暖系統(tǒng)工程的實施操作中，能夠更加快速及時的按時完成全部工作任務，基本上不會出現(xiàn)過于嚴重的拖沓現(xiàn)象，能夠減少路面開挖，管網(wǎng)鋪設造成的建筑物破壞，空氣源熱泵供暖在很多方面都取得了良好發(fā)展，為整個區(qū)域集供暖建設事業(yè)的快速進步，提供了更多積極的發(fā)展動力支持。

3 空氣源熱泵的缺點

3.1 制熱能力隨溫度下降

根據(jù)國家有關規(guī)定，空氣能熱泵產(chǎn)品在-12℃左右的工作環(huán)境下，也要始終保持2.0。以上的高能效比；在-25℃以下的惡劣環(huán)境中要能夠維持正常工作啟動并運行；部分超冷低溫型的空氣能熱泵甚至還能在-35℃以下的寒冷環(huán)境中運行。因此，環(huán)境溫度系數(shù)越低，空氣能熱泵設備的保溫制熱能力也會出現(xiàn)下降，不過隨著國內(nèi)外空氣能熱泵設備技術的不斷發(fā)展突破，空氣能熱泵機組的運行能效會越來越高，節(jié)能性也會越來越強，適應環(huán)境的能力也會變強。

3.2 體積較大，安裝困難

空氣能熱泵的外形相對較大，安裝過程中還需要水泵、緩沖水箱、膨脹管等零部件，因此需要較大的安裝空間。不過空氣能熱泵根據(jù)采暖面積的大小，有著不同型號來對應，相應的體積也有大小之分，根據(jù)不同型號，需要的安裝面積則不同，選用時要具體分析。

3.3 維護麻煩

空氣能熱泵受到水溫和水質的雙重影響。當環(huán)境溫度低于零下的時候，如果熱泵主機沒有運行或者長時間停電，容易導致采暖管道以及熱泵主機出現(xiàn)結冰凍壞設備和管道的情況。當系統(tǒng)中的水質比較差，維護不及時，系統(tǒng)中容易結成水垢，進而腐蝕金屬部件，堵塞管道等，從而造成系統(tǒng)循環(huán)不暢、熱效率低以及出現(xiàn)漏水等問題。當然，對于水溫和水質的問題，也有相應的解決方式，當出現(xiàn)水溫過低有結冰風險的時候，可以將系統(tǒng)中的水排空(長時間不用的情況下),減少管道結冰的風險；當使用區(qū)域水質較差的情況下，可以通過軟水凈化水質，也可以增加系統(tǒng)清洗保養(yǎng)的頻率，從而提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性[3]。

4 空氣源熱泵供暖技術的應用對策

4.1 加強技術方案的有效擬定

對于新型空氣源熱泵集中供暖新技術體系而言，其在前期研發(fā)工作和開發(fā)應用推廣的實施過程中，目的是在于要更好地提高地區(qū)供暖的綜合水平。經(jīng)過我們大量的討論歸納與實證分析，認為在新型空氣源熱泵集供暖項目的具體應用中，必須確保所擬定新技術方案的科學有效。具體有如下幾方面：

(1)新型空氣源熱泵集供暖工程的具體技術及操作指導方案，要切實結合當前地方工作環(huán)境的現(xiàn)實需求來完成。如我國北方區(qū)域在冬季冷空氣來臨時，供暖使用的氣候區(qū)域數(shù)量非常地龐大，受惡劣環(huán)境影響等因素的干擾較多，這往往就更要加強空氣源熱泵進行供暖效果的研究應用，要考慮到該地方寒冷的各種特殊變化情況，尤其西北區(qū)域，該區(qū)域氣候受冬季嚴寒影響非常突出，應重點在北方空氣源熱泵冬季供暖效果的實際應用及其效果監(jiān)測上加強深入有效的把控。

(2)在冬季技術方案的詳細擬定和設計中，要加強對季節(jié)動態(tài)變化影響供熱因素進行積極動態(tài)的跟蹤把握，尤其應當對天氣發(fā)生的各類極端惡劣現(xiàn)象、季節(jié)發(fā)生的某些特殊異常情況變化等，重點跟蹤，以防止出現(xiàn)微小的疏忽。

4.2 完善設備體系

在如何提高空氣源熱泵供暖設備的各項實際經(jīng)濟功能及整體綜合效益方面，應始終堅持不斷地對整個熱泵設備體系補充完善，只有這樣才能夠確保在發(fā)展該系列設備方面取得較多經(jīng)濟方面上的技術支持，才能真正使得設備在后續(xù)各項實際應用中，不斷地創(chuàng)造并體現(xiàn)出較高的價值。

(1)對各類空氣源熱泵裝置及中央供暖工程機組等的系統(tǒng)安裝以及設備選用，要盡可能地確保這些設備總體結構承載力均能在相對較高的水平上，在有效保證這些設備總體安裝應用成本及生產(chǎn)效率、應用系統(tǒng)安裝使用質量方面的基礎上，取得經(jīng)濟效果上的總體綜合性能提升，這樣系統(tǒng)設備整體才能得到有效地使用及再創(chuàng)造，從而發(fā)揮其相對較高的綜合應用價值，不會由此產(chǎn)生具有任何嚴重社會后果的技術隱患。如圖2工作人員在進行設備維護。

圖2 設備維護圖

(2)同時強調(diào)，在對這些設備體系的設計與完善以及安裝維護中，一定要考慮到可能給使用者在將來的實際工作環(huán)境中所產(chǎn)生的影響。伴隨著中國居住人口數(shù)量逐年的增加，空氣源熱泵系統(tǒng)和供暖一體化技術設備的技術實施應用任務難度也將會持續(xù)快速的提升，這也就要求設備用戶能夠在產(chǎn)品與用戶設備技術應用任務的合理搭配以及使用過程中，不斷地的取得設備在使用中的技術反饋，從而可以在實際應用環(huán)境中去進行使用鞏固。

(3)在對空氣源熱泵系統(tǒng)供暖裝置中的生產(chǎn)和設備體系細節(jié)的具體完善等各個層面內(nèi)容的把握上，需要我們充分注意并考慮到企業(yè)生產(chǎn)與設備體系中的各具體生產(chǎn)細節(jié)，各企業(yè)應與各設備廠家之間一直保持著緊密和良好的交流合作，促使整個生產(chǎn)及設備細節(jié)控制與完善等方面都能得到更大幅度的提升。

4.3 優(yōu)化末端設計

選用暖氣末端設備時應同時統(tǒng)籌考慮各房間功能、生活習慣等各種因素和當?shù)嘏瘹庠O施運行與安裝結構方式，從安裝環(huán)境舒適性角度和安裝采暖設施經(jīng)濟性方面綜合選擇一套比較適合當?shù)夭膳枨蟮母墒降匕鍩o輻射爐集中供暖、風機盤管式供暖、散熱器集中供暖三種安裝設計形式。在既有商業(yè)建筑住宅中，規(guī)劃增設采用干式輻射地板的輻射型集體供暖小區(qū)項目時，應充分考慮集中采暖的荷載，盡量做到多批次采用大面積干式輻射地板以實現(xiàn)輻射式供暖，并能合理地考慮商業(yè)住宅局部的輻射式供暖的要求，應避免大面積家具被集中的擺放與遮擋。從上述這一點的綜合考察來看，空氣源熱泵系統(tǒng)整體供暖方案下的各環(huán)節(jié)末端的整體設計及工作機制在獲得進一步完善健全和支持后，整體方案基礎上所完成的系統(tǒng)設計落實工作取得的實質性進步與推進幅度都是比較大的。從另一角度考慮，系統(tǒng)設計從實際出發(fā)，其所創(chuàng)造的實際效益會相對較為明顯。

4.4 供暖區(qū)域設計

應把重點落在空氣源熱泵系統(tǒng)集中供暖區(qū)域的規(guī)劃設計及管理上，按照一套更科學的規(guī)劃模式來組織設計，才能對區(qū)域相關的采暖管理問題更合理更徹底地加以改善并解決，從而表現(xiàn)出更加完善的整體設計效果。空氣源熱泵系統(tǒng)能以自身極少量的低溫電能，吸收懸浮在周圍空氣介質顆粒中產(chǎn)生的極大量的低溫熱能，通過其高效冷卻壓縮機，可以有效地的將能量壓縮或加熱變?yōu)槠渌母邷責崮埽瑐鬏斨裂h(huán)水箱，加熱并生成高溫熱水。所以，其能耗低、效率高、速度快、安全性能極好、環(huán)保性更強，能源源不斷的高效循環(huán)和供應高溫的熱水。

5 結 語

空氣能熱泵有著眾多的優(yōu)點，同時也有著少數(shù)的缺點，空氣能熱泵憑借著節(jié)能、環(huán)保的特性成為北方“煤改電”項目的主力軍，北方正在大面積的普及應用，而在南方使用還能避免低溫環(huán)境帶來的能效下降的風險，今后應繼續(xù)注重在空氣源熱泵供暖等方面進行持續(xù)性改進，這樣我們才更可能在供熱工作中的系統(tǒng)可靠性、可行性方面繼續(xù)取得更為顯著的質量改善及效果。