空气源热泵采暖在北京农村“煤改电”上的应用

黄圣洋

（上海斯茵节能技术有限公司，上海201804）

0 引言

空气污染和资源紧张使燃煤为主的能源结构面临转型，空气源热泵因其节能环保的特点成为供暖新秀，它不仅在新建建筑中得到应用，在旧房采暖方式的改造中也发挥了重要作用，例如原有供暖方式为燃煤锅炉的家庭和工厂，在节能减排降耗的政策背景下改变供暖方式，采用空气源热泵供暖，系统原理如图1所示。

图1 空气源热泵+暖气片采暖系统原理图

对于北京地区改造项目中大量使用空气源热泵，得益于近几年空气源热泵在北京地区的推广及协会的大力支持，这使得空气源热泵作为一种高效节能的采暖热源被政府及当地用户所认可。空气源热泵的应用是个技术活，正确设计和安装的空气源热泵采暖系统，相比其他采暖方式，不但能节省运行费用，也降低了一次能源的消耗，对于改善我们的大气环境和降低PM2.5类颗粒物的排放都有着显著的效果。本文基于北方“煤改电”案例，介绍了空气源热泵在北方地区的采暖应用，并分析了现场安装、调试中出现的问题及解决方法。

1 工程概况

1.1 工程概况

该项目为北京朝阳区十八里店乡镇吕家营村农户煤改电供暖项目，建筑供暖面积约134.5 m2；此建筑采用欧思丹超低温空气源热泵，冬季暖气片采暖。

1.2 工程要求

（1）设计室内温度（20±2）℃；

（2）供水温度50℃，回水温度45℃。

2 设计依据

（1）GB 50016—2014《建筑设计防火规范》；

（2）12K404《地面辐射供暖系统施工安装》；

（3）JGJ 142—2012《辐射供暖供冷技术规程》；

（4）GB 50736—2012《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范》。

3 气象参数

3.1 室外空气设计参数

查GB 50736—2012《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范》得北京市室外空气计算参数值如表1所示。

表1 室外空气计算参数

3.2 室内计算参数

采暖建筑的室内计算参数如表2所示。

表2 室内计算参数

住宅作为人员久留区域需要实施供暖，采暖建筑的室内温度计算参数如表3所示。

表3 室内温度计算参数

4 负荷计算

4.1 围护物基本耗热量

计算公式：

式中，Q为围护结构的基本耗热量（W）；a为围护结构的温差修正系数；K为围护结构的传热系数[W/（m2·℃）]；F为围护结构的传热面积（m2）；tn为供暖室内计算温度（℃）；twn为供暖室外计算温度（℃）。

整个建筑物或房间围护结构的基本耗热量等于它的围护结构各部分基本耗热量的总和。

4.2 冷风渗透耗热量

在冬季，建筑物由于室外空气与建筑物内部的竖直贯通通道空气之间的密度差形成的热压以及风吹过建筑物时在门窗两侧形成的风压作用下，室外的冷空气通过门、窗等缝隙渗入室内，被加热后逸出，消耗室内所加热的热量。

4.3 总热负荷量

根据北京平房供暖面积热指标及围护结构和冷风渗透的耗热量，该项目单位面积热负荷取80 W/m2，则总热负荷Q=80 W/m2×134.5 m2=10.76 kW。

5 设备选型

5.1 主机选型

该建筑冬季暖气片采暖的热负荷为10.76 kW，考虑到实际情况，供暖加5%的富裕量，即制热需求为11.3 kW，以上设计能满足用户的需要。对照欧思丹KFXFC-018SI机组，冬季-7℃时制热量为11.6 kW·h，冬季供暖选型：11.3÷11.6≈1台。

5.2 末端选型

要求室温Tin=18℃，按热泵供水温度T1=50℃，回水温度T2=45℃，计算出过余温度（Δt）。

根据计算公式：（T1+T2）/2-Tin=Δt，即Δt=（50+45）/2-18=29.5℃。

再根据某暖气片公司提供的《低温散热器散热量实测表》：进水50℃，出水45℃，要求室温18℃（Δt=29.5℃）时，暖气片散热量为86.8 W/片。

根据以上数据可知：134.5 m2的农户住宅房，按单位面积80 W/m2热负荷计算，则搭配暖气片数量为125片。

6 费用估算及与其他热源设备的使用费用比较

供热站预测能耗，计算耗电总量，按照每天供热运行13 h，供热季120天，电价0.3元/kW·h折合每平方（整个采暖季）运行成本，室内温度达到（20±2）℃，冬季供暖运行费用对比如表4所示。

表4 冬季供暖几种能源运行费用对比

7 现场调试中遇到的问题及解决方法

当热泵采暖系统安装完成后，在正式使用前的调试工作是必须的。因为在现场调试过程中会出现一些实际性的问题，只有这些问题得到解决，在正式移交用户使用时才能保证系统工作的顺利进行。这个项目在调试过程中也遇到了一些问题，调试中出现的主要问题及解决方案具体如下：

7.1 空气源热泵机组出现的故障报警

在现场调试过程中热泵机组经常会出现故障报警，导致运行工作停止。在调试期间线控器上出现过高压报警（故障代码07）：系统启动运行0.5 h后，出现高压故障报警代码，检查、确认机组正常的情况下，检查机组循环管路及水泵，发现循环管道中，过滤器由于刚安装新管道，里面有麻丝、生料带、镀锌管铁屑等杂质堵死在过滤器滤网中，造成管道水流量不足，引起机组高压保护。在清洗过滤网后，故障消失，机组运行正常。

7.2 末端散热片温度不高的问题

在调试运行过程中，出现了部分末端散热片水温一直不高的情况，经详细检查安装管道，在确认所有末端均采用了同程布管的前提下，详细计算水阻力及水流量，后与末端水泵参数比对，发现末端水泵配置偏小，更换与计算值一致的参数的水泵后，问题得以解决。

8 空气源热泵采暖在北方“煤改电”上应用的经验与分享

通过空气源热泵在北京地区农户“煤改电”采暖中应用的案例分析，可以看出在前期的机组选型时，设备选型并不难，一般热泵厂家公司都有对应的制热量标准比较。但末端系统的选型却是多样化的，每家每户原先使用的散热片大小、管道走向均不一样，一户一个方案，所以这个项目的一些经验还是值得分享的：

（1）设计方案时，一定要现场察看原有末端设备，并进行有效数据计算、校对，选型合理的末端水泵参数，对整个系统的稳定运行至关重要。

（2）提高节能效率是我们的目的，而这必须要以系统稳定运行为前提，所以在设计方案时要以满足用户采暖季度的采暖需求为根本。

（3）正式移交用户前的调试工作是必须的，要解决调试过程中出现的问题，以保证运行参数满足相关的设计及使用要求。

（4）在公司总部一定要建立基于互联网端的监控平台，机器控制主板有通信端能与公司总部监控平台进行通信，出现故障，第一时间发现问题、第一时间解决问题，为售后赢得宝贵时间。

9 结语

空气源热泵采暖在北方冬季采暖中的实际使用是一个复杂的系统工程，不仅仅涉及前期方案、图纸设计、现场施工勘察（每户安装条件不同），而且与后期现场调试等有着重要的联系。一般而言，项目中标均是几千、几万户同时中标、同时施工，这就对每个供应商及售后服务提出了较高要求。实时监控现场的实际安装调试，并有效处理调试过程中遇到的实际问题，才能确保每个程序的有效衔接，保证整个项目的顺利运行。目前，空气源热泵采暖“煤改电”项目已在北京地区稳定运行3～4年，正由政府向津、京、冀、山东、山西等北方地区大力推广中。

[1]王伟，倪龙，马最良.空气源热泵技术与应用[M].北京：中国建筑工业出版社，2017.

[2]石文星，王宝龙，邵双全.小型空调热泵装置设计[M].北京：中国建筑工业出版社，2013.

[3]中国标准出版社第六编辑室.采暖散热器及相关标准汇编[G].北京：中国标准出版社，2009.