煤改电中空气源热泵供暖方案的优化分析

张瑞祥

（山西焦煤岚县正利煤业有限公司 山西吕梁 033000）

引言

近些年来，虽然我国经济社会发展比较迅速，但是能源的消耗量与日俱增，尤其是化石燃料燃烧过程中所排放的污染物会增加生态环境的压力。2013年国务院制定并颁发了《大气污染防治行动计划》，极大的推动了清洁能源工程的发展，如“煤改电”、“煤改气”等。在上述工程中，空气源热泵得到了广泛的应用，其既可以避免燃料不完全燃烧所排放的污染物，而且还可以满足人们的取暖需求，达到生态环保与经济效益的双重要求。

1 研究对象

本次以正利煤业食堂为例进行研究，其配套房间包括食堂操作间、物品储藏间、锅炉房，供暖房间面积为210m2，总占地面积为370m2。最西侧为原锅炉房，其主要记住电锅炉供暖，供回水温度控制在50℃-75℃，额定制热量控制在9kW，在对其进行改造过程中，用空气源热泵来代替原有燃煤锅炉房，同时调整和优化了供热管道。改造前，餐厅1和餐厅2均有54片散热器，散热器型号为四柱760，共有散热器片数186片，散热器采用了双管上供上回连接方式。改造后餐厅1保持原来的散热器末端型号不变，并增设了几台散热器，然而餐厅2直接将原有散热器拆除，并为其配备了立式风机盘管，该过程中的风机盘管、散热器、采暖干管都采用了双管上供上回进行连接。由于餐厅1和餐厅2的房间尺寸相同，按照要求虽然配备了不同类型的散热末端，然而供暖由同一个热泵机组完成，因此供回水温度相同，且散热末端的模拟和测试具有一定的可比性。本次以餐厅1和餐厅2为研究对象。

2 空气源热泵设备的选型及校核计算

《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范》GB 50736-2012中明确规定：在进行空气源热泵热负荷进行计算时，需要满足如下要求：（1）通风过程所需消耗的热量；（2）围护结构所需热负荷；（3）外门开启与冷风渗透过程中，在冷空气加热阶段需要的耗热量；（4）其他途径所需要消耗和获取的热量。通常情况下，空气源热泵所产生的热负荷主要由两部分组成，即新风负荷和室内负荷，如果空调系统未经加湿处理时，将会采用与供暖系统一样的热负荷公式进行计算。本次研究过程中为了使房间具备良好的气流组织，采用了TLX-A21立式明装风机盘管4台，每台风机盘管能够产生1.178kW的供热量。

根据 《风机盘管机组》GB/T 19232-2003可知，在进水温度60℃，进口空气干球温度21℃条件下对风机盘管的制热性能进行测试，如果实际工况与产品标准工况有所偏差时，要对风机盘管的产品性能和参数给予进一步校核，查看其是否满足实际运行要求。

在标准工况下，餐厅1和餐厅2所采用的TLX-A21风机盘管制热量达到了1.62kW，下面将会在实际运行的同时，来校核风机盘管运行阶段所需的供热量。

2.1 进水温度的校核

在标准条件下，风机盘管的供水温度为60℃，然而在具体运行阶段，风机盘管的进水温度只有45℃，此时对风机盘管的性能参数表进行查阅得知在水流量为217kg/h，供水温度为45℃的条件下，风机盘管供热量达到了1.166kW。

2.2 热指标计算法

大部分早期建筑物为了能够达到节能效果，且保证煤改电的顺利进行，就需要对既有建筑进行改造，此时可能会因为图纸的丢失和不足，而导致优化方案无法顺利进行，此时可以借助热指标法对其进行估算。通常情况下，热指标法包括了体积指标法和面积指标法两种方法，其中面积指标法一般是在室内外温差为1℃的情况下，每平米建筑物所对应的平均热负荷。体积热指标法一般是指在室内外温差为1℃的情况下，每立方米建筑物所对应的采暖热负荷。建筑热负荷不仅与建筑面积有关，而且与建筑物的窗墙比、体形系数等有关，主要取决于建筑物通过围护结构向外界所传递的热量。实际上，面积热指标法所对应的计算过程和结果更为直观，而且计算过程相对简便，因此在空气源热泵设备校核计算过程中得到了广泛的应用，并取得了不错的应用效果。

2.3 被测建筑热负荷计算

通常情况下，与该食堂相匹配的设计图纸存在比较明显的不足，这样一来就无法准确判定被测房屋围护结构所具备的热工特性，此时可以借助建筑热指标法来对建筑的热负荷进行估算。根据“十二五”规划可知，到“十二五”末期每栋建筑物所对应的综合设计热指标均需要达到50W/m2。但是，各个地区所制定的设计热指标不可能彻底取代所有周围的建筑，主要是由于北京市区、郊区与周围农村的建筑结构存在加大的差距，加之郊区房屋的结构特点、施工水平与城市相比存在比较大的差异，从而导致房屋的节能性较差，无法达到预期的节能效果。本次研究过程中，房屋改造前所对应的热指标为75W/m2，并且在冬季餐厅1和餐厅2可以达到的热负荷均为5650W。

2.4 风机盘管在不同出风速度下的制热量修正

本次研究所选择的风机盘管在进行高档位运行过程中，所产生的制热量，通过与速度修正系数相乘就能够获得中速和低速运行状态下风机盘管的制热量。通过分析得知，餐厅2选择了TXL-A21型号的风机盘管，通过对进风口空气干球温度和进水温度进行校核发现，在高速风量下，风机盘管的单台制热量为2.124kW，在中速条件下，所对应的制热量修正系数为0.88，这样一来风机盘管的单台制热量达到了：2.124×0.88=1.869kW。在实际情况下，室内热负荷所需制热量1.178kW，而改造后风机盘管所对应的最终制热量达到了1.869kW，符合餐厅2室内所需热量要求。

2.5 改造后末端设备对室内空间所产生的影响

煤改电前，餐厅1在靠外墙侧窗户下分两组布置了散热器54片。改造成空气源热泵后，在原有基础上增加了散热器51片。以往散热器组片连接强度相对比较弱，无法增加散热器数量，此时选择了将在房间东西两侧安装两组散热器，每侧布设散热器25片，总计105片。

煤改电前，餐厅2散热器布置与餐厅1相同，在对其进行改造后，用立式明装风机盘管来取代原有散热器末端，为了确保餐厅2室内气流均匀流通，将2台散热器布置在靠近外墙窗户侧，2台分别布置在东西墙两侧。

原有散热器选择了的是尺寸为60mm×143mm×682mm的四柱760型散热器，改造后餐厅1继续选用四柱760型散热器，然而餐厅2选择的风机盘管尺寸为896mm×220mm×560mm。

通过本次研究发现，改造后餐厅1的房间散热器数量增加，供回水温度降低，导致散热器所占室内面积增加。通过在餐厅东西墙两侧增设两组散热器，这样不仅没有增加南外墙散热器安装的占地面积，而且还可以达到预期的供热效果。

结语

综上所述，随着城市化建设和生态环保的发展，有效的推动了煤改电的进程，通过对空气源热泵供暖方案进行调整和优化，既能够有效降低系统的运行能耗，而且还能够提高室内的舒适度，在满足用户供暖需求的同时，还可以达到生态环保的要求。