居民小区采用空气源热泵供热探索

张雪

摘    要：随着供热行业的快速发展，如何提高天然气利用效率，在一定程度上缓解国内用气压力，保障民生供热，成为供热行业各专家学者所研讨的问题。燃气空气源吸收式热泵作为一种新生的供热设备，引起了供热企业的广泛关注。

关键词：居民小区;空气源热泵;供热

1   空气源热泵概述

空气源热泵属于热泵技术中的新形式，其比较容易操作、运行成本较低、安全性能较好且可以得到良好供暖效果。与水热泵、地热泵相比其不需要增设取水系统、回灌系统或土壤换热系统与专用机房，在保证供暖效果的基础上可以实现节能环保目标。目前，我国各地区正在推进煤改清洁能源、美麗乡村建设等，由于空气源热泵属于清洁能源供暖技术，因此得到了广泛的使用。现阶段，国内外在研究空气源热泵机组时主要致力于提升空气源热泵性能参数，得到了良好的效果。在实际使用过程中，如果处于低温、高湿的运行环境中，空气源热泵机组会频繁出现结霜、误除霜、能效低、运行稳定性差等问题，给空气源热泵供暖系统带来直接的影响，同时不利于空气源热泵供暖系统在低温、高湿环境中的推广与应用。在面对这些问题时我国建筑科学研究院作为项目牵头负责单位，对国家重点研发计划中的藏区、西北地区及高原地区利用可再生能源供暖空调新技术正式立项，对空气源热泵有效抑霜、高效控霜关键技术及低温空气源热泵设备开发等工作开展研究。

2  空气源热泵供暖原理及特点

2.1  空气源热泵供暖原理

空气源热泵供暖系统主要由水箱、蒸发器、地暖及水泵等组成。蒸发器在完成空气吸收后经压缩机压缩后产生低位热能，通过加热、循环泵进入到地暖散热管中，保证供暖效果。数据采集系统主要包括电磁流量计、采集仪、数据传感器。在进行温度测量时可以采用PT100铂电阻温度传感器，精度控制在A级;压力传感器精度控制在0.5%FS;测量压缩机、风机和水泵耗功时采用功率传感器，精度控制在0.5级;将电气流量计测量循环水流精度控制在±0.5%;数据采集周期控制在30s。

2.2  空气源热泵供暖特点

（1）空气源热泵系统冷热源合并，不用特别设置锅炉房和冷冻机房，机组随意放置，不占用有效建筑使用面积，安装施工十分便捷。（2）空气源热泵系统没有冷却水这部分动力消耗环节，冷却水消耗环节带来的污染导致细菌感染的病例已屡见不止，从全面健康角度，空气源热泵也有明显的优势。（3）空气源热泵系统不需要传统燃煤设施那种庞大的机器本体及供应燃料输送、除尘机器和排放烟气及燃料残渣系统，总体设计便捷、系统稳定可靠、对环境没有破坏影响。（4）空气源热泵采用模块化机组设计，无需考虑备用设备，使用过程中电脑主动控制，调节机器的运行及使用状态，便于工作环境与输出功率相匹配。（5）空气源热泵的供暖热效能受外界气候直接影响。（6）在我国北方冬季低温的情况下，由于空气源热泵冬季集中大量供热量不足，建议增设辅助加热器。

3  空气源热泵供热系统技术要求

（1）机组采用环保制冷剂;（2）单台制热量不大于120kW;（3）机组在室外环境温度-25℃时可正常运行制热模式;（4）机组最高出水温度不得低于65℃;（5）机组制热性能优越：环境温度-12℃，出水温度不低于60℃，该工况制热能效系数不得低于2.0;（6）机组采用双系统设计或单系统双压缩机，当其中一个系统或压缩机出现故障时，可不影响正常运行;系统须有稳定可靠的自动除霜系统，可通过模块组合控制间隔除霜功能，也可根据实际情况手动设置除霜;（7）噪声：投标方必须提供国家认可实验室出具的噪声测试报告，单台机组的噪音不得高于75dB（A），系统安装完成并按设计热负荷运行后，距离最近的居民或办公场所噪声应不大于45dB（A）。

4  节能效果与COP计算

试验过程中，选取天气晴好、空气源热泵运行稳定的一天对空气源热泵供热系统实际加热效果进行测量，空气源热泵24h工作自动调节。凌晨0：00开始记录数据，每次测量时间间隔为10min。记录试验温室内外温差以及与对照温室的温差，观察并记录电表读数。对照温室采用市网集中供暖，记录0：00～24：00的室内外温差。分别计算试验温室和对照温室的总能耗，折合为标准煤后进行节能效果比较。空气源热泵的COP值表示系统的加热性能，COP值越大则节能效果越好，其计算公式为：

在进行节能率计算时应做好空气源热泵与传统燃煤锅炉加温后所得到的节能率的计算，将空气源热泵加温过程中消耗的电量与标准煤用量进行换算;将利用空气源加温所得到的热量换算为使用燃煤锅炉加温后所需要的标准煤量，将两者进行比较。温室所得到的热量[Qact]如果是燃煤锅炉所得，在使用燃煤供暖时所消耗的标准煤量计算公式为：

将温室加热过程中所使用的电能W换算为标准煤用量，计算如下：

5  应用效果分析

（1）居民小区在无其他可利用的热源的情况下，采用空气源热泵替代锅炉供热，可保证居民采暖要求，并能保证供热效果，同时还能满足环保指标要求。（2）供热能耗成本低于生物质燃料供热成本，可作为生物质锅炉供热项目的替代方案。（3）系统的运行噪声控制可靠，无扰民之忧，可以在离居民较近的地方安装，但安装空间要求较大。（4）热泵系统全供热季的实际能效比COP未能达到技术要求，需要进一步优化系统运行控制策略，优化运行方式、提高能效比。（5）由于系统运行需要的循环量较大，应在优化热泵系统整体设计，在满足系统运行总流量的前提下，降低热网系统的运行流量，降低耗电量。

6  结语

能源危机和环境污染问题是当前我国供热行业面临的主要问题。燃气空气源吸收式热泵作为一种新型供热设备对于节能减排、减少能源依赖、实现清洁供热具有较高的应用价值，但作为新生的设备在应用初期不可避免的存在一定的问题。相信随着对其系统深入研究，并对存在的缺陷不断的加以改造，必将提高其运行性能，产生更好的供热效果，从而带动供热行业技术的发展和进步。

参考文献：

[1] 张建军.我国空气源热泵供热现状、技术及政策[J].中国住宅设施，2019（4）：38～40.

[2] 姚登科.煤改电中空气源热泵供暖方案的优化研究[D].北京建筑大学，2019.