風(fēng)冷熱泵采暖在我國(guó)北方地區(qū)的應(yīng)用

1、風(fēng)冷熱泵采暖在我國(guó)北方地區(qū)的應(yīng)用    摘要： 由于環(huán)保要求的提高,我國(guó)北方越來(lái)越多的城市限制燃煤采暖,隨之而來(lái)何種清潔節(jié)能的采暖系統(tǒng)可替代燃煤采暖成為關(guān)系到國(guó)計(jì)民生的緊要課題。本文通過(guò)對(duì)三種風(fēng)冷熱泵機(jī)組低溫（-6-16 ）性能的測(cè)試，發(fā)現(xiàn)采用地板采暖時(shí)，由于地板所需水溫較低，C.O.P可以在3.0以上，比風(fēng)機(jī)盤管供暖節(jié)省30-35%。選擇低溫性能優(yōu)異的風(fēng)冷熱泵機(jī)組，并適當(dāng)考慮功率大一些，在我國(guó)大部分北方地區(qū)，均可以滿足采暖要求，達(dá)到明顯節(jié)能、環(huán)保的效果。風(fēng)冷熱泵結(jié)合地板采暖將是替代燃煤采暖的最經(jīng)濟(jì)的清潔采暖系統(tǒng)。    &

2、#160;關(guān)鍵詞： 風(fēng)冷熱泵 地板采暖 COP    一 、我國(guó)北方地區(qū)面臨的采暖問(wèn)題    環(huán)境保護(hù)與節(jié)約能源正挑戰(zhàn)我國(guó)的供暖熱源。各種傳統(tǒng)采暖方式都存在不同的缺陷：1、燃煤鍋爐采暖污染嚴(yán)重，必須改變。2、集中供熱收費(fèi)制度正在改革，但即使解決了分戶計(jì)量問(wèn)題，也還存在著系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)如何避免水力與熱力的失調(diào)問(wèn)題， 除非徹底解決自動(dòng)化，否則，很難實(shí)現(xiàn)用戶自主調(diào)節(jié)使用,并繳納相應(yīng)的費(fèi)用。3、使用燃?xì)鉅t采暖，一是用戶支出費(fèi)用高，二是仍存在污染問(wèn)題。據(jù)北京市節(jié)能辦公室對(duì)用這種熱源分戶采暖的住宅小區(qū)進(jìn)行測(cè)試，證明氮氧化物明顯超標(biāo)，

3、甚至還存在安全隱患。4、直接用電取暖（如：電暖氣、電熱膜、電鍋爐等），由于燃料的利用率太低，運(yùn)行費(fèi)用很高，所以，在國(guó)標(biāo)中明確規(guī)定一般情況不允許采用1。    表一：幾種常用能源冬季采暖費(fèi)用比較         方式    燃料價(jià)格    熱轉(zhuǎn)化效率    燃料熱值    產(chǎn)生1KWH熱所需費(fèi)用  &

4、#160; 北京地區(qū)運(yùn)行費(fèi)用    特點(diǎn)    燃煤集中供熱    280元/噸    55%    5000wh/kg            污染嚴(yán)重、費(fèi)用低    燃?xì)?#160;    

5、;   75%    10500wh/m3            輕微污染、費(fèi)用較高    燃油    3000元/噸    85%    10500wh/kg       

6、60;    輕微污染、費(fèi)用高    電暖氣、電熱膜        100%    1000wh/度            無(wú)污染、費(fèi)用最高    熱泵       &#

7、160;300%    1000wh/度            無(wú)污染、費(fèi)用低    注：根據(jù)氣象資料，求得北京地區(qū)冬季采暖負(fù)荷按132KWH/m2計(jì)算        另一方面，隨著人民生活質(zhì)量的提高，空調(diào)制冷的普及率大大提高，如果能創(chuàng)造冷暖合一的人工環(huán)境設(shè)施，將具有環(huán)保、節(jié)能的雙重意義。  

8、60; 風(fēng)冷熱泵是一種無(wú)需水源，只與空氣換熱的電驅(qū)動(dòng)供冷暖設(shè)施?？諝怆S處可得，用之不盡。因此，采用風(fēng)冷熱泵在更廣闊的地域供冷暖可以達(dá)到保護(hù)環(huán)境、節(jié)約能源、方便管理、安全使用乃至美觀的諸多目的，是眾人企盼的。    但是，風(fēng)冷熱泵在寒冷地區(qū)（采暖設(shè)計(jì)溫度-5-15范圍）能否用于采暖？在學(xué)術(shù)界一直是眾人存疑的，為此，必須明確回答以下幾個(gè)問(wèn)題，即：1、什么樣的熱泵可以在上述氣候下運(yùn)行？2、在上述的低溫天氣下，熱泵的供熱量下降多少？出風(fēng)或出水的溫度最高達(dá)到了多少度？其功效比為多少？3、除霜狀況如何？給供熱量帶來(lái)多大影響？4、與哪種采暖末端結(jié)合可以達(dá)到供

9、暖的目的？5、在我國(guó)采暖地區(qū)使用的經(jīng)濟(jì)性如何？及與其他采暖方式的比較。下面就上述問(wèn)題加以闡述。    二、 風(fēng)冷熱泵的低溫性能     為揭示風(fēng)冷熱泵的低溫性能，北京清華索蘭環(huán)能技術(shù)研究所建立了低溫模擬實(shí)驗(yàn)室，于2001年8月對(duì)以下三種有代表性的熱泵機(jī)組進(jìn)行了人工氣候下的試驗(yàn)，三種機(jī)組是：A.索蘭中低溫壓縮機(jī)的熱泵試驗(yàn)機(jī)組（以下稱A型） B.某著名公司熱泵機(jī)組（以下稱B型）C.索蘭現(xiàn)產(chǎn)機(jī)組（以下稱C型）    測(cè)試結(jié)果摘要于表二    

10、     機(jī)組類型    A    B    C    額定功率（KW）    8    8    6    模擬外溫-6-8     出風(fēng)或出水溫度（）    

11、;3338         31.539.25,4245    供熱量（W）    8000         4326 3756    供熱量下降百分?jǐn)?shù)%    0        

12、 28 40    耗電量（W）    220v 3122         1219 1388                     外溫-9-10    出風(fēng)或出水溫

13、度（）         28-38    2933 3240     供熱量（W）         3516    3837 3489    供熱量下降百分?jǐn)?shù)%        &#

14、160;57    36 42    耗電量（W）         2860    1112 1219                 3.45 2.86     外溫-11-16

15、    出風(fēng)或出水溫度（）    3337    4146 4648         供熱量（W）    7075    4369 3663         供熱量下降百分?jǐn)?shù)%   

16、0;15    45.4 55         耗電量（W）    3089    3300 3480                        

17、  測(cè)試結(jié)果說(shuō)明：1、 測(cè)試的三種風(fēng)冷熱泵在室外溫度為-5-15的寒冷天氣下，出風(fēng)或出水溫度皆可滿足一般房屋供暖要求，尤其是低溫地板輻射供暖，前提是機(jī)組出力與負(fù)荷匹配。即熱泵機(jī)組選型時(shí)需將額定出力比設(shè)計(jì)負(fù)荷選大一些，否則，在出力不足時(shí)需加電補(bǔ)熱，所選機(jī)組擴(kuò)大的百分?jǐn)?shù)應(yīng)視地區(qū)冬季氣候而定。 2、 不同壓縮機(jī)在相同的蒸發(fā)、冷凝溫度、壓力下（實(shí)驗(yàn)中監(jiān)測(cè)溫度、壓力）表現(xiàn)出的性能不同，即供熱量和耗功率不同，A最好，C次之，B較差。說(shuō)明A更適合北方供暖用，需盡快定型生產(chǎn)。3、 關(guān)于沖霜對(duì)供熱量的影響：首先，北方地區(qū)冬季氣候干燥，決定了沖霜問(wèn)題不嚴(yán)重；其次，不少產(chǎn)品的沖霜過(guò)程都有較大的改

18、進(jìn)，完成動(dòng)作一次的時(shí)間都很短，實(shí)驗(yàn)中觀察，對(duì)于一個(gè)慣性較大的供暖水系統(tǒng) ，水溫的變化不大。第三，在外溫愈低時(shí)，空氣中的絕對(duì)含濕量愈小，沖霜的時(shí)間間隔變得很長(zhǎng)。    三、風(fēng)冷熱泵供暖的末端裝置1、 與低溫輻射地板相結(jié)合    輻射供暖是一種衛(wèi)生條件與舒適條件都比較高的一種供暖方式，地板輻射供暖比天花板供暖更合理。    由于人體在地板輻射供暖的房間中，能從接觸、輻射及對(duì)流多方面進(jìn)行熱交換，所以，不少權(quán)威性資料指出，在達(dá)到人體同等舒適的條件下，室內(nèi)空氣溫度可以比設(shè)計(jì)溫度低2-3

19、，采暖負(fù)荷可降低15%左右，因此它又是一種節(jié)能的采暖裝置。    此外，它的突出優(yōu)點(diǎn)是可以也必須利用低品位熱媒，并具有較大的蓄熱性，在滿足舒適性的要求下，其表面溫度不得超過(guò)24-262。這一點(diǎn)為利用風(fēng)冷熱泵采暖提供了可能性。    以北京地區(qū)為例，其供暖設(shè)計(jì)溫度為-9，住宅連續(xù)供暖的熱負(fù)荷為52W/m2，地板供暖的室內(nèi)設(shè)計(jì)溫度為16，由公式2TEP=Tn+9(q1/100)0.909式中：TEP-地板表面平均溫度，Tn-室溫，q1-地板向上的散熱量，即房間的熱負(fù)荷W/m2TEP=16+9(52/100)0.909=

20、16+4.96=20.96結(jié)果與2指出的20.12 相近。根據(jù)2，有下列熱阻值： 由加熱管道內(nèi)的水至水泥地板表面的平均熱阻為0.0746 m2/W 實(shí)木地板層熱阻為0.1m2/W 地板磚層熱阻為0.02m2/W 復(fù)合木地板層熱阻為0.046m2/W 輻射地板向室內(nèi)空氣的傳熱熱阻為0.107m2/W。將上述熱阻組合，并以北京地區(qū)住宅供暖負(fù)荷52W/m2為例進(jìn)行計(jì)算，得出以下結(jié)果： 采用地板磚的輻射供暖設(shè)計(jì)水溫需25-28； 采用復(fù)合木地板的輻射供暖設(shè)計(jì)水溫需27-30； 采用實(shí)木地板的輻射供暖設(shè)計(jì)水溫需29-33?？紤]到使用的盤管材料壁厚不同等因素，上述溫度應(yīng)適當(dāng)提高1-2。上述地板中敷射管道直

21、徑為16/14，間距為150-200mm。由表二的數(shù)據(jù)不難看出，在我國(guó)北方寒冷地區(qū)采用風(fēng)冷熱泵時(shí)，以上出水溫度皆可滿足，并且其功效比皆可在3.0左右，節(jié)電60%以上。    2、 與風(fēng)機(jī)盤管相結(jié)合：一般出風(fēng)溫度為38-40即可。從實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)看，風(fēng)冷熱泵在北方大部分地區(qū)也是可行的，它的前提也是將機(jī)組選型時(shí)選大一些（約40%），或采用電補(bǔ)熱。四、風(fēng)冷熱泵供暖的經(jīng)濟(jì)性分析     末端裝置    采暖熱負(fù)荷W/m2    熱泵供熱量W/m2&#

22、160;   COP    耗電量W / 元    電補(bǔ)熱W / 元    設(shè)備投資加大40%時(shí)    地板（每米2）    -10以下 6708        3          

23、60;     -7-1010404                        -4-728474                 &#

24、160;      -466904    66904            0        總計(jì)    112490            

25、;                  由上可見(jiàn)，若采用電補(bǔ)熱，年運(yùn)行費(fèi)為17.478元/m2，而設(shè)備投入加大40%，則年采暖運(yùn)行費(fèi)為13.45元/m2。    例如，一臺(tái)8000W熱泵機(jī)組采用地板采暖，供110平方米，則采暖季的運(yùn)行費(fèi)為13.45元/m2，而如果選6000W的熱泵機(jī)組，雖初投資少0.26萬(wàn)，但冬季運(yùn)行費(fèi)為17.478元/m2，每年要多花443.8元，5年后就不合

26、算了，況且，電補(bǔ)熱需加大用戶電容量，也是需要考慮的。    當(dāng)末端采用風(fēng)機(jī)盤管送熱風(fēng)時(shí)，則由于出風(fēng)溫度較高，COP下降（參見(jiàn)表二，例如室外溫度為-7 時(shí)，產(chǎn)生35熱水時(shí)，熱泵C.O.P為3.5，產(chǎn)生45 熱水時(shí)，熱泵C.O.P為2.58），以及采暖負(fù)荷較大，兩項(xiàng)因素會(huì)導(dǎo)致上述費(fèi)用加大30%-35%。例如北京地區(qū)冬季會(huì)增加約5元/m2運(yùn)行費(fèi)。    2、 濟(jì)南，北緯36.41。，采暖室外設(shè)計(jì)溫度-7，室內(nèi)設(shè)計(jì)溫度同京津地區(qū)。     末端裝置   

27、 采暖熱負(fù)荷W/m2    熱泵供熱量W/m2    COP    耗電量W 元    電補(bǔ)熱W元    設(shè)備投資加大35%時(shí)    地板（每米2）    -7-10 9258    6018      

28、60; 1880        3240            -4-719245    13857        5660        5388   

29、60;        -462730    62730        18450                      總計(jì)    87

30、993    82605         25990                         如末端采用風(fēng)機(jī)盤管需加大運(yùn)行費(fèi)25-30%。    3、 鄭州，北緯34.43

31、。，采暖設(shè)計(jì)外溫-5，室內(nèi)設(shè)計(jì)溫度同京津地區(qū)。     末端裝置    采暖熱負(fù)荷W/m2    熱泵供熱量W/m2    COP    耗電量W 元    電補(bǔ)熱W元    設(shè)備投資加大35%時(shí)    地板（每米2）    -7-1081

32、63    5306                2857            -4-73601    2593                1008