風(fēng)冷熱泵采暖在我國北方地區(qū)的應(yīng)用

1、風(fēng)冷熱泵采暖在我國北方地區(qū)的應(yīng)用    摘要： 由于環(huán)保要求的提高,我國北方越來越多的城市限制燃煤采暖,隨之而來何種清潔節(jié)能的采暖系統(tǒng)可替代燃煤采暖成為關(guān)系到國計民生的緊要課題。本文通過對三種風(fēng)冷熱泵機組低溫（-6-16 ）性能的測試，發(fā)現(xiàn)采用地板采暖時，由于地板所需水溫較低，C.O.P可以在3.0以上，比風(fēng)機盤管供暖節(jié)省30-35%。選擇低溫性能優(yōu)異的風(fēng)冷熱泵機組，并適當(dāng)考慮功率大一些，在我國大部分北方地區(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)濟的清潔采暖系統(tǒng)。 關(guān)鍵詞： 風(fēng)冷熱泵 地板采暖 COP一

2、 、我國北方地區(qū)面臨的采暖問題    環(huán)境保護(hù)與節(jié)約能源正挑戰(zhàn)我國的供暖熱源。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、集中供熱收費制度正在改革，但即使解決了分戶計量問題，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)問題， 除非徹底解決自動化，否則，很難實現(xiàn)用戶自主調(diào)節(jié)使用,并繳納相應(yīng)的費用。3、使用燃?xì)鉅t采暖，一是用戶支出費用高，二是仍存在污染問題。據(jù)北京市節(jié)能辦公室對用這種熱源分戶采暖的住宅小區(qū)進(jìn)行測試，證明氮氧化物明顯超標(biāo)，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，運行

3、費用很高，所以，在國標(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用比較方式燃料價格熱轉(zhuǎn)化效率燃料熱值產(chǎn)生1KWH熱所需費用北京地區(qū)運行費用特點燃煤集中供熱280元/噸55%5000wh/kg0.102元/KWH13.4元/m2污染嚴(yán)重、費用低燃?xì)?.7元/m375%10500wh/m30.216元/KWH28.5元/m2輕微污染、費用較高燃油3000元/噸85%10500wh/kg0.336元/KWH44.3元/m2輕微污染、費用高電暖氣、電熱膜0.4元/度100%1000wh/度0.4元/KWH52.8元/m2無污染、費用最高熱泵0.4元/度300%1000wh/度0.13

4、3元/KWH17.6元/m2無污染、費用低注：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。    風(fēng)冷熱泵是一種無需水源，只與空氣換熱的電驅(qū)動供冷暖設(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

5、暖設(shè)計溫度-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問題，即：1、什么樣的熱泵可以在上述氣候下運行？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？給供熱量帶來多大影響？4、與哪種采暖末端結(jié)合可以達(dá)到供暖的目的？5、在我國采暖地區(qū)使用的經(jīng)濟性如何？及與其他采暖方式的比較。下面就上述問題加以闡述。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驗室，于2001年8月對以下三種有代表性的熱泵機組進(jìn)行了

6、人工氣候下的試驗，三種機組是：A.索蘭中低溫壓縮機的熱泵試驗機組（以下稱A型） B.某著名公司熱泵機組（以下稱B型）C.索蘭現(xiàn)產(chǎn)機組（以下稱C型）測試結(jié)果摘要于表二機組類型ABC額定功率（KW）886模擬外溫-6-8 出風(fēng)或出水溫度（）3338 31.539.25,4245供熱量（W）8000 4326 3756供熱量下降百分?jǐn)?shù)%0 28 40耗電量（W）220v 3122 1219 1388C.O.P2.56 3.5 2.58外溫-9-10出風(fēng)或出水溫度（） 28-382933 3240 供熱量（W） 35163837 3

7、489供熱量下降百分?jǐn)?shù)% 5736 42耗電量（W） 28601112 1219C.O.P 1.233.45 2.86 外溫-11-16出風(fēng)或出水溫度（）33374146 4648 供熱量（W）70754369 3663 供熱量下降百分?jǐn)?shù)%1545.4 55 耗電量（W）30893300 3480 C.O.P2.191.33 1.05 測試結(jié)果說明：1、 測試的三種風(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，前提是機組出力與負(fù)荷匹配。即熱泵機組選型時需

8、將額定出力比設(shè)計負(fù)荷選大一些，否則，在出力不足時需加電補熱，所選機組擴大的百分?jǐn)?shù)應(yīng)視地區(qū)冬季氣候而定。 2、 不同壓縮機在相同的蒸發(fā)、冷凝溫度、壓力下（實驗中監(jiān)測溫度、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，決定了沖霜問題不嚴(yán)重；其次，不少產(chǎn)品的沖霜過程都有較大的改進(jìn)，完成動作一次的時間都很短，實驗中觀察，對于一個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，空氣中的絕對含濕量愈小，沖霜的時間間隔變得很長。三、風(fēng)冷熱泵供暖的末端裝置1、 與低溫輻射地板相

9、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)計溫度低2-3，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24-26四、風(fēng)冷熱泵供暖的經(jīng)濟性分析&#

10、160;   選取北方寒冷地區(qū)幾個大城市的氣象數(shù)據(jù)，對風(fēng)冷熱泵供暖的成本進(jìn)行分析如下：1、 京津地區(qū) 北緯39.1-39.95。，采暖室外設(shè)計溫度-9，室內(nèi)設(shè)計溫度：地板+16，熱風(fēng)+18，熱泵的性能采用表二中的C組數(shù)據(jù)，電價0.4元/度末端裝置采暖熱負(fù)荷W/m2熱泵供熱量W/m2COP耗電量W / 元電補熱W / 元設(shè)備投資加大40%時地板（每米2）-10以下 67084024.831341 0.53661.0730.893-7-10104046762.63.22113 0.8451.45661.303-4-72847419931.83.45862 2.3453

11、.4163.349-466904669043.419677 7.87107.871總計11249097628.2  28993 11.5365.942613.453    由上可見，若采用電補熱，年運行費為17.478元/m2，而設(shè)備投入加大40%，則年采暖運行費為13.45元/m2。    例如，一臺8000W熱泵機組采用地板采暖，供110平方米，則采暖季的運行費為13.45元/m2，而如果選6000W的熱泵機組，雖初投資少0.26萬，但冬季運行費為17.478元/m2，每年要多花443.8元

12、，5年后就不合算了，況且，電補熱需加大用戶電容量，也是需要考慮的。    當(dāng)末端采用風(fēng)機盤管送熱風(fēng)時，則由于出風(fēng)溫度較高，COP下降（參見表二，例如室外溫度為-7 時，產(chǎn)生35熱水時，熱泵C.O.P為3.5，產(chǎn)生45 熱水時，熱泵C.O.P為2.58），以及采暖負(fù)荷較大，兩項因素會導(dǎo)致上述費用加大30%-35%。例如北京地區(qū)冬季會增加約5元/m2運行費。    2、 濟南，北緯36.41。，采暖室外設(shè)計溫度-7，室內(nèi)設(shè)計溫度同京津地區(qū)。末端裝置采暖熱負(fù)荷W/m2熱泵供熱量W/m2COP耗電量W 元電補熱W元設(shè)備投資

13、加大35%時地板（每米2）-7-10 925860183.218800.75232401.2961.157-4-719245138573.456602.26453882.1552.264-462730627303.4184507.38  7.36總計8799382605 2599010.369 3.45110.781    如末端采用風(fēng)機盤管需加大運行費25-30%。    3、 鄭州，北緯34.43。，采暖設(shè)計外溫-5，室內(nèi)設(shè)計溫度同京津地區(qū)。末端裝置采暖熱負(fù)荷W/m2熱泵

14、供熱量W/m2COP耗電量W 元電補熱W元設(shè)備投資加大35%時地板（每米2）-7-10816353063.21.6580.65328571.4221.020-4-7360125933.40.8100.32410080.4030.423-4 65167651673.41.91867.66  7.66總計7693173066  8.64 1.5459.109    上表說明在鄭州等緯度較低的采暖地區(qū)，用電補熱的運行費用與加大熱泵機組的情況相差不多，例如一臺6000W的機組若采用地板供暖+電補熱時，可供125米

15、2，每米2的冬季采暖費為10.185元。    4、 蘭州，北緯36.03。，采暖室外設(shè)計溫度-11，室內(nèi)設(shè)計溫度同京津地區(qū)。末端裝置采暖熱負(fù)荷W/m2熱泵供熱量W/m2COP耗電量W 元電補熱W元設(shè)備投資加大35%時地板（每米2）-10 1708310250334161.36668332.7332.277-7-1041976272853.28526 33.410146915.8765.241-4-745011324083.495313.812132035.2815.295-458766587663.4172846.943  6.91

16、3總計163436128709 3875715.4713472713.8919.726    由表可見，對于比北京寒冷的蘭州地區(qū)，用電補熱的采暖費用比較高(29.361元/m2,較地板高出近10元/m2)，不如加大設(shè)備。如采用風(fēng)機盤管,其運行費可能達(dá)到26元/m2（如用電補則為39元/m2）。綜上所述，下表為我國北方幾個城市采用風(fēng)冷熱泵采暖的運行費用比較采暖末端方式北京、天津濟南鄭州蘭州地板（大熱泵）13.45元/m210.78元/m29.11元/m219.73元/m2地板+電補17.48元/m213.82元/m210.19元/m229.36元

17、/m2風(fēng)機盤管（大熱泵）17.5元/m213.5元/m211.4元/m226.6元/m2風(fēng)機盤管+電補22.7元/m217.3元/m212.7元/m239.6元/m2參見表一，北京地區(qū)各種采暖方式運行費用總結(jié)如下方式燃煤燃?xì)馊加碗娕瘹?、電熱膜風(fēng)冷熱泵+風(fēng)盤風(fēng)冷熱泵+地板熱轉(zhuǎn)化效率55%75%85%100%300%34s0%、采暖負(fù)荷降15%運行費用(元/m2)13.428.544.352.817.613.45可見，風(fēng)冷熱泵地板采暖系統(tǒng)是最經(jīng)濟的清潔采暖系統(tǒng)。五、結(jié)論1、 在黃河流域利用風(fēng)冷熱泵供暖無論從節(jié)能、環(huán)保、安全、方便使用還是經(jīng)濟上都是合理的。愈是寒冷地區(qū)采用適當(dāng)加大設(shè)備配以地板采暖的經(jīng)濟性愈高。2、 熱泵機組的低溫性能是有差異的，對于