嚴(yán)寒地區(qū)空氣源熱泵應(yīng)用

嚴(yán)寒地區(qū)空氣源熱泵的應(yīng)用與供暖期能效分析摘要 本文以烏魯木齊為例根據(jù)典型氣象年室外氣溫分布情況對嚴(yán)寒地區(qū)應(yīng)用風(fēng)冷空氣源熱泵的氣象條件進(jìn)行了分析并根據(jù)氣象數(shù)據(jù)分析了熱泵結(jié)霜除霜損失在綜合考慮結(jié)霜除為提高空氣源熱泵機(jī)組部分負(fù)荷下性能系數(shù)文中提出按室外氣溫區(qū)間配置熱泵機(jī)組容量的得出如下結(jié)論供暖室外計算溫度高于且室外氣溫高于-15℃的時數(shù)占絕大多數(shù)的地區(qū)，采用低溫環(huán)境下制熱性能良好且除霜性能可靠的空氣源熱泵機(jī)組時，可以實現(xiàn)全供暖期運行。關(guān)鍵詞 嚴(yán)寒地區(qū) 空氣源熱泵 供暖期平均運行能效 容量配置引言能驅(qū)動的吸收式熱泵（AHP）50～80%取自于室外（供暖期內(nèi)室外氣溫高于-15℃的時數(shù)占絕大多數(shù)，在這些時數(shù)里空氣源熱泵可處于較高能效的運行狀態(tài)，供暖的節(jié)能效果可充分體現(xiàn)；室外氣溫低于-15℃的時數(shù)占少數(shù)，這些時數(shù)里空氣源熱泵處于較低能效的運行狀態(tài)，供暖的經(jīng)濟(jì)性有所下降。［也在不斷提高。這種小型超低溫空氣源熱泵適合應(yīng)用于住宅建筑和建筑面積在10000m2左結(jié)果確定具體應(yīng)用方案?？諝庠礋岜霉┡谀苄Х治鰢?yán)寒地區(qū)供暖期長，供暖室外計算溫度在-20℃左右，而低溫空氣源熱泵機(jī)組運行較佳的室外氣溫條件在-12℃左右。因此，嚴(yán)寒地區(qū)應(yīng)用空氣源熱泵時，應(yīng)充分考慮室外氣象條件對熱泵機(jī)組性能的影響。室外氣象條件分析［21.1-11.1-2。表1.1-1區(qū)間序號1烏魯木齊供暖期室外氣溫區(qū)間分布小時數(shù)2 3 4 567室外氣溫區(qū)間（℃）＞55～0 0～-5 -5～-10 -10～-15-15～-20-20～-25分布小時數(shù)（h）257374 598 1218 82830592表1.1-2 烏魯木齊供暖期月平均干球溫度、相對濕度、含濕量月份1231112干球溫度（℃）-12.4-9.2-2.1-1.4-9.7相對濕度（%）81.773.974.974.479.0含濕量（g/kg）1.311.422.832.871.491.1-13672h，室外氣溫≥-153275h，占-102447h66.6%能效下運行。）結(jié)霜速率與結(jié)霜量的關(guān)系，并推算出結(jié)霜除霜損失系數(shù)。室外空氣干球溫度（g、相對濕tg＞-5.8℃時，可以不考慮結(jié)霜對熱泵的影響；當(dāng)tg＜-5.8℃，相對濕度φ＜67%時，由于室外空氣露點溫度etg＜-5℃時，結(jié)霜速率減慢。1.1-2可初步得知：烏魯木齊供暖期內(nèi)的五個月里室外空氣的相對濕度較大，多數(shù)典型氣象年逐時參數(shù)表59%；室外空氣狀態(tài)處于-5℃＜tg＜5℃，φ≥85%，即落入嚴(yán)重結(jié)239h6.5%。［2］可得這兩個城市供暖期室外空氣狀態(tài)點分布情況：%%；%%?？梢?，烏魯木齊熱泵結(jié)霜程度應(yīng)介于蘭州、南京之間。文獻(xiàn)［3］推算結(jié)果，蘭州、南0.90～0.95。組在低溫環(huán)境下的制熱性能?？諝庠礋岜脵C(jī)組供暖期平均運行能效國內(nèi)有的超低溫空氣源熱泵機(jī)組在-202.0左右，可用于某些嚴(yán)寒地區(qū)的供暖，且能效比符合《民用建筑供暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計規(guī)范》GB50736-2012，8.3.1供暖期的能效評價，才是更全面的。下面仍以烏魯木齊為例進(jìn)行評價。1.1-1中各室外氣溫區(qū)間的低溫作為確定該區(qū)間空氣源熱泵機(jī)組運行能效的室外溫度條件，則供暖期空氣源熱泵機(jī)組的平均運行能效可用下式計算：??????????

=??2+?+×??7 （公式??式中：COPpj—供暖期空氣源熱泵機(jī)組的平均運行能效；cop1～cop7～7（；N（。組在供暖期的平均運行能效：某品牌某型號超低溫空氣源熱泵機(jī)組，名義工況下：室外氣溫-12℃，出水溫度224.472.4kWcop=3.1045℃/35℃時，1.2。表1.2 空氣源熱泵機(jī)組供暖期室外氣溫分布情況下的運行能效區(qū)間序號 1 2 3 4 5 6 7室外氣溫區(qū)間（℃）＞55～00～-5-5～-10-10～-15-15～-20-20～-25分布小時數(shù)（h）257374598121882830592熱泵機(jī)組制熱量（KW）250.1228.1204.2181.0175.9165.8152.0熱泵結(jié)霜除霜系數(shù)1.00.900.900.950.950.950.95熱泵機(jī)組運行能效3.452.842.542.382.312.182.00表1.2中，-5℃＜tg＜5℃區(qū)間是熱泵機(jī)組結(jié)霜速率較高區(qū)間，結(jié)霜除霜系數(shù)取值較低，tg＜-5℃區(qū)間是熱泵機(jī)組結(jié)霜速率較低區(qū)間，結(jié)霜除霜系數(shù)取值較高。根據(jù)公式-1，可計算出該機(jī)組在全供暖期的平均運行能效：

=3.45×257+2.84×374+2.54×598+2.38×1218+2.31×828+2.18×305+2.00×923672=2.4935%87.2%結(jié)果來看，烏魯木齊采用空氣源熱泵供暖的前景是較為廣闊的?？諝庠礋岜脵C(jī)組容量的配置空氣源熱泵機(jī)組容量的配置地匹配。-19.51533672h8000m245℃，熱泵機(jī)組容量配置方法如下：1.1-1，可得烏魯木齊供暖期七個室外氣溫區(qū)間的分布小時數(shù)，并計算出各室外氣2.1。表2.1 各室外氣溫區(qū)間建筑用熱量需求和熱泵機(jī)組容量的配置區(qū)間序號1234567室外氣溫區(qū)間（℃）＞55～00～-5-5～-10-10～-15-15～-20-20～-25分布小時數(shù)（h）257374598121882830592建筑熱負(fù)荷需求（KW）150.6200.0254.5306.5358.4400.0400.0熱泵機(jī)組運行能效2.542.312.00結(jié)霜除霜系數(shù)0.900.950.95熱泵機(jī)組容量（KW） 244.4 244.4＋144.9＝389.3 244.4＋144.9＋74.9＝464.2注：表中熱泵機(jī)組容量為名義工況下的容量。23-5℃時的供熱量應(yīng)滿足該室外氣溫下建筑熱負(fù)荷需求；4、5區(qū)間合為一個機(jī)組容量配置區(qū)間，機(jī)組在室外氣溫為-15℃時的供熱量應(yīng)滿足該室外氣溫下建筑熱負(fù)荷需求，本區(qū)間機(jī)組容量包含7區(qū)間合為一個機(jī)組容量配置區(qū)間，機(jī)組在室外氣溫為-20℃時的供熱量應(yīng)滿足該室外氣溫下建筑熱負(fù)荷需求，本區(qū)間機(jī)組容量包含前兩區(qū)間機(jī)組容量。不同室外氣溫下空氣源熱泵機(jī)組的供熱量參數(shù)，由國內(nèi)某廠家提供，在此不一一列出。配置機(jī)組容量時已考慮結(jié)霜除霜系數(shù)的影響，機(jī)組容量確定結(jié)果列于表2.1中。123定機(jī)組臺數(shù)，但總臺數(shù)也不宜太多。2.1-5-15接近供暖室外計算溫度。如-533%意義。如-1589%，處于較高運行能效區(qū)間，經(jīng)濟(jì)性也較好。如-20℃作為平衡溫度，全供暖期采用空氣源熱泵供暖，不需設(shè)置行時部分負(fù)荷下性能系數(shù)較高。2.12區(qū)間合為一個機(jī)組容量配置區(qū)間，34、6、7區(qū)間合為一個機(jī)組容量配置區(qū)間，機(jī)組配置總?cè)萘坎蛔?。關(guān)于輔助熱源的設(shè)置-20COP2.0以上，從制熱性能來看，在某些嚴(yán)寒地區(qū)全供暖期應(yīng)用是可行的。［-15℃時，室外側(cè)換良好且除霜性能可靠的空氣源熱泵機(jī)組時，在嚴(yán)寒地區(qū)是可能實現(xiàn)全供暖期運行的。-20外氣溫低于-15℃的時數(shù)較多的地區(qū)，空氣源熱泵機(jī)組因低溫運行時間長，能效下降明顯，為保證供暖系統(tǒng)可靠性，仍需設(shè)輔助