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空气源热泵地板辐射采暖 十年历程回顾之二

2013/05/16

 一、关于节能性:

空气源热泵供暖是利用制冷剂由低温空气中(多为室外大气环境中)吸热经压缩机压缩把温度升高后将热量供到散热末端再放热给房间供暖。(前者叫低温热源后者叫高温热源)。同时,压缩机消耗一定的电能,放出的热量与消耗的电量以同一单位计量相比的商数叫能效系数,简称能效比,英文缩写C O P,有价值的C O P应>1.0,节能率与C O P在数值上有什么关系呢?它们的关系是(C O P-1/C O P=节能率%

由此可见:影响能效比或节能率的主要因素是低温热源与高温热源的状态。即低温空气的温度和湿度,以及高温热源的温度,我们先讨论主要影响因素温度。从人们的常识可以判断,大气环境的温度越低,供暖的温度越高,热泵的压缩机耗电越大,或者说越不容易实现。所以,谈到空气源热泵能否供暖?或C O P要求达到多少就叫节能。即在什么温度条件下供暖有节能性?节能率达到多少有应用价值?

十年来,对于空气源热泵采暖问题争论的焦点就在这里。

先讨论能效比达到多少就认为是有节能价值?

多数人认同从一次能源,如煤的供热效率出发来衡量,如不论及输配环节的耗费,以集中燃煤锅炉房供热效率为75%以上来计算,煤在电厂转化为电的效率是33%,电通过热泵转化为热(采暖)的能效比为2.27,则煤热(采暖)的转化率是75%。也就是说热泵供暖季的C O P=2.27就可以了

但是,如果与热电厂的煤热转换来比,则应高达90%以上,那么,对热泵的能效比就达到2.72以上。

热泵能否达到上述要求,要遵循前述的确定低温与高温的条件。先以我国北方寒冷地区的采暖为例。如以代表性的北京地区,冬季最冷的外气温-15为低温热源时,制冷剂(如R22)压力很低,也就是压缩机吸入口的压力低到如此地步;再确定是供暖的所谓高温热源,目前有三种,第一种,散热器;第二种,风机盘管;它们要求的水温都在45以上,供给它们热量的制冷剂压力较高,这是压缩机出口的压力。于是压缩机出、进口压力差达到17-18kg/ c㎡,超出了国家标准规定值,尤其是小型压缩机的允许工作范围,压缩机会烧毁。而第三种末端是地面辐射供暖。当其用于节能建筑(50%-65%建筑节能)中时,在满足地表面温度不高于24-26(JBJ142-2004),且无论是厚型还是薄型地盘管配以面砖或复合木地板面层,其供水温度皆可以低于35的热水满足室温18的要求。(将在后续文章论述)

这时我们称这种热泵为低温热水热泵。相应的采暖末端叫低温辐射供暖,产生这种供水温度的制冷剂压力就少多了,则压缩机的高、低压力差满足国家相关规定的≤14kg/c㎡。需要说明的是:-15在北京地区的三九天,不过是出现在清晨的瞬时,近年来更不多。其次在-15下的空气,即使湿度是100%,其中的含湿量也超不过1-2g/kg。所以,20101月北京大雪纷飞,气象预报最低连续三天-14-15-16,中国建设报记者从北京市东南区出发经香山至西北地区的昌平对北京清华索兰环能技术研究所安装使用的空气源热泵地面辐射采暖的三种典型用户:住宅、别墅、公建做了一一考察,并录像,播出了对用户的访谈情况,鲜活地表现出所有的采暖系统运行良好,室内温度宜人,证明了在低温热源下利用低温热水辐射地暖的可靠性和研究所以“索兰”为品牌的产品的成熟度。

说明那种统称为“空气源热泵采暖”并一概肯定或否定的论调是不科学的,更何况所谓只有“补气增焓”的热泵才能在-15气温下供暖,是含混不清的。

所谓补气増焓的压缩机有几种不同技术方案,下面举其中的一种加以说明,下图是一种带过冷器的补气増焓的螺杆式压缩机热泵系统

 

插图

               一种带过冷器的补气増焓的螺杆式压缩机热泵系统图

 

如图所示,该技术的出发点是把压缩机要完成的较大的压缩比或从低压到高压较大的压差分为两部分,即从高压到中压有一个节流膨胀阀,制冷剂的一部分经过它就返回压缩机中部,从高压到低压有另一个节流膨胀阀,它的压降大,在回到压缩机时,气体稀薄而量少,所以,把它提升到高压还要靠从中压回压缩机的气体捎带一下,这样共同完成从低压吸热向高温放热的过程。这种技术措施可以用在低温空气-15,高温热55,所以,对地面辐射个供暖而言,没有必要。

由上述可见,在我国北方寒冷地区用空气源热泵辐射地面采暖用一级压缩机就可以安全、可靠地运行,并保证了室内的热舒适度,无需补气増焓的压缩机。否则,岂不是把简单的问题复杂化,杀鸡用牛刀了吗?何况目前在小型压缩机上尚未普及该种技术。关于空气源热泵地面辐射采暖的运行工况,本文将在后续论述。

二、关于冷暖合一的问题是一个有争议的问题。空气源热泵冬季热水采暖;夏季供冷水、

制冷形成冬夏两用,冷暖机组合一时,是否会因为冬季低温热源(如-15)温度

太低需要加大机组容量,提高了设备初投资,而仅在夏季使用则没有必要。

这里,就有必要分析空气源热泵在冬季和夏季的设计工况,机组容量选择及兼顾问题。现仍以北京地区例如300㎡别墅,节能建筑冷暖两用空气源热泵机组选择为例说明。如下表。

值得提出的是:维护结构的保温对夏季负荷影响很小。

 

 

 

项目

冬季

夏季

室外采暖设计温度

-9

 

空调设计干球温度/湿球温度

-12

33.2/26.4

室内设计干球温度/湿球温度

18

26~28/50%~60%

地面辐射采暖为末端的供水温度

35

 

风机盘管为末端的供水温度

 

7~12

采暖设计单位面积负荷

32~35W/m2

 

采暖设计总负荷

9.6KW

 

空调设计单位面积负荷

 

100 W/m2,同时使用系数0.7

空调设计总负荷

 

21KW

在采暖设计工况下选用机组容量

9.5KW

 

在空调设计工况下选用机组容量

 

21.3KW

压缩机型号

相同

相同

1 北京地区300㎡别墅以空气源热泵为冷热源时机组的选择

 

结论:本文再次阐述了在我国北方寒冷地区以空气源低温水热泵采用地面辐射供暖的可行性。该热泵无需采用补气増焓的压缩机并概括地论述了机组冷、暖合一的兼容性,最后,从当前供暖的集中锅炉房与热电合产的集中供暖的一次燃煤利用率出发,提出空气源热泵供暖季的能效系数分别为≥2.272.72即可满足要求。