: : 热泵市场: : 北方超低温空气源热泵供热的典型案例及其经济分析

文字/广东菲尼克斯节能设备刘远辉邓玉娟

总结: 为了评估超低温空气源热泵在北方供暖的适用性，本文基于山西省临2015市2015年至2016年供暖季节的每小时温度数据，并结合芬尼克斯超低温热泵Polaris产品的可变运行性能，使用模拟计算获得不同加热端的单位面积加热负荷和加热季节的运行成本，并比较实际的工程案例数据（实际测量值）计算结果和实际运行数据表明，该超低温空气源热泵适用于北方采暖.

关键词: 加热，超低温空气源热泵，可变工况参数，加热端子，加热负荷

1. 简介

近年来，烟雾现象是一个严重的问题，困扰着中国的社会和经济发展，改善了人民的生活. 中国北方的供暖热源主要是燃煤锅炉，燃气锅炉以及热电联产. 煤炭燃烧是冬季雾霾的重要原因. 污染源，尽管燃气锅炉直接排放少量粉尘，但它排放大量的氮氧化物和大量的水蒸气，它们可以二次产生PM2.5，并且也对烟雾的产生做出了重要贡献.

对于热电联供的加热方法，由于热电联供必须确保冬季采暖，因此其工作状态远未达到最佳的热电比. 同时，由于城市建设的飞速发展，集中供热管网的建设无法跟上城市建设的速度，每年冬季取暖的保障已成为各级政府面临的问题.

空气源热泵，特别是可以在-30℃的空气环境中工作的超低温空气源热泵，除了高效节能，易于安装，智能管理广. 与直接燃煤供暖相比，它的碳排放量和PM2.5污染大大减少了. 其次，大量使用空气热泵不仅可以为风力，光伏等绿色能源提供足够的应用空间，还可以作为制冷和供热的纽带. 所提供的有效削峰工具还可以冷凝周围环境中的大量水蒸气，因此对减少天然气锅炉排放的水蒸气具有立竿见影的效果.

总的来说，超低温空气源热泵将在不久的将来成为北方供热源的有效补充，并且将来将成为我国北方供热源的重要组成部分.

Fennicks超低温空气源热泵Polaris系列已经成熟地用于北方采暖. 本文通过一个实际案例，通过数据计算得出结果，然后与实际运行数据进行比较，以获得在北方应用超低温空气源热泵的经济分析.

2. 经济分析方法

决定使用空气源热泵作为供暖系统热源的经济性的因素是初始投资和运营成本. 影响初始投资的重要因素是: 室外环境温度，建筑物形状因数和绝缘状态，室内设计温度以及单元返工条件成本性能，电力辅助功率. 影响运营成本的重要因素包括: 室外环境温度，建筑物外墙面积和绝缘状况，室内设计温度，加热终端的类型，可变条件下的单位性能，电价等.

本文选择了在山西临fen市一个典型的住宅项目，该项目实际正在运行. 其中，建筑面积，外墙面积和窗户面积，室内设计温度，室外环境温度以及设备的可变运行性能被用作恒定因子，而采暖终端类型和电价被用作恒定因子. 可变因素. 当可变因素发生变化时，热泵的初始投资和运行成本也会发生变化.

3. 相关参数

3.1施工的基本条件

深圳临fen一号住宅项目，一个供热面积约6000m2的供热单元，有6个单元，有48户住户.

室内设计温度为20℃，形状系数为0.3，外墙面积估计为7200m2. 临fen是一个寒冷的地区. 该建筑是A级公共建筑. 基本隔热状态如下:

表1: 模型工程项目的绝缘状态和设计要求

在上述热量消耗计算中，未计算以下三个热量值:

①太阳辐射产生的热量；

②室内照明，家用电器和人体产生的热量；

③新鲜空气流通会消耗卡路里.

上述项目①和②部分抵消了项目③. 从简化计算的角度来看，忽略了以上三项的计算.

3.2气象参数

2015年11月15日至2016年3月15日山西临fen市供暖季节的每小时温度数据如下:

图2: 临fen 2015采暖季节每小时温度曲线

根据上图中的数据，2015年至2016年供暖季节的温度分布统计如下: （精确到1℃）

表2: 2015年至2016年临fen供暖季节温度分布统计表

图3: 临fen 2015采暖季节环境温度的长度分布

3.3超低温热泵的工况参数可变

由于篇幅所限超低温空气源热泵，以下适用于山西临fen的可变运行参数被拦截如下:

表3: 30P Polaris PASHW300S-PS可变工作条件参数表

3.4加热端子的类型

出口温度40℃适用于水地板采暖的辐射采暖结束，45℃适用于风机盘管采暖的终止采暖，55℃适用于新散热器采暖的采暖. 供水温度越低，能源效率越高.

该项目采用辐射采暖与地板采暖的方式，可以结合气温的变化，计算出不同供水温度下的平均能效. 每个地方的电价都不同. 将电价设置为每千瓦时四个等级: 0.4、0.6、0.8、1.0进行计算. 查看供暖成本的变化.

4. 计算过程

4.1最大加热负荷的计算

根据表1计算，平均热耗系数θ=（s1 *θ1+ s2 *θ2+ s3 * 3）/S=1.29W/（K.m2）.

根据表2，临fen最低温度Tmin = -15℃，设计室温Tsh为20℃，则最大加热负荷Qmax =θ*（Tsh-Tmin）= 35 * 1.29 = 45.15W /平方米.

4.2计算单位加热面积的热量消耗

首先计算整个供暖季节的加权平均温度=（t1 * h1 + t2 * h2 +…+ tn * hn）/总持续时间= 1.14℃，其中t1，t2，tn和h1，h2，hn代表每次供暖季节温度点及其持续时间，然后计算其平均负载=（Tsh-T平均）*θ平均=（20-1.14）* 1.29 = 24.33W / m2，每个加热区域的热量消耗Q = W平均*加热持续时间= 24.33 W /m2*2898=70.51kWh/(m2.a）= 0.254GJ.

4.3单位编号的选择和初始投资的估算

根据3.1的计算结果，根据机组的可变工况参数表3，得出机组的最大制热负荷= 45.15 W / m2，总制热需求Wtotal = * S = 270.9kW在-15℃时，对于55.9kW的热容量，机组数量= 270.9 / 55.9 =4.8≈5个机组，按每台100,000元（包括安装泵等）计算，该机组的总投资预算为50万元，折合每平方米所需投资83元左右.

4.4供暖季节的平均能效比与单位面积供暖能耗

表4: 供暖季节的平均能效比与单位面积的供暖功率消耗

在上表中，首先计算每个环境温度下建筑面积的供暖热量消耗和每平方米建筑供暖功率消耗超低温空气源热泵，然后将每平方米的总热量消耗除以总能耗得到平均能量效率采暖季节的比例.

在35℃，45℃和55℃的条件下，相应的计算平均功耗为18.58kWh /（m2.a），21.87kWh /（m2.a）和27.18kWh /（m2.a），能源效率比为3.79、3.22和2.59. 考虑到泵的功耗和系统的散热，可以对上述数据进行如下修改:

平均功耗: 20.44 kWh /（m2.a），24.06 kWh /（m2.a）和29.90 kWh /（m2.a）;

平均能效比: 3.45、2.92和2.35.

4.5供热成本分析

当电价从0.3元变化到1.0元时，取暖费用的变化如下:

表5: 供热成本的变化

5. 实际运行数据

通过实际电表的测量，该社区住宅建筑的用电量统计如下:

表6: 区域供暖季节用电量统计

表7: 供暖季节的工作功耗

该地区使用水地板采暖和辐射采暖. 每平方米供暖的实际功耗仅为16.65kWh，低于计算得出的20.44kWh，即大22.8％.

如果能效的计算恒定，则年能耗仅为57.44kWh（0.21GJ）. 主要原因有以下三个因素: 样板房的隔热效果较好，墙体的传热系数低于估算值；没有计算太阳辐射的热值；室内照明，家用电器和人体的热值.

由于该住宅的高占用率，该部分的热量也很大. 根据每户平均5kWh的用电量计算，整个供暖季节中有48户家庭在120天内总共耗电28,800kWh. 这些电能大部分将转化为热量. 这部分热量相当于每平方米4.8kWh，约占热负荷的8％.

6. 结论

采用可以在-30℃的环境温度下工作的热泵，该性能适合在大多数北部地区进行加热.

对于山西临fen区居民住宅的模拟计算结果，单位面积初始投资估算为83元/ m2. 采暖季节的功率消耗对应于不同的采暖端. 工作功耗如下:

从表7中可以看出，供暖和供水温度越低，系统的能源效率就越高，并且实际运行能耗低于计算得出的能耗. 结果表明，对于节能建筑，热泵供暖非常适合，其成本在12.26〜17.94元/ m2，已经低于燃气采暖，集中供热的成本也相当. 热泵设备的初期投资，该项目计算出的初期投资为83元/ m2，但实际投资为60元/ m2，该费用相当于集中供热的初期安装费用.

无论是模拟计算还是实际案例表明，对于北方供热，超低温热泵都具有初期投资和运输成本的优点. 结合国家节能环保政策，将显示出巨大的经济和社会效益.

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