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户式空气源热泵供暖系统不同末端形式分析

摘要：本文选取北京农村地区2016年新改造为户式空气源热泵供暖的9户典型案例进行为期60天（2017/1/15~2017/3/15）的性能测试.9户典型案例中末端形式有旧散热器、新散热器、地板辐射盘管.测试期间各案例的室内日平均温度16.0~22.1℃之间,系统COP值在2.05~2.79之间.通过测试数据对比采用不同末端形式典型案例费用经济性发现：末端形式为旧散热器、新散热器、地板辐射的折算为费用年值分别为24 17元／m2、21 10元／m2、17 00元／m2.

关键词：空气源热泵；低环温；末端形式O引言

为解决冬季燃煤供暖带来的环境污染问题,北京市率先提出在农村地区实施“煤改清洁能源”和“减煤换煤”方案.据统计：2016年全市农村地区“煤改清洁能源”工作共改造663个村,22 7万户,其中“煤改电”村共计574个,改造户数19 8万户,占总改造户数的87.2%.在全市“煤改电”工程中,使用空气源热泵的农户共15 1万户,占总改电户数的76.28%….

空气源热泵以电能驱动,可将不能直接利用的低品位能转换为可资利用的热能,具有高效节能、绿色环保、安全可靠等优点.空气源热泵被美国能源部列为21世纪最具节能潜力的1 5项空调技术措施之一l21,欧盟在2009年将其纳入可再生能源技术范畴l31,在我国业内研究学者也多次建议将空气源纳入可再生能源范畴l41.在我国常规空气源热泵多应用于长江中下游的夏热冬冷地区.常规空气源热泵采用单级压缩循环,故在我国华北、西北等寒冷地区使用时制热能力衰减,无法在冬季正常运行.针对这些问题,国内外的研究人员进行了低环温热泵方面的改进试验研究,分别提出l51带油冷却的单级压缩系统、准二级压缩系统、二级压缩系统、复叠式系统、多种能源形式的复合系统等,并且研制出适合于寒冷地区应用的低环境温度空气源热泵机组.

低环境温度空气源热泵机组（下面简称低环温空气源热泵）是由电动机驱动的蒸汽压缩制冷循环,以空气为热源的热泵机组l61.它可以在不低于-200C的环境温度下制取30~500C的供暖热水,连接地板辐射盘管、风机盘管、散热器等末端给用户供暖.本文将对采用不同末端形式的空气源热泵供暖系统效果进行对比分析.

1测试状况简介

1 1测试仪器设备

本次实验台自动测试系统由一台计算机和一台多功能数据采集仪组成,采用图形化软件平台编制相应的测试程序结合外置的监测仪表（温度传感器、热量表、电量表及远传通讯模块）对典型案例进行测试,实时远程监测供暖季供暖系统的实际运行数据（包括室外温度、室内温度、供回水温度、水流量、制热量、累计制热量、电压、电流、功率、总耗电量、峰电耗电量、谷电耗电量）.测试所用仪器及精度如表1所示,且各仪器均在计量鉴定有效期内.

1 2测试对象

本次测试选取北京市农村地区冬季采用空气源热泵供暖的九个典型案例,各案例建筑结构相似,房屋围护结构均做外墙保温.各案例所用空气源热泵均为热水型低环温空气源热泵,热泵系统采用一次节流不完全冷却的准二级压缩的蒸汽增焓技术.

案例1、2、3的供暖末端形式为旧散热器：案例4、5、6的供暖末端为新更换的散热器；案例7、8、9的供暖末端为地板辐射盘管,即对末端为原有旧散热器、改造为新散热器及地板辐射盘管用户进行实验测试.各典型用户建筑信息与所配空气源热泵机组型号如表2.

1.3测试内容

(1)空气源热泵系统供暖效果测试：在热泵系统连续正常运行后进行,室外、客厅和卧室各选取一个温度测点进行测试.室内温度测点的布置满足JGJ/T 132-2009标准要求.

(2)空气源热泵系统能耗测试：在热泵系统连续正常运行后进行,在靠近机组的位置安装热量表测试系统供回水温度、水流量,从电控箱上口安装电量表测试电压、电流、功率、功率因数、耗电量、峰电耗电量、谷电耗电量等.

2测试期间空气源热泵系统供暖效果及能耗

2.1空气源热泵系统供暖效果测试

本次测试时间为201 7年1月15日~2017年3月15日共60天,测试期间室内、室外日平均温度分布如图1.在测试周期内,室外最低日平均温度为-6.60C,最高日平均温度为1 2.8 0C,日平均温度1.50C.各案例热泵机组在测试周期内正常运行,室外机在不同室外工况下结霜且均能及时除霜.

各案例测试周期的室内平均温度分别为1 8.2 0C、1 7.7 0C、20.2 0C、1 8.8 0C、1 8.2 0C、1 9.8 0C、1 7.8 0C、20.0 0C、20.9 0C,日平均温度分布在16.0~22.1℃之间,满足农村冬季供暖室内温度要求.

2.2空气源热泵系统COP

空气源热泵系统COP的影响因素很多,其中供水温度是影响空气源热泵的性能系数的因素之一.在整个测试周期内各案例热泵供水温度平均值汇总如图2.测试整个周期各案例空气源热泵系统性能参数如表3所示.

3各案例供暖费用经济性计算

供暖费用经济性计算主要包括供暖季空气源热泵系统耗电量带来的运行费用及不同案例供暖系统改造费用.

3 1运行费用对比

各案例测试期间耗电量汇总于表4.居民生活用电实行阶梯电价：8:00~21：00时间段实行峰电价0 49元／(kWh)；21：00~8：00时间段实行谷电价0 3元/(kWh),其中谷电价政府补贴0 2元/(kWh),居民实际所用谷电价为0 1元/(kWh).供暖季每平方米供暖费用等于（峰电*0.49+谷电x0.1）／（供暖面积”测试天数）*120,供暖天数取1 20天.计算所得各案例每平方米供暖费用如图4所示.

从图4、5中可以看出在整个供暖季各案例每平方米费用分别为23 95元、24 07元、24 48元、20 54元、19 38元、20 40元、14 64元、13 33元、1 1 02元；按不同末端形式旧散热器、新散热器、地板辐射盘管用户的供暖费用分别为24 17元、20 1 1元、13 00元.

3 2初投资费用对比

本次测试的9户典型案例热源均采用热水型低环温空气源热泵,为政府统一采购,故不计入用户初投资费用中.初投资费用只考虑管道及末端形式改造,图5为不同末端形式的改造费用对比.

3 3费用年值

通过对不同末端形式运行费用分析可以得出：新散热器、地板辐射盘管用户的运行费用分别仅为原有旧散热器用户运行费用的83.2%、53.8%.这说明对末端形式为原有旧式散热器进行改造具有节能价值.利用费用年值法对不同末端形式的供暖系统案例进行对比分析,计算得出不同末端形式的费用年值如表5.各种末端形式设备的使用年限取值为：新散热器20年,地板辐射盘管20年.

4结论

通过对北京农村地区9户冬季采用空气源热泵供暖的典型案例进行为期60天的系统性能监测,给出如下结论与建议：

(1)在北京农村地区使用空气源热泵供暖效果良好,测试期间日平均室外温度范围为-6.60C ~12.80C,9户典型案例测试期间的室内日平均温度在1 6.OoC~22.1℃之间,系统COP在2.05~2.79之间.

(2)采用不同末端形式的用户平均供水温度及COP值有差异,末端为地板辐射用户供水温度最低,平均值为33 71℃,COP平均值最高为2.69；末端为新散热器供水温度平均值较高为41.620C,COP平均值较高为2.18；末端为旧散热器供水温度平均值最高为43.780C,COP平均值相对较低为2 08.

(3)对比采用不同末端形式典型案例费用经济性发现：末端形式为旧散热器、新散热器、地板辐射的折算为费用年值分别为24 17元／m2、21 10元／m2、17 00元／m2.

(4)综合以上分析对比,结合北京市农宅供暖现状,对于存在大量污垢影响传热的老旧散热器,建议将末端改造为全新散热器,同时,有必要研制和推广适合低温供暖的新型散热末端,进一步发挥户式空气源热泵供暖系统的优势；对于新装房屋,建议末端安装地板辐射盘管以达到最佳供暖效果.

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