超低环温空气源热泵在高寒地区建筑供暖中的应用

水春雨

(中国铁道科学研究院节能环保劳卫研究所，北京 100081)

传统空气源热泵受环境温度的影响较大，在低温寒冷地区，其制热量和效率会随环境温度的降低下降很快，在环境温度低于-5℃时，甚至无法启动［1］。近些年，随着空气源热泵技术的发展，中国铁道科学研究院节能环保劳卫研究所研发出超低环温空气源热泵，其在低环境温度下，仍能高效制热，为严寒地区铁路沿线建筑冬季供暖问题提供了新的可选方式。

1 超低环温空气源热泵性能

针对高海拔地区、高寒地带的气候特点和设备运行特性，对制冷系统、压缩机、制冷剂和控制系统进行针对性设计、筛选和革新，研发出超低环温空气源热泵，在超低环境温度下，仍具有较高制热效率。经试验测试(见表1)，在-30℃环境下，热水进出水温度40℃/45℃，机组制热能效比达2．18。

表1 30HP超低环温空气源热泵制热技术参数

2 项目应用

2．1 项目概况

某铁路工区建筑位于青藏高原唐古拉高寒地区，共两层，总面积2 200 m2，包括宿舍区、展厅、活动室、餐厅、办公区等功能区域。该地区冬季环境空气温度低至-30℃，空气稀薄，密度约为平原地区的 60%左右［2］。

2．2 热源比选

本项目为新建建筑，地处偏远，无法接入市政供暖系统，燃气也未接入，综合考虑油、煤运输困难费用高，以及节能环保等要求，不宜采用燃煤锅炉、燃气锅炉、燃油锅炉、电锅炉等传统方式。常规的太阳能供热系统很难满足“全天候”的要求，为满足“全天候”要求，需采用电加热为辅助热源，将消耗大量优质能源，由于能流密度小，需要的集热面积大，投资大。地源热泵系统供热能效比较高，但是，本项目只需冬季供热，夏季无制冷需求，采用地源热泵可能导致土壤温度失衡，同时考虑高原冻土不宜扰动。经综合比选，采用超低环温空气源热泵作为供暖热源。

2．3 系统设计

工区建筑采暖面积为2 200 m2，分上下两层，层高3．3 m，建筑物墙厚为200 mm，内墙保温，建筑采暖设计总热负荷120 kW。冬季采暖室外设计计算温度为-30℃，设计使用5台 FSCH30LI型超低环温空气源热泵，水侧进水温度40℃，出水温度为45℃，末端采用风机盘管。

2．4 效益分析

传统的空气源热泵当环境温度低于-5℃时，机组效率极低，甚至无法开机，需加辅助热源，辅助加热时的能效比小于1。与传统的空气源热泵相比，本方案采用的超低环温空气源热泵，无需辅助热源，在-30℃的环境温度下，制热效率仍可达到2．18，在唐古拉严寒地区运行，冬季全天平均能效比超过2．5。与电锅炉供热相比，节电50%以上。

超低环温空气源热泵可全天候使用，不受地面环境和地质条件的限制，可摆放在室外，且占用空间小，全自动控制，无需人员值守，日常维修维护方便。

3 结语

超低环温空气源热泵在高寒地区建筑供暖中的应用，既解决热源供应的难题，又具有显著的节能环保效益，而且施工安装便利，运行维护简单，为严寒地区铁路沿线建筑冬季供暖问题提供了新的可选方式。随着国内外超低环温空气源热泵技术不断研发升级，性能更优的超低环温空气源热泵将更加节能环保。

［1］ 柴沁虎，马国远．空气源热泵低温适应性研究的现状及进展［J］．能源工程，2002(5):25-30．

［2］ 祁贵明，王发科，王彤，等．唐古拉山地区气候资源特征及牧业气候区划［J］．青海科技，2007(3):22-23．