北方地区空气源热泵供暖的实用性研究

边原宽?吴伟?汪翰林?温佳鑫?何锐?王夏菲

摘 要：随着人民生活水平的不断提高，人们对于采暖的要求更高。不只是可以提供正常生产作业和生活所需热量，同时对能源利用和对环境因素的影响提出了更高的要求。在当前的背景下热泵空调机组尤其是空气源热泵空调机组在北方寒冷地区的应用前景受到了广泛的关注。又基于国家对于改善空气质量的政策，采用更高效、节能、环保的采暖空调技术为实现建成“可持续发展型社会”提供一个很好的解决方案。通过对西安、张家口空气源热泵的典型应用工程实例的研究，分析实测数据和国内外学者对低温热泵的实验和研究论述北方寒冷地区采用空气源热泵进行采暖的实用性。通过本研究希望可以为将来实际应用和推广提供一些技术和理论方面的支持。

关键词：空气源热泵； 可持续发展社会； 实测数据； 工程实例

空气源热泵能够以比较低的能量消耗实现把品位低的热能送至高品位热能，能大量利用自然资源和余热资源，减少能量的浪费.在我国长江中下游、西南华南地区得到广泛的额应用，这些地区冬季室外温度一般不低于零下5 ℃，室内需热量不大， 夏季气温较高， 一般有制冷的要求， 当采用空气源热泵系统时， 应用效果良好， 机组运行平稳， 能够以较低的初投资、较低的能耗较好地满足该地区的采暖、空调要求， 高效节能、不污染环境、能实现一机两用。

一、空气源热泵供热的工程实例

1.河北张家口崇礼县冬奥会场馆

冬奥会场馆将采用5台超低环温空气源热泵设备作为，在当地海拔约1600米，冬季最低温-350C的情况下仍能实现平稳运行，并且在节能方面上达到了预期相比于其他的供暖方式可以节省电三分之二。与普通空调相比，制冷节能40%。

2.西安建筑科技大学治园宾馆空调系统

（1）西安地处西北中心，在热工分区上属于寒冷地区。选取建筑物内代表性休息大厅作为对象，通过分析记住稳定运行时的实测数据可知，在2m人活动区，温度、速度、相对湿度、空气龄以及PMV-PPD各项指标都达到了西安地区夏季舒适度的设计要求，而冬季虽然基本满足要求，但是人体舒适性较差。

（2）分析气象资料和实际的对冬季室外环境参数的检测进一步表面，西安地区使用空气源热泵是可行的。资料显示从1951年1月1日至2008年12月31日西安地区最冷月（12月）平均最高温度为50C，平均最低温度为-40C。从2009年1月6日至2010年2月6日为期一个月的实测记录可知，该月平均温度为2.60C，平均相对湿度为51%。西安地区属于低温轻度结霜区，适于使用空气源热泵。

二、从空气源热泵供暖的研究分析其实用性

1.低温工况技术突破

传统空气源热泵在我国的长江流域，黄河流域等地区的应用十分广泛。但在我国北方寒冷地区低温恶劣工况下，如果空气源热泵不经过改进就直接引入，那么设备将无法在冬季，尤其是寒冷的12、1、2月份无法正常工作。在這几个月份气温常常在-50C以下，有时气温达-120C左右。此时普通的空气源热泵机组的制热效果将会下降，制热量衰减严重，而此时有时制热量需求最大的时候，因此此时普通空气源热泵机组不适用。

随着技术进步，有马最良等人提出双级耦合热泵系统，利用空气源热泵从室外空气中吸取热量，制取10～200C的水作为水源热泵的地位热源，再制取高温热水向建筑物供暖；田长青等人结合双级压缩和变频技术，提出适用于寒冷地区的双击压缩变频空气源热泵系统。以上系统通过实验验证系统运行稳定可靠，可以在-180C以上的室外低温环境中满足寒冷地区冬季供暖需要获得较大制热量和较高COP值。

2.空气源热泵机组的系统特性

黄河流域、华北地区这些传统的采暖地区长期以来一直依靠燃煤、燃油采暖。燃煤惨暖所排放的氮氧化物和可吸入颗粒物等污染物严重影响空气质量。2013年国务院发布《大气污染防治行动计划》指出需要加快推进“煤改电”的工程建设，淘汰10吨/小时以下燃煤锅炉，积极推进热电联产，低环境温度热泵等技术应用。

（1）安全可靠：热泵机组水电完全隔离，机组内舍友高低压保护、压缩机过流过载保护等多重保护，从更本上杜绝安全隐患。

（2）热效率高：从空气中获取免费热量，平均压缩机每消耗1kW·h电就能产生相当电加热装置消耗2·5kW·h电产生的热量，节省了能源的使用量，热效率全年平均再300%以上。

（3）绿色环保：热泵机组工作过程中无任何有害有毒气体排放，对大气环境无任何污染。

（4）经济耐用；热泵机组实用寿命长达15年。

通过统计分析，使用空气源热泵作为供暖方案费用较低，远远低于使用燃油、燃气锅炉或管道供暖和电锅炉直接供暖所产生的费用

三、结语

目前在应用中的中央空调系统还有分户供暖，包括压缩式，吸收式的家庭采暖到公共场所的采暖，从建筑到高层，摩天大楼，从医院，餐饮到五星级宾馆到娱乐城夜总会；从商贸会馆到体育场馆乃至政府机关；这么多的地方依然在有热负荷时就想到锅炉取热，用冷时就想到水冷式冷水机组，别无他念。显然，这是陈旧和落后的观念。在提倡绿色环保生活的今天，我们当然要选择这一节能，环保，经济的手段作为我们实际生活中的应用。而且随着空气源热泵的技术上突破——“耐寒”，这使得空气源热泵在我国北方广袤的土地上也有了可以大面积使用的基础。所以对于耗能耗电的传统方式供暖制冷已经不适合社会发展。通过上述分析，可以得出在北方寒冷地区实用空气源热泵供暖具有较好的实用性和经济性，本项目对于空气源热泵供暖在北方地区的实际应该用和推广，具有一定的参考意义与工程依据。

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