电能替代中热泵的节能环保效益分析

2018-09-14长沙市雅礼中学何浩龙邝威红

大众用电 2018年3期

● 长沙市雅礼中学何浩龙邝威红

近年来，随着资源和环境问题的日益严重，在满足人们健康、舒适要求的前提下，合理利用自然资源、保护环境、减少常规能源消耗，已成为全社会需要面对的一个重要问题。研究表明，我国PM2.5排放源中，超过一半来自煤炭和石油消费。大力推广电能替代有助于减少环境污染物排放，提高能源利用效率，节约能源。目前电能替代已上升为国家战略，成为我国防治大气污染、改善环境质量、调整能源结构的重要抓手。《“十三五”规划纲要》明确提出，对中小型燃煤设施、城中村和城乡结合区域等实施清洁能源替代工程。

热泵是利用吸热介质从环境中采集低品位热能，经压缩机压缩后提高冷媒的温度，转换成高品位热能后，用于采暖或热水供应，实现高效配置能源。热泵系统的应用对于推动电能替代具有重要意义。据统计，如果在建筑供暖中热泵所占比例能增加到30%，在采用现有的先进技术条件下，可以使全世界CO2排放量减少13.2亿吨，占全世界CO2排放量的6%。

1 热泵节能及技术经济分析

1.1 节能分析

热泵将低温热源的热量品位提高，需要消耗一定的高品位能量。因此，热泵的能量消耗是一个重要的技术经济指标。热泵供热系统用高位能W推动一台动力机,然后再由动力机来驱动工作机(如制冷压缩机)运转，工作机像泵的作用一样从低温热源(如水)摄取热量Qe，并把Qe的温度提高，向暖通空调系统供出热量Qh=Qe+W，用热泵的制热性能系数β来衡量热泵的能量效率。

式（1）说明了热泵的制热性能系数β永远大于1。因此，用热泵供热比用热泵驱动能源直接供热要节约高品位能。

以水源热泵为例，水源热泵运行系统在夏天运行时利用的水体温度通常为18～29℃，水体温度会低于环境空气温度，因此制冷过程中的冷凝温度会随之降低，其制冷效果明显要高于传统的冷却塔式或风冷式，并节省了除霜过程中消耗的能量。同时，制冷剂充灌量比常规空调减少25%,而且制冷剂泄漏概率大为减少，制冷时要比普通空调节能15%～20%，可节省运行费用40%左右。水源热泵系统在冬季运行利用的水体温度通常为12～22℃，水体温度会高于环境空气温度，因此提高了热泵循环系统的蒸发温度，能源利用效率得到有效提高，制热效率高达3以上，而燃煤（气）锅炉仅为0.7～0.9，可比锅炉节省70%以上的能源。

1.2 经济性分析

通过全面分析各种热泵技术的经济性，在寿命期内节约总电费空气能热泵达36万元，地源热泵为27万元。相关统计表明，水源热泵系统与水冷冷水机组加燃气锅炉系统相比，其年运行费用能够节省27%左右，在相同的制冷效果下，能够为业主提供更低费用的空调运行系统；同时。水源热泵系统在初始投资、建筑空间节约、施工周期等方面的经济消耗会明显降低，并具有供热、制冷、提供生活热水等多种功能，因此其经济效益显著。

1.3 环保效益分析

我国因采暖锅炉吨位小、效率低、燃烧点严重分散等造成了大气的严重污染。燃煤产生的污染物主要有烟尘、CO2、SO2、NOx，这些污染物对人类产生的影响很大。其中SO2是形成酸雨主要原因，严重危害生态环境；CO2是使全球变暖的罪魁祸首；烟尘则危害人类以及各种动植物的健康。因此，在一些大城市和特殊地区，环保部门限制使用燃煤和燃油锅炉，以保护大气环境。为保护大气环境，也应积极开展热泵在暖通空调中的应用研究工作。热泵在暖通空调中的应用将会带来环境效益，对温室效应也起到积极作用。据有关资料介绍，与燃煤锅炉相比，使用热泵平均可减少30%的CO2排放量；与燃油锅炉相比，CO2排放量可减少66%，排热量也减少。

2 热泵系统运行能耗的影响因素分析

2.1 气象条件对热泵系统运行能耗的影响

湖南省虽地处夏热冬冷地区，但各地气象条件的差异还是比较明显，同样的建筑在不同的地区，由于在负荷情况等方面的差异，对空气源热泵和水源热泵而言，同一热泵系统在不同区域的能耗状况以及能够实现的节能控制效益也是不同的。实践证明，同一热泵系统在运行过程中的能源消耗量呈现出由北向南逐渐递增的规律。同时，不同季节的气象条件对热泵系统运行也有较大影响，湖南地区上半年低温多雨，下半年空气干燥，同等条件下，热泵能耗随空气湿度增大而增加。