我国“煤改电”项目中常见问题的探讨

赵俊红 李静宜 王海宁 武明皓

摘要：为了治理环境，改善人居环境，“煤改电”项目用来替代分散小煤炉，本文对在“煤改电”的实施过程中的外部电力增容，内部现场调研及设备选型等常见问题进行探讨。

关键词：空气源热泵系统;电力增容;系统阻力;设备选型

1、引言

空气源热泵系统能够适用于我国除严寒地区外其他大多数地区，随着寒冷地区“煤改电”政策的推行，空气源作为一种高效的热源形式被越来越多的应用到居民、学校、医院等热源改造中去。

从2017年国家发改委、国家能源局等十部委印发《北方地区冬季清洁取暖规划（2017-2021年）》重点推广“煤改电”[1]，2019年12月北京市发改委等八部位联合发布《关于进一步加快热泵系统应用推广清洁供暖的实施意见》加快推动“煤改电”的进度。《关于北方地区清洁供暖价格政策的意见》的发布更在运行电费上支持并推进“煤改电”的进程。

“煤改电”项目的实施关系到民生供暖，应从各阶段给予高度重视。本文针对北方学校、卫生院、镇政府等公共建筑的煤改电项目，在实施前常见问题进行探讨。

2、常见问题探讨

2.1改造前注意事项

在“煤改电”前，需要对电力增容、建筑物围护结构、热负荷、采暖末端及管网情况进行详细的调研，以保证空气源热泵改造的适用性及可行性。需要注意的重点问题有以下几个方面：

1）空气源热泵机组的COP一般在2.5-3之间。以某品牌额定制热量为140KW机组为例，单台机组的额定电负荷为40KW。原热源是燃煤或燃气锅炉，热源主要消耗电能的是循环水泵，用电量较小，使用空气源热泵后，设备电负荷增大，特别是多台设备的场所，需要考虑电功率增加后带来的电力增容问题。另外，在一些地区还有专用电及公用电两种接入方式，其电费的记取方式也不同。所以在项目实施前应首先考虑电力增容问题，以确保项目可以实施。

2）建筑物围护结构情况。不同年代建筑物外围护结构不同，热负荷也相差很大，从而导致空气源热泵的耗电量也有较大差异。根据文献[3]中分别对河北省10所公共建筑及10所住宅建筑“煤改电”项目的调研，在不同围护结构下，公共建筑供暖季耗电量差距范围在60%左右，住宅建筑供暖季耗电量差距范围在35%左右。由此可以看出，不同类型的围护结构对供热季耗热量的影响是巨大的。在改造前对建筑物围护结构进行详细调研后计算采暖热负荷，这样有助于机组选型及减少运行电费。

3）采暖末端的情况。一般采暖末端有两种形式：地板辐射采暖（地暖）和散热器供暖。地暖供暖的供回水温差一般是5-10℃，系统的水流量大。如果采暖末端是散热器的系统，由于原燃煤或燃气锅炉房供回水温度大多是85/60℃，温差是25℃，系统水流量小，“煤改电”空气源热泵的供回水温差一般是5℃，水流量大，所以一般地暖对于“煤改电”有一定的適应性，但散热器系统需要重新核算末端的供热能力，当供回水温度发生变化，末端散热器的散热能力也相应发生了变化。当室内设计温度18℃时，以钢管柱306型散热器为例计算散热器的散热量变化。

ൌC（∆T）公式（2-1）

式中：Q——散热器散热量

C——取0.6925

N——取1.2572

当原供回水温度为85/60℃时，单片散热量为105W。“煤改电”后，若供回水温度变为50/45℃（空气源热泵的出水温度会随室外温度的波动变而化）单片散热量变为70W。计算后发现原末端为散热器的系统，每组散热器需要补充大约0.5倍甚至更多的散热片才能满足热源变化后室内热负荷

的需求。因此，对于原末端采用散热器的系统，需同时复核采暖末端的供热能力变化。

4）供热管网情况。在“煤改电”项目中，保温破损、管道腐蚀等情况会造成热输送损失增大，因此在项目实施前应全面了解管道的运行年限及运行状况。另外，由于“煤改电”的实施会使得系统的供回水温度发生变化[5]，管道阻力的也会随之发生变化。管道系统的阻力计算及热负荷计算公式如下：

λ2ݒߩ

߂ൌሺߦߑሻ

式中：߂——管道的压力损失

λ——阻力系数

V——流速（m/s）

D——管道直径（m）

Q=C.m.（tg-th）

式中：Q——热负荷（KW）

C——水的比热

M——流量，m=Sv（S：管道截面，v：流速） 公式（2-2）

公式（2-3）

由公式2-3可以看出，煤改电项目中，若热负荷Q不变，假设当供回水温差由25℃变为5℃时，系统流量m是原管道的5倍。如果供热管道系统不改造，管道截面不变，则流速v是原管道流速的5倍。根据实际项目供回水温差的变化，系统管道的流程和阻力均发生了巨大变化。

再由公式2-2，当系统流速增加，整个管道阻力均成平方关系增长。这意味着需要循环水泵有更大的流量适应空气源热泵的水流量，同时需要水泵有更大的扬程来克服管道阻力。

因此，当热源改为空气源热泵系统后，由于供回水温度的变化，系统的水流量及阻力均发生了变化。管网分支系统的水力失调也相应增大。在改造时，应注意各建筑物或分支处是否有装有调节阀，若没有，应首先在各建筑物入户处安装调节阀。

另外需要注意的是，在一些项目中原系统末端同时包含散热器和地暖两种形式。当供回水温度发生变化时，原地暖系统不受影响，但散热器系统阻力变化很大，这就会导致地暖和散热器系统的阻力不平衡，可能会出现一部分散热器不热的情况。故，应先对采暖末端进行改造，才能保证“煤改电”后的供暖效果。

2.2机组性能曲线与热负荷分析

在“煤改电”项目选用设备时，应结合项目地点的室外设计采暖干球温度及空气源热泵的运行曲线，在空气源热泵制热量进行修正后再进行设备选取，避免机组的制热量不满足热负荷的需要。以某品牌额定制热量140kW的机组为例，在室外干球温度为7℃时，其额定制热量为140kW，但当室外干球温度为-12℃时，其名义制热量为100kW。因此，在机组选型时，应当充分考虑室外环境及不同品牌的空气源热泵的运行曲线。

除此之外，还要注意采暖湿球温度对机组化霜的影响，根据文献[6]中的描述，相对湿度对空气源热泵的结霜会产生影响。相对湿度与机组结霜量成正相关关系，相对湿度越大，机组结霜量越大。随着机组进水水温升高，机组蒸发压力和冷凝压力升高，机组换热量下降，从而导致传质量下降，机组结霜量下降。

2.3设备安装

根据《声环境质量标准》GB3096-2008中的规定，1类声环境功能区指以居民住宅，医疗卫生、文化教育、科研设计、行政办公为主要供能需要保持安静的区域。“煤改电”项目多用于学校、办公及卫生院等场所，按此分类，昼间噪声限值为55dB（A），夜间噪声限值为45dB（A）。以某品牌额定制热量为140KW的空气源热泵机组为例，其噪音值大约在68-72dB（A）之间，所以空气源热泵机组在布置时应注意与居民楼或办公楼的间距，避免居民投诉。

空气源热泵的间距还要考虑是否有足够的空气流量，设备基础的高度应根据项目地点的气象资料确定，基座的高度应高于所在区域最大降雪高度200mm以上，还需要定期除雪、除冰，以保证机组正常运行。

另外，空气源热泵若布置在屋面上，应复核屋面结构承重。若机组布置在室外，在化霜时排出的冷凝水容易结冰，因此特别为保证人员安全，学校、卫生院等场所，最好设置排水沟将凝结水集中排放。

3、结论

结合相关项目实际及理论探讨，对于“煤改电”项目，应注意改造的外部条件如电力增容是否具备，还需对项目现场的建筑围护结构、供暖管

網及末端进行详细调研，并结合影响空气源供热量的各因素优化设备选型，为空气源热泵机组找到安全的布置位置减少噪音污染。通过以上分析保证“煤改电”项目的顺利实施。

参考文献：

[1]乐慧，李好玥，江亿，用空气源热泵实现农村采暖的“煤改电”同时为电力削峰填谷[J].中国能源2016;V38;No.11：11-15.

[2]殷仁豪，卢海勇.“煤改电”推进过程中电锅炉和空气源热泵供暖系统的比较研究[J].上海节能，2020;No.9.

[3]李永，句德胜，侯静，刘伟斌，石佳磊，河北省空气源热泵供暖项目调研与典型案例实测分析[J].制冷与空调，2020;V19;No.12：81-86.

[4]李道平，曲本连，朱风雷，赵爱国，低温空气源热泵机组在“煤改电”应用中的评价要求分析及改进[J]2017;V17;No.3：81-84.

[5]李永，李江辉，刘伟斌，郭朝辉，付煦，带有调峰热源的复合式空气源热泵系统设计[J]2018;V18;No.8：92-95.

[6]任宗垟，吴先应，范轩，李桂强，李福水，吕东建，变频空气源热泵结霜特性及除霜优化实验研究[J]建筑热能通风空调，2019;V38;No.11：6-10.