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空气源热泵在严寒地区的高效应用

发表时间：2020/10/14 来源：《基层建设》2020年第19期作者：韩文

[导读] 摘要：随着社会经济的发展，我国大力发展可再生能源绿色采暖供热，空气源热泵是最佳选择。

        北京智信和成机电设备有限公司北京市 100000
        摘要：随着社会经济的发展，我国大力发展可再生能源绿色采暖供热，空气源热泵是最佳选择。空气源热泵是空气可再生能源经典应用技术和产品之一，因其结构简单，安装方便以及维护量低的优点，被广泛应用。但是，空气源热泵存在一个很大的弊病———冬季制热运行室外表冷器结霜，工作效率下降，造成大量热能消耗与浪费；夏季由于气温酷热，导致冷凝温度升高，压缩机排气压力增大，电功率加大，制冷空调运行费用高。为支持国家煤改电下空气源热泵可持续性发展，本文将论述空气源热泵在严寒地区高效采暖的可持续性，并提出无霜热泵空调概念，以供参考。
        关键词：空气源热泵；无霜空气源热泵；严寒地区高效采暖
        引言
        空气源热泵供暖是一种清洁的供暖方式，且在严寒地区的实际运行具有很好的前景，但空气源热泵实施供暖过程中并不是完美，室外蒸发器结霜、热泵性能较低等问题都必须给予重视。基于此，对其在严寒地区的实际供暖可行性进行分析。对供暖主体构造、性能、运行原理略有疏忽，都会影响我们对空气源热泵的可行性分析的准确性，所以全面了解空气源热泵及其工作环境，判断两者配合发挥的热效能及持续性等等，才能综合评价出可行性。
        1空气源热泵供暖原理
        空气源热泵供暖系统主要由水箱（含换热盘管）、蒸发器、地暖及水泵等组成。蒸发器吸收空气中的经压缩机压缩后的低位热能，经过加热、循环泵进入地暖散热，达到供暖的目的。整个数据采集系统由电磁流量计、采集仪、数据传感器组成。所有温度采用PT100铂电阻温度传感器测量，A级精度；压力传感器精度0.5%FS，压缩机、风机和水泵耗功由功率传感器测量，其精度为0.5级；电磁流量计测量循环水流量，其精度为±0.5%；数据采集周期为30s。
        2低能耗建筑新型复合供热系统研究
        在某些实际的建筑工程中，比如公园的管理用房、边防哨所以及公路服务区等，比较偏僻，没有办法接入市政供暖系统和供热管道，使用太阳能无法满足全天的供热需求，而空气源热泵也由于投资费用较高而且对安装场地有要求难以应用，电能的供热方式资源消耗巨大，因此，通过对低能耗建筑用热需求和供热方式的研究，提出了多种供热方式互补的清洁能源供热方式，即联合太阳能、空气源热泵、电辅助复合供热，采用毛细管辐射板作为末端的智能供热系统。由于太阳能和空气源热泵各自的特点，可以进行联合。空气源热泵能够弥补太阳能供热不稳定和季节性特点，联合运行能够各自独立运行也能够互相补充。当太阳能足够的时候太阳能供热运行，不足时由空气源热泵运行，节能效果显著；极寒气候空气源热泵的能耗加大，则可以采用电辅助的方式来辅助供热，补充太阳能和空气源热泵的不足。复合供热系统可以采用PLC智能控制，利用热电偶温度传感器和光敏传感器进行数据测试，通过集成芯片对太阳能、空气源热泵系统进行数据采集，完成自动控制，再使用远程操控系统来设定和监控蓄热水箱、太阳能集热器、供回水管、室内外温度等参数。当日照充足、太阳辐射能大、集热效率高时，热电偶温度传感器检测太阳能集热器的供水出口与蓄热水箱水温的温差，满足室内热负荷就启动太阳能供热系统，利用供水循环泵将热水送入毛细管网，如果蓄热水箱温度达到35℃以上，关闭系统，此时热能完全来源于太阳能；太阳辐射强度弱，供水出口与蓄热水箱水温的温差不满足设定要求时，自动启动空气源热泵加热水箱中的水，直到达到35℃。如果遇到阴天、雨雪天气时，单一的供热组难以达到需求的温度，可以启动太阳能和热源泵一起进行供热；每年的一月份属于采暖季的极寒天气，空气源热泵系统耗能巨大，如果太阳能供热不能达到要求，根据监测的温度自动开启电供热系统，。

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        3空气源热泵的温度适应性
        在运用空气源热泵的过程中设计与应用方式都要因地制宜。（1）对于夏热冬冷地区：冬季湿冷，1月平均气温0-10℃，年平均气温小于5℃的日数为0-90天；夏热冬冷地区的气候特征是夏季闷热，7月份平均地区气温25-30℃，年日平均气温大于25℃的日数为40-100天；气温的日较差较小，年降雨量大，日照偏小。这些地区的气候特点非常适合于应用空气源热泵。（2）对于云南大部，四川西南部、贵州，西藏南部一小部分地区：这些地区1月平均气温1-13℃，年日平均气温小于5℃的日数0-90天。在这样的气候条件下，过去相当长的一段时间建筑物在设计环节就不考虑采暖设备的运用。但是，近年来随着现代化生活水平的提高和建筑水平的提升，人们对居住和工作建筑环境要求也日益提高，因此，这些地区的公寓等建筑也开始因地制宜的设置采暖系统。在这种气候条件下，选用空气源热泵系统是最合适不过的。（3）传统的空气源热泵机组在室外空气温度高于-3℃的情况下，均能可靠安全地运行。所以，空气源热泵机组的应用范围便顺势由南向北开始扩展，即已进入气候区划标准的II区的部分地区内。这些地区气候特点是冬季气温较低，1月平均气温为-10-0℃，但是在采暖期里气温高于-3℃的时数却占很大的比例，而气温低于-3℃的时间多出现在夜间，因此，在这些地区以白天运行为主的建筑（如银行、办公楼、商场等建筑）选用空气源热泵供暖，其运行的可行性是可靠的。另外这些地区冬季气候干燥，最冷室外相对湿度在45%-65%左右，因此，选用空气源热泵其结霜现象不太严重的情况下也是可行的。
        4严寒地区中空气源热泵采暖技术的运用
        如何让空气源热泵在严寒地区高效采暖应用，采暖运行费用接近甚至低于燃煤采暖，笔者经过多年的钻研努力，终于在无霜空调的结构和系统应用上，突破了运行费用高于燃煤采暖的瓶颈。成功研发出了蒸发温度自动优化，低气温自适应高效采暖热泵等技术，为严寒大气应用空气源热泵奠定了设备基础。同时又研发出高水温热泵，利用电力部门夜间廉价谷电时段蓄热，经多方技术整合后的无霜空调，可以适应我国东三省寒冷天气高效采暖供热。无霜空调在秦皇岛经济开发区泰和精工有限公司和盛泽新材料有限公司厂房和办公楼两个无霜空调采暖示范工程运行，冬季采暖平均2元/（m2•月）左右，特别极端寒冷天气时段在3元/（m2•月）左右，一般天气1元/（m2•月）左右。虽然夜间不进行采暖供热，但仍需要保暖防冻这一运行，如果24h不间断采暖供热可以实现平均3~4元/（m2•月）左右的。秦皇岛经济经济开发区集中供热单价：居民6.97元/（m2•月），厂房车间9.87元/（m2•月）左右。其冬季采暖运行费用在华北地区低于城市集中供热采暖价格，在东三省可与城市集中供热费用吃平。这个突破为国家煤改电政策在我国北方设施空气源热泵采暖的可持续发展，具有一定的节能环保意义。
        结语
        综上所述，我国传统的建筑供热方式主要是煤炭锅炉等供暖，对环境污染严重且资源消耗巨大。随着社会技术水平的进步，逐步提出了低能耗建筑来降低资源浪费。新兴的拱热方式将技术集中到太阳能、空气源热泵和电供暖上来，结合毛细管散热网构成了新型的智能化供热系统，通过实际监测，系统运行良好且能够带来很好的经济效益，还能够保护环境，有巨大的应用和推广价值。
        参考文献
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        [2]郭庶.普瑞大道站地下连续墙导墙施工方案[J].企业技术开发,2016,25:40-42.
        [3]杨敏,马辉文,李洪涛.移动式钢板结构导墙在沙那水库除险加固工程施工中的应用[J].水利建设与管理,2018(02):19-24.