西北某地煤改空气源热泵项目采用临界点控制编程技术,攻克严寒地区空气源热泵应用难题
作者: 未知   时间: 2020-12-11   来源: 舒适家居分会   浏览: 311
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  据《西北地区清洁供暖发展现状与典型案例分析(一):政策现状与现存问题》介绍,我国西北地区冬季采暖涵盖陕西、甘肃、青海、宁夏、新疆五省(区),采暖人口达1亿以上,供暖 面积 24.9亿 m²,冬季采暖持续时间长达4~11 个月。各省(区)基本供暖现状如表1 所示。

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  从表1可以看出,西北五省(区)有极大的供暖需求,供暖时间主要集中在10月份至次年4月份,整体供暖面积达到24.9亿m², 管网覆盖面积达到9.53亿m²。整体来看,近几年西北各省(区)立足西北供暖实际,以电采暖项目为切入点正开展清洁供暖试点工作,主要针对散烧煤用户进行取暖设备清洁化改造,本文将介绍甘肃自然能源研究所的《酒泉市瓜州县人民法院双塔法庭空气源热泵供暖示范项目》,探究空气源热泵在西北地区推广的可行性。

  项目建筑物、设备配置概况和用途简介

  酒泉市瓜州县人民法院双塔法庭空气源热泵供暖示范项目位于甘肃省酒泉市瓜州县境内,气候属于典型的半荒漠干旱大陆性气候。气候特点是夏季炎热,冬季寒冷,昼夜温差大、降水稀少、蒸发量大、干燥多风。年平均气温8.8℃,7月最高,月平均气温24.3℃,极端最高气温42.8℃,1月最低,月平均气温-9.8℃,极端最低气温-29.3℃。

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  本项目供暖对象为瓜州县人民法院双塔人民法庭办公宿舍楼,建筑朝向为南偏西,是典型的二层小型办公楼建筑,建筑层数2层,层高3米,总建筑面积700m²。项目点白天办公,晚上职工在楼内宿舍住宿。建筑物窗户共26个,其中南窗12个,北窗12个,东西各有小窗1个。南北窗户尺寸为1800mm×1800mm,窗框为断热铝合金结构,玻璃为6+12+6双层中空玻璃,供暖建筑外墙采用50mm厚泡沫混凝土保温材料。该建筑供暖末端为地板辐射供暖。原供暖使用燃煤锅炉,院子北面东侧建有一层锅炉平房,管道通过地沟联接办公楼,年需燃煤25吨左右,供暖期需一个人专门负责管理。

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  项目拆除原燃煤锅炉,在锅炉房顶安装同步吸收式空气源热泵机组,锅楼房内安装储热水箱、水泵、管道及控制部分,改造地沟管道和室内部分地暖,使空气源热泵节能高效运行。供暖设计总热负荷为:Q=38.5KW。单位面积的热负荷q=38500/700=55W/m2。选取常州思阳新能源科技有限公司25P聚合能双能利用系统机组,型号SYFY80Ⅰ,该机组采用双压缩机,蒸发端集成两张同步吸收太阳集热板。机组输入功率18(KW),名义制热量52(KW), 额定出水温度55 (℃), 制热最高水温60 (℃), 机组重量700(Kg), 外形尺寸(长*宽*高mm)2000*1500*250。压缩机采用“谷轮”喷气增焓涡旋式压缩机。蒸发器本机型采用同通路二次蒸发吸附转移的方式,反S型金箔亲水翅片,反流道换热装置,按异程流道设计的聚热板装置。冷凝器采用板式换热器。节流装置采用500级电子膨胀阀。蓄热水箱为圆柱形水箱,有效容积为2立方米,保温层采用发泡聚氨酯,厚度约5mm。锅炉房内部设有供暖泵,通过地沟管道向建筑供暖,管道采用橡塑保温。该供暖系统供暖泵及热泵循环泵均为Wilo热水循环泵,供暖泵输入功率0.78kW,最大流量8m3/h,空气源热泵循环泵输入功率1.75kW,最大流量16m3/h。办公楼铺设地暖,管径1620,表面铺陶瓷瓷砖。热泵机组通过回水温度判断启停,供暖泵通过室温判断启停。

  实际使用效果

  1)节能与环保

  ① 项目运行后,2018年11月-2019年3月共5个月,对供暖系统进行了监测。监测了室外温湿度、典型房间室内温度、供暖系统供回水温度、机组供回水温度、系统流量、热泵机组耗电量、辅助耗电量(水泵耗电量)。数据采集后进行了分析,分别计算分析了机组制热量、机组能耗、室外温湿度、室内温度、空气源热泵采暖机组COP、采暖系统COP、水泵耗能量、结霜情况和建筑物耗热量等。

  ② 供暖期机组平均能效比cop=2.4,供暖期系统平均能效比cop=2.0;最冷月机组平均能效比cop=2.0,最冷月系统平均能效比cop=1.78;最冷日机组平均能效比cop=1.86;最冷日系统平均能效比cop=1.6。

  ③ 供暖点配有专门的电采暖电力接入,空气源热泵供暖用电执行峰谷平计量电价:峰时段电价0.692元/度,谷时段电价0.358元/度,平时段电价0.692元/度。整个供暖期供暖系统总耗电量39317KWH,其中热泵机组耗电量35522 KWH,辅助设备耗电量3795KWH,总电费21114.00元,比原先燃煤锅炉供暖费用(含1个锅炉管理人员5个月工资)低。空气源热泵相比传统的燃煤,纯电采暖均有明显优势,总热效率高达200%,高效节能。

  ④ 机组结霜要满足温度和湿度的共同条件,即在露点温度时结霜开始,通过测试实际验证,在瓜州空气相对湿度大于60%未曾出现,在供暖测试期,未见机组结霜情况,所以机组运行期间无结霜,对机组COP无多大影响。

  ⑤ 空气源热泵供暖的效能比应是针对供暖季的平均值,除最冷月份外,空气源热泵COP相对较高。从整个采暖期计算和检测分析,在项目地区冬季供暖其平均系统COP值2.0,与大部分模拟研究相当。对于严寒地区最冷月段时可以考虑其他热源作为辅助热源,以便空气源热泵处于技术经济合理的运行工况。

  ⑥ 通过对原供暖方式改造,拆除燃煤锅炉改用空气源热泵供暖,每年可节约原来锅炉每年用煤25t,折算成标煤18t,可减排CO2约为47t ,SO2约为153Kg,NOX约为133Kg。

  2)舒适性

  ① 示范点供暖期共5个月,从2018年11月1日到2019年3月30日,共150天(实际从2018年10月20号已经调试开始供暖,测试数据分析从11月1日开始)。供暖期室外温度的变化趋势,月最高气温、月最低气温都在供暖期呈现出由高到底,又由低到高的过程。供暖期最高气温20℃(出现在2019-03-30),供暖期最低气温-19℃(出现在2018-12-7);供暖期的平均环境温度是-3.2℃,月平均最高气温在2019年3月份,是6.1℃ ;供暖期最冷月(月平均最低气温)在2018年12月份,平均气温是-9.6℃;供暖期的最冷日是2018年12月28日,最高气温-9℃,最低气温-18℃,当天平均气温-13.5℃;

  ② 供暖期室内温度随室外气温变化出现波动,因为供暖期 室外温度变化影响空气源 热泵效能比值(COP ),所以引起供暖回水差的变化,进而引起室内温度变化。供暖期室外日平均气温最高10.5℃,最低-13.5℃,差值达24℃,供暖期平均室温为20.6℃,逐日看波动不大,但整个供暖期最高和最低相差6.8℃,波动比较大,总体室内温度随室外温度变化,表现出一致的变化趋势。基本保持在18-22℃之间;最冷月室内平均温度是19℃,最冷日室内平均温度是17.4℃。

  ③ 根据热泵COP计算出的室温与实际检测的室温还是有一定的误差,这主要是以下几个原因引起的:

  (a) 建筑室内温度不平衡引起。由于建筑内部各个房间是独立并联系统,由于各个回路的管道水力阻力损失不同,因此各个循环回路流量不同,因此造成室温度不平衡,而模拟计算的室温为整个建筑的平均室温,因此二者之间存在一定差异。

  (b) 被动采光引起的误差。由于建筑的被动采光,造成实际室温与计算的室温存在差异,造成一定的误差。

  (c) 人员活动引起的误差。由于建筑的人员活动,人员作为热源,造成实际室温与计算的室温存在差异,造成一定的误差。

  用户评价

  项目示范期间空气源热泵系统供暖效果良好,运行稳定,费用较低,供暖期运行费用和原先煤锅炉供暖比较,综合成本大致相当。项目并作为清洁能源供暖方式之一得到了应用单位高度评价,并出具了用户证明。比较同地区不同清洁能源供暖方式,该空气源热泵供暖室温基本稳定,满足白天办公要求,夜间职工宿舍温暖舒适,运行费用合理,没有增加用户供暖负担,用户完全可接受。项目运行后吸引了不少有此类需求单位到示范点考察观摩,2019年推广应用到瓜州县其他乡镇清洁能源供暖改造中产值达732.6万元,利税达220万元。 众所周知,空气源热泵存在一个弊病,即冬季制热运行室外表冷器结霜会导致效率下降,造成大量热能消耗与浪费,因此制热效率低下,需要及时进行化霜处理,本项目对循环过程中的各个节点设备进行了优化设计,以及编程控制程序的改进,对阳光辐照度、空气湿度、环境温度的实时监测,采用临界点控制编程方式对蒸发器进出气口蒸发压力、温度的实时控制,避免了空气源热泵定时反向化霜而出现未结霜时化霜时的能量消耗,提高了机组的有效做功,从而达到低环境温度稳定运行的目的。同时,该项目验证了严寒地区同步吸收式空气源热泵供暖系统的可行性及适用性,空气源热泵配合地板辐射采暖应用于建筑采暖中的效果,对在干燥严寒地区空气源热泵供暖系统的匹配设计、设备选型及运行模式等进行分析,得出了供暖期机组平均能效比cop=2.4,系统平均能效比cop=2.0的监测结果,实验验证了理论计算的结论,分析结果为西北干燥严寒地区空气源热泵供暖系统设计提供参考依据。

  注:该项目在“节能杯”第五届空气源热泵系统设计大赛中荣获“空气源热泵户式供暖最佳应用奖”。


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