尽管空气源热泵在户式采暖中的应用已经越来越多，但很多人仍怀疑其供暖效果及运行费用等相关问题，特别是在高寒地区的应用效果。今天我们就来看一个空气源热泵在北京高寒山区的采暖项目。该项目2017年冬天前竣工，当年冬天经权威机构对运行效果实时监测，室温20℃左右，平均能耗为19.7元/㎡。
该项目位于房山区蒲洼乡宝水村，是空气源热泵在高寒山区的试点项目，建筑用途为森林消防大队第十一中队员工宿舍。建筑均为单层坡脊建筑，拟建于上世纪80年代，砖混单体结构，外墙240红砖无保温，窗户为单层玻璃塑钢，户门为双层玻璃铝合金结构，房顶为木材檩条加苇毡镶嵌红瓦，室内吊顶净高2.7米。单排分两侧进行试验，东侧五间建筑面积132㎡，西侧五间建筑面积102㎡，原为集中燃煤锅炉采暖，东、西两侧均为钢制暖气片散热器。根据建筑面积及末端散热器情况，两侧分别安装一台独立的热泵机组进行供热采暖。本案例以东侧1号建筑为例说明。房山区蒲洼乡宝水村位于蒲洼乡最北端，背靠大山，海拔高度1100米左右，年平均气温为11.9℃，历史最低气温为-26℃。根据近年来冬季采暖期室外气象资料考虑采暖室外计算温度，参照北京市高寒地区冬季室外供暖计算干球温度-12℃取值作为本供暖室外设计计算温度。冬季室外供暖计算干球温度(℃) | -12 | 冬季室外空调计算干球温度(℃) | -16 | 冬季最多风向平均风速(m/s) | 3.7 | 冬季室外空调相对湿度(%) | 43 |
室内计算参数 总高度(m) | 2.7 | 供暖面积(m2) | 109 | 总热负荷(kW) | 8.36 | 非空调热负荷(kW) | 8.36 | 非空调热指标(W/m2) | 76.71 |
根据计算公式：qx=（1.163*Qg）/（c*ρ*Δt）式中：qx——水泵循环流量，m³/h；Qg——设计小时供热量KJ/h；DΔt——热泵机组供回水温差，一般选5℃；rρ——热泵机组被加热水的密度，kg/L。计算结果为：qx=（1.163*8.36*3600）/（4.187*1*5*1000）=1.672m³/h所以，选用循环水泵的额定流量应不低于1.672m³/h。水泵扬程计算计算公式：H=1.38*（Hb+He+Hp）式中：H——循环水泵扬程，KPa；Hb——热泵换热器阻力损失，50KPa；He——热泵机组内蒸发器的阻力损失，KPa，这里水系统不经过蒸发器，阻力为零；Hp——连接管路阻力损失，KPa；系统末端循环管道为PPR热熔管道，总长度约50米（沿程阻力损失1.4米），并联安装8组钢制暖气片及回水管道串联60L闭式承压保温水箱一个，连接管路总阻力约2.0米。经管道水力计算软件可得，循环泵总扬程为：H=1.3*(5+0+2)=9.1m据系统管道及主机设备循环流量及系统沿程阻力等计算结果，选用一台某品牌静音屏蔽泵XPS25-12-180型，最大扬程12米（额定扬程8米），最大流量3.5m³/h（额定流量2.0m³/h），水泵最大输入功率245W能满足系统循环要求。膨胀罐和缓冲水箱该系统设置为闭式系统，确保系统最低压力0.1MPa以上，采暖末端共计安装8组新型碳钢散热片，每组规格600*18片，主循环管道PPR热水管，De32mm，供回水主管道总长度约50米，系统总容水量接近180L。为确保系统运行稳定，系统需串联缓冲水箱，确保系统总容水量到达240L以上，因此在采暖回水管道主管道加装1套60L闭式承压保温水箱。机组内机在制造时就设置了5L膨胀罐，这里就不再加装了。根据建筑热负荷计算，总热负荷约为8.4KW，结合采暖末端（暖气片）方式及环境，系统选配海立睿能DKMDX-20INBP低温型空气源热泵变频机组1台，主机相关参数标准如下：系统原有采暖末端暖气片散热系统8组（18片/组600*18管钢制散热器），另采用某品牌循环水泵屏蔽泵XPS-25-12-180型一台，缓冲水箱60L保温水箱一台，电源箱一套，电源安装电量表一支，监测系统一套。具体如下：由于该项目地位于海拔1100米左右的山区，低温时间长，冬季最低温度-26℃，湿度大，天气变化快，对空气源热泵采暖的要求高。针对该特种情况，项目对系统采用以下方法，以达到采暖的设计要求：选用海立睿能低环境空气源热泵变频采暖机组，机组最低运行温度-30℃，出水温度依然达到58℃。业主设定的热泵机组的回水温度在48～52℃，出水温度达到53℃以上，房间温度在极寒季节，达到18℃以上。 系统中增加一个60L的承压搪瓷缓冲保温水箱，其一可以保证系统的最小容水量的要求，减少由于水容量不足造成的气堵、断流的引起的系统高压保护现象；其二、缓冲系统负荷变化引起的系统不稳定，压缩机的转速忽高忽低的运行，造成异常的耗电损失和异常的运行噪声。 采用远程监控系统，实时监测采暖系统的运行情况，有利于热泵的稳定运行，为用户采暖保驾护航。
虽然该项目的建筑条件不良，但整个冬季采暖过程，业主反映效果很好，不用人管理，自动运行，省事。同时，由于建筑条件的不良，造成采暖季节热泵运行的电费较高，机组高频运行时间长，为维持室内设定温度，并抵消墙体、天花板、地面的辐射热和门窗关闭不严的漏热量。运行费用：约19.68元/㎡（按取暖季123天计，享受峰谷电价政策）；室内温度：监测期间，室内温度平均达到19.3℃左右；监测时间：2018年01月05日至2018年03月15日，共计70天。时间 | 20180105— 20180315 | 实际平均每日用电度数 | 63.22 | 平均每平米取暖费用（按123天计算） | 19.68 | 室内每日平均温度 | 19.3 |
注：联合中国建筑科学研究院共同对系统进行效果运行实时监测。 海立睿能低环境空气源热泵变频机组在采暖监测期间，室内温度平均达到19.3℃左右，能够满足北京山区的采暖需求，用户对供暖效果满意；由于建筑物的围护结构较差，无法达到节能的效果，漏热量比较大，采暖的耗电量不太理想； 针现有北京山区如本项目的房屋建筑，需要做节能改造，以更好的保证采暖的效果和达到节能的要求； 现有的北京山区如本项目的采暖设备，需要更换成中低温暖气片，如：翅片式暖气片、带对流通道的辐射暖气片等，会达到更好的节能效果。
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