趙俊紅 李靜宜 王海寧 武明皓

摘要：為了治理環(huán)境，改善人居環(huán)境，“煤改電”項(xiàng)目用來替代分散小煤爐，本文對(duì)在“煤改電”的實(shí)施過程中的外部電力增容，內(nèi)部現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研及設(shè)備選型等常見問題進(jìn)行探討。

關(guān)鍵詞：空氣源熱泵系統(tǒng);電力增容;系統(tǒng)阻力;設(shè)備選型

1、引言

空氣源熱泵系統(tǒng)能夠適用于我國(guó)除嚴(yán)寒地區(qū)外其他大多數(shù)地區(qū)，隨著寒冷地區(qū)“煤改電”政策的推行，空氣源作為一種高效的熱源形式被越來越多的應(yīng)用到居民、學(xué)校、醫(yī)院等熱源改造中去。

從2017年國(guó)家發(fā)改委、國(guó)家能源局等十部委印發(fā)《北方地區(qū)冬季清潔取暖規(guī)劃（2017-2021年）》重點(diǎn)推廣“煤改電”[1]，2019年12月北京市發(fā)改委等八部位聯(lián)合發(fā)布《關(guān)于進(jìn)一步加快熱泵系統(tǒng)應(yīng)用推廣清潔供暖的實(shí)施意見》加快推動(dòng)“煤改電”的進(jìn)度。《關(guān)于北方地區(qū)清潔供暖價(jià)格政策的意見》的發(fā)布更在運(yùn)行電費(fèi)上支持并推進(jìn)“煤改電”的進(jìn)程。

“煤改電”項(xiàng)目的實(shí)施關(guān)系到民生供暖，應(yīng)從各階段給予高度重視。本文針對(duì)北方學(xué)校、衛(wèi)生院、鎮(zhèn)政府等公共建筑的煤改電項(xiàng)目，在實(shí)施前常見問題進(jìn)行探討。

2、常見問題探討

2.1改造前注意事項(xiàng)

在“煤改電”前，需要對(duì)電力增容、建筑物圍護(hù)結(jié)構(gòu)、熱負(fù)荷、采暖末端及管網(wǎng)情況進(jìn)行詳細(xì)的調(diào)研，以保證空氣源熱泵改造的適用性及可行性。需要注意的重點(diǎn)問題有以下幾個(gè)方面：

1）空氣源熱泵機(jī)組的COP一般在2.5-3之間。以某品牌額定制熱量為140KW機(jī)組為例，單臺(tái)機(jī)組的額定電負(fù)荷為40KW。原熱源是燃煤或燃?xì)忮仩t，熱源主要消耗電能的是循環(huán)水泵，用電量較小，使用空氣源熱泵后，設(shè)備電負(fù)荷增大，特別是多臺(tái)設(shè)備的場(chǎng)所，需要考慮電功率增加后帶來的電力增容問題。另外，在一些地區(qū)還有專用電及公用電兩種接入方式，其電費(fèi)的記取方式也不同。所以在項(xiàng)目實(shí)施前應(yīng)首先考慮電力增容問題，以確保項(xiàng)目可以實(shí)施。

2）建筑物圍護(hù)結(jié)構(gòu)情況。不同年代建筑物外圍護(hù)結(jié)構(gòu)不同，熱負(fù)荷也相差很大，從而導(dǎo)致空氣源熱泵的耗電量也有較大差異。根據(jù)文獻(xiàn)[3]中分別對(duì)河北省10所公共建筑及10所住宅建筑“煤改電”項(xiàng)目的調(diào)研，在不同圍護(hù)結(jié)構(gòu)下，公共建筑供暖季耗電量差距范圍在60%左右，住宅建筑供暖季耗電量差距范圍在35%左右。由此可以看出，不同類型的圍護(hù)結(jié)構(gòu)對(duì)供熱季耗熱量的影響是巨大的。在改造前對(duì)建筑物圍護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行詳細(xì)調(diào)研后計(jì)算采暖熱負(fù)荷，這樣有助于機(jī)組選型及減少運(yùn)行電費(fèi)。

3）采暖末端的情況。一般采暖末端有兩種形式：地板輻射采暖（地暖）和散熱器供暖。地暖供暖的供回水溫差一般是5-10℃，系統(tǒng)的水流量大。如果采暖末端是散熱器的系統(tǒng)，由于原燃煤或燃?xì)忮仩t房供回水溫度大多是85/60℃，溫差是25℃，系統(tǒng)水流量小，“煤改電”空氣源熱泵的供回水溫差一般是5℃，水流量大，所以一般地暖對(duì)于“煤改電”有一定的適應(yīng)性，但散熱器系統(tǒng)需要重新核算末端的供熱能力，當(dāng)供回水溫度發(fā)生變化，末端散熱器的散熱能力也相應(yīng)發(fā)生了變化。當(dāng)室內(nèi)設(shè)計(jì)溫度18℃時(shí)，以鋼管柱306型散熱器為例計(jì)算散熱器的散熱量變化。

?C（?T）公式（2-1）

式中：Q——散熱器散熱量

C——取0.6925

N——取1.2572

當(dāng)原供回水溫度為85/60℃時(shí)，單片散熱量為105W?！懊焊碾姟焙螅艄┗厮疁囟茸?yōu)?0/45℃（空氣源熱泵的出水溫度會(huì)隨室外溫度的波動(dòng)變而化）單片散熱量變?yōu)?0W。計(jì)算后發(fā)現(xiàn)原末端為散熱器的系統(tǒng)，每組散熱器需要補(bǔ)充大約0.5倍甚至更多的散熱片才能滿足熱源變化后室內(nèi)熱負(fù)荷

的需求。因此，對(duì)于原末端采用散熱器的系統(tǒng)，需同時(shí)復(fù)核采暖末端的供熱能力變化。

4）供熱管網(wǎng)情況。在“煤改電”項(xiàng)目中，保溫破損、管道腐蝕等情況會(huì)造成熱輸送損失增大，因此在項(xiàng)目實(shí)施前應(yīng)全面了解管道的運(yùn)行年限及運(yùn)行狀況。另外，由于“煤改電”的實(shí)施會(huì)使得系統(tǒng)的供回水溫度發(fā)生變化[5]，管道阻力的也會(huì)隨之發(fā)生變化。管道系統(tǒng)的阻力計(jì)算及熱負(fù)荷計(jì)算公式如下：

λ2??

??????

式中：?——管道的壓力損失

λ——阻力系數(shù)

V——流速（m/s）

D——管道直徑（m）

Q=C.m.（tg-th）

式中：Q——熱負(fù)荷（KW）

C——水的比熱

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，煤改電項(xiàng)目中，若熱負(fù)荷Q不變，假設(shè)當(dāng)供回水溫差由25℃變?yōu)?℃時(shí)，系統(tǒng)流量m是原管道的5倍。如果供熱管道系統(tǒng)不改造，管道截面不變，則流速v是原管道流速的5倍。根據(jù)實(shí)際項(xiàng)目供回水溫差的變化，系統(tǒng)管道的流程和阻力均發(fā)生了巨大變化。

再由公式2-2，當(dāng)系統(tǒng)流速增加，整個(gè)管道阻力均成平方關(guān)系增長(zhǎng)。這意味著需要循環(huán)水泵有更大的流量適應(yīng)空氣源熱泵的水流量，同時(shí)需要水泵有更大的揚(yáng)程來克服管道阻力。

因此，當(dāng)熱源改為空氣源熱泵系統(tǒng)后，由于供回水溫度的變化，系統(tǒng)的水流量及阻力均發(fā)生了變化。管網(wǎng)分支系統(tǒng)的水力失調(diào)也相應(yīng)增大。在改造時(shí)，應(yīng)注意各建筑物或分支處是否有裝有調(diào)節(jié)閥，若沒有，應(yīng)首先在各建筑物入戶處安裝調(diào)節(jié)閥。

另外需要注意的是，在一些項(xiàng)目中原系統(tǒng)末端同時(shí)包含散熱器和地暖兩種形式。當(dāng)供回水溫度發(fā)生變化時(shí)，原地暖系統(tǒng)不受影響，但散熱器系統(tǒng)阻力變化很大，這就會(huì)導(dǎo)致地暖和散熱器系統(tǒng)的阻力不平衡，可能會(huì)出現(xiàn)一部分散熱器不熱的情況。故，應(yīng)先對(duì)采暖末端進(jìn)行改造，才能保證“煤改電”后的供暖效果。

2.2機(jī)組性能曲線與熱負(fù)荷分析

在“煤改電”項(xiàng)目選用設(shè)備時(shí)，應(yīng)結(jié)合項(xiàng)目地點(diǎn)的室外設(shè)計(jì)采暖干球溫度及空氣源熱泵的運(yùn)行曲線，在空氣源熱泵制熱量進(jìn)行修正后再進(jìn)行設(shè)備選取，避免機(jī)組的制熱量不滿足熱負(fù)荷的需要。以某品牌額定制熱量140kW的機(jī)組為例，在室外干球溫度為7℃時(shí)，其額定制熱量為140kW，但當(dāng)室外干球溫度為-12℃時(shí)，其名義制熱量為100kW。因此，在機(jī)組選型時(shí)，應(yīng)當(dāng)充分考慮室外環(huán)境及不同品牌的空氣源熱泵的運(yùn)行曲線。

除此之外，還要注意采暖濕球溫度對(duì)機(jī)組化霜的影響，根據(jù)文獻(xiàn)[6]中的描述，相對(duì)濕度對(duì)空氣源熱泵的結(jié)霜會(huì)產(chǎn)生影響。相對(duì)濕度與機(jī)組結(jié)霜量成正相關(guān)關(guān)系，相對(duì)濕度越大，機(jī)組結(jié)霜量越大。隨著機(jī)組進(jìn)水水溫升高，機(jī)組蒸發(fā)壓力和冷凝壓力升高，機(jī)組換熱量下降，從而導(dǎo)致傳質(zhì)量下降，機(jī)組結(jié)霜量下降。

2.3設(shè)備安裝

根據(jù)《聲環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》GB3096-2008中的規(guī)定，1類聲環(huán)境功能區(qū)指以居民住宅，醫(yī)療衛(wèi)生、文化教育、科研設(shè)計(jì)、行政辦公為主要供能需要保持安靜的區(qū)域。“煤改電”項(xiàng)目多用于學(xué)校、辦公及衛(wèi)生院等場(chǎng)所，按此分類，晝間噪聲限值為55dB（A），夜間噪聲限值為45dB（A）。以某品牌額定制熱量為140KW的空氣源熱泵機(jī)組為例，其噪音值大約在68-72dB（A）之間，所以空氣源熱泵機(jī)組在布置時(shí)應(yīng)注意與居民樓或辦公樓的間距，避免居民投訴。

空氣源熱泵的間距還要考慮是否有足夠的空氣流量，設(shè)備基礎(chǔ)的高度應(yīng)根據(jù)項(xiàng)目地點(diǎn)的氣象資料確定，基座的高度應(yīng)高于所在區(qū)域最大降雪高度200mm以上，還需要定期除雪、除冰，以保證機(jī)組正常運(yùn)行。

另外，空氣源熱泵若布置在屋面上，應(yīng)復(fù)核屋面結(jié)構(gòu)承重。若機(jī)組布置在室外，在化霜時(shí)排出的冷凝水容易結(jié)冰，因此特別為保證人員安全，學(xué)校、衛(wèi)生院等場(chǎng)所，最好設(shè)置排水溝將凝結(jié)水集中排放。

3、結(jié)論

結(jié)合相關(guān)項(xiàng)目實(shí)際及理論探討，對(duì)于“煤改電”項(xiàng)目，應(yīng)注意改造的外部條件如電力增容是否具備，還需對(duì)項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)的建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)、供暖管

網(wǎng)及末端進(jìn)行詳細(xì)調(diào)研，并結(jié)合影響空氣源供熱量的各因素優(yōu)化設(shè)備選型，為空氣源熱泵機(jī)組找到安全的布置位置減少噪音污染。通過以上分析保證“煤改電”項(xiàng)目的順利實(shí)施。

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