趙縣，是空氣源熱泵用于整個(gè)城市集中供熱的開(kāi)創(chuàng )性工程，是全國、也可能是全球最大的空氣源熱泵集中采暖項目!

 

      趙縣整個(gè)縣城主城區，每隔幾公里，便有一座由幾十臺空氣源熱泵整齊排列而成的宏大設備群，類(lèi)似這樣的區域能源站，供熱量少則200kW，大的近20000kW，目前總共建成了44座，散布在縣城的各個(gè)角落，彰顯著(zhù)這座城市的不同。

 

 

      本文章將完整復盤(pán)趙縣大型空氣源熱泵集中供暖項目的整個(gè)歷程。

 

      一、打造 “趙縣模式”，推動(dòng)行業(yè)跨越向區域集中領(lǐng)域

 

      長(cháng)期以來(lái)，空氣源熱泵以靈活、穩定、節能、環(huán)保等特點(diǎn)，廣泛應用在集中供熱覆蓋不及的分布式供暖中，使用效果得到了廣泛驗證。但是像趙縣這樣，完全替代熱電聯(lián)產(chǎn)、區域鍋爐房等集中供熱形式，應用在整個(gè)城市，尚算頭一遭，是獨一無(wú)二的“趙縣模式”。

 

 

      1.1 供暖范圍大

 

項目服務(wù)整個(gè)趙縣城區，供熱范圍內建筑總面積407萬(wàn)㎡，總供熱能力達到了139680kW。

 

      1.2 分布式集中供暖，應用靈活

 

趙縣原本由兩個(gè)熱電廠(chǎng)集中供熱，現在由44座區域能源站提供分布式集中供暖，大大縮短了供熱半徑。

 

      1.3 單個(gè)區域能源站規模大

 

44座能源站中，規模最大的白云天州站供熱面積達到了648461㎡，供熱能力18720kW。

 

      1.4 無(wú)人值守、自動(dòng)管理

 

搭載智能控制系統和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，可以在PC和移動(dòng)端實(shí)現遠程查看、開(kāi)關(guān)、調整參數的自動(dòng)管理效果。

 

      1.5 運行成本低、節能效益高

 

截止2020年3月15日24時(shí)，采暖時(shí)長(cháng)4個(gè)月，采暖季費用約13.23元/㎡，比同期燃氣鍋爐采暖省51%。

 

      二、方案定檔歷程回顧，歷史性工程奠基

 

      趙縣城區供熱范圍內建筑總面積407萬(wàn)㎡，原依靠利民熱電廠(chǎng)、趙縣熱電廠(chǎng)產(chǎn)生的高溫蒸汽作為熱源，由于設備老化、小馬拉大車(chē)、供熱事故頻發(fā)等嚴重問(wèn)題，難以滿(mǎn)足趙縣日益增長(cháng)的供熱需求。

 

      2018 年 10 月 26 日，趙縣中機國能熱源供熱有限公司成立，結合趙縣城鎮發(fā)展規劃，為趙縣制定了清潔能源供熱解決方案，拋棄傳統燃煤鍋爐等高耗能高污染供熱模式，經(jīng)過(guò) 2018-2019 采暖季運行及調研，最終決定采用空氣源熱泵作為清潔供熱方式。

 

      該項目供暖末端建筑面積407萬(wàn)㎡，末端形式為暖氣片+地暖。

 

      根據2018-2019采暖季運行資料，對供熱項目改造方案確定提供了有利支撐，本項目涉及工程范圍：熱源站的重新分布，老舊管網(wǎng)的合理改造、電力配套等，總投資見(jiàn)表3-1：

 

表3-1

 

      三、44座區域能源站拔地而起，支脈管網(wǎng)遍及全城

 

      方案定檔之后，建設工作隨即跟上，根據方案設計，改建44座熱源站，其中居民供熱站36座。

 

      匯總2019-2020年冬季36座居民熱源站實(shí)際覆蓋的供熱區域、總建筑面積、熱源設備標牌總耗電功率及總供熱能力等見(jiàn)表4-1：

 

表4-1

 

      為匹配末端用戶(hù)冬季取暖用熱需求，對原有管網(wǎng)進(jìn)行改造：

 

 

3.1 整體管網(wǎng)形式為支狀管網(wǎng)，呈樹(shù)枝狀布置，布置簡(jiǎn)單，基建投資少，運行管理方便。

 

3.2 熱網(wǎng)鋪設方式有地下直埋式和地上架空式兩種，兩種各占50%，無(wú)地溝敷設形式。

 

3.3 管網(wǎng)供熱半徑保持在2公里以?xún)?，大部分?公里以?xún)取?/section>

 

      供熱半徑指的是從熱源到最遠熱用戶(hù)的管道長(cháng)度，一般熱電廠(chǎng)供熱半徑可以達到20公里以上，長(cháng)途輸送的熱量損失極其嚴重，還會(huì )帶來(lái)冷凝水回收等一系列問(wèn)題。

 

      空氣源熱泵區域能源站布置靠近用戶(hù)端，通過(guò)降低供熱半徑，大大降低了熱量損失，熱源站供熱半徑統計表如下：

 

表4-3

 

      四、設計方法集大成，八大角度透析案例

 

      4.1大回風(fēng)面積比

 

通過(guò)對設備及風(fēng)道優(yōu)化設計，增大回風(fēng)面積比，有效降低局部空氣死循環(huán)情況的發(fā)生，實(shí)現機組高效運行。

 

      4.2  串并聯(lián)加熱技術(shù)

 

項目采用串聯(lián)二級加熱形式，根據供暖季的負荷變化情況，還可以實(shí)現一、二級模式切換。充分匹配管網(wǎng)實(shí)際情況，降低系統運行能耗。

 

      4.3 節能控制技術(shù)

 

智能模塊化控制，實(shí)現按需分配。當末端負荷變化時(shí)，調節機群?jiǎn)?dòng)百分比，降低機群運行能耗;同時(shí)單臺機組可以根據末端負荷變化自動(dòng)卸載和加載。

 

      4.4超低溫噴氣增焓

 

機組采用高效噴氣增焓壓縮機，適應當地寒冷氣候下高壓縮比和高壓差工況，低溫條件下制熱能力衰減系數小，運行能效高?？煽刂瓢踩呐艢鉁囟?，穩定性好。

 

      4.5 AI智能除霜技術(shù)

 

采用高效四通閥、換熱器材料優(yōu)化、智能判定邏輯等技術(shù)，解決冬季化霜封堵死機問(wèn)題，減少結霜概率，把握除霜時(shí)機。

 

      4.6 群控自動(dòng)管理技術(shù)

 

搭載智能控制系統和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，將現場(chǎng)的水溫、機組運行狀態(tài)等呈現在PC和移動(dòng)端，實(shí)現強大的遠程查看、控制、調節的自動(dòng)管理效果。

 

      4.7 最佳性能組合

 

根據趙縣環(huán)境溫度分布特點(diǎn)、針對性的調整空氣源熱泵能效，將空氣源熱泵的效率發(fā)揮到最大。

 

      4.8 冷凝水集中排放

 

各熱源站站點(diǎn)冷凝水集中排放設計，并配備電伴熱防凍，保證冷凝水冬季不結冰，排放不會(huì )對居民生活造成困擾。

 

      五、首戰大捷，采暖費13.23元/㎡，經(jīng)濟效益喜人

 

      項目于2019年11月開(kāi)始交付并投入使用，一整個(gè)采暖季的平穩運行過(guò)后，對全縣36所熱源站對應的73個(gè)供熱區域進(jìn)行了實(shí)地調查，收回問(wèn)卷數量為356份，均為有效答卷。問(wèn)卷調查覆蓋了趙縣全縣范圍。

 

在所有調研熱用戶(hù)中，大部分熱用戶(hù)家中室溫保持在18℃-22℃，既滿(mǎn)足了熱用戶(hù)要求，又沒(méi)有浪費能源。對本采暖季室溫統計如下表：

 

表6-1

 

      截止2020年3月15日24時(shí)，采暖時(shí)長(cháng)4個(gè)月，空氣源供熱系統總用電量為100372522度電，實(shí)際繳納電費4300萬(wàn)元，采暖季耗用電費約13.23元/㎡，詳見(jiàn)表6-2，初年便取得了喜人的成果。

 

表6-2

 

      其中部分站點(diǎn)由于電網(wǎng)不能就位等因素，采用燃氣鍋爐作為熱源，每個(gè)采暖季燃氣費用約 27.27 元/㎡，詳見(jiàn)表6-3。在河北地區采暖季時(shí)天然氣的供應非常緊張，且運行穩定性較低。

 

表6-3

 

      對比分析可知：采用空氣源熱泵供熱相比天然氣鍋爐供熱節省成本51%，每個(gè)采暖季可節約運行費用5714萬(wàn)元，取得經(jīng)濟效益十分驚人。

 

      六、先進(jìn)經(jīng)驗總結，深遠潛力待挖掘

 

      6.1 末端熱水二次梯級利用

 

由于2019年至2020采暖季需要按時(shí)供熱，施工周期比較緊張，大面積的暖氣片和地暖用戶(hù)采用了同一管網(wǎng)并聯(lián)使用，導致部分用戶(hù)家里溫度過(guò)高，浪費了一部分熱量。

 

改進(jìn)措施：將部分采用暖氣片回水及供回水混合后作為地暖供水。

 

 

      6.2 二次換熱改為一次直供

 

目前城區還有少部分站點(diǎn)采用的是二次換熱方式，強制提高空氣源熱泵的供水溫度，降低空氣源熱泵的效率，從而增加運行費用。

 

改造措施：將部分不匹配站點(diǎn)供熱形式由二次換熱改為一次直供。

 

 

      6.3 運行方式實(shí)現不停機降耗運行

 

在空氣源熱泵的供熱工作中，部分設備停機時(shí)，空氣源熱泵的冷凝器會(huì )散失一部分熱量，往往都是通過(guò)關(guān)閉膨脹閥、或者進(jìn)出水口做二通閥實(shí)現變流量設計等來(lái)緩解此問(wèn)題。

 

改進(jìn)措施：對空氣源熱泵的蒸發(fā)器和風(fēng)機進(jìn)行優(yōu)化設計，配合串并聯(lián)的優(yōu)化系統設計，實(shí)現空氣源熱泵的冷凝器零熱損來(lái)降低耗能。

 

 

      6.4 模塊自動(dòng)調溫設定

 

在整個(gè)采暖季期間、末端負荷是隨著(zhù)環(huán)境溫度而變化，通常在運營(yíng)期間會(huì )在環(huán)境溫度發(fā)生比較明顯變化的情況下調節供水溫度，存在嚴重滯后性。

 

改進(jìn)措施：針對此項目進(jìn)行一個(gè)采暖季的數據統計，設計一款適合本項目的溫度補償器，即根據環(huán)境溫度自動(dòng)調溫系統在滿(mǎn)足供熱需求的情況下高效節能。

 

 

      6.5 盡量降低管網(wǎng)輸送距離

 

針對空氣源熱泵熱源站的選址影響因素較多，而部分熱源站距離末端用戶(hù)較遠，熱水輸送過(guò)程的熱損失較大。

 

改進(jìn)措施：針具實(shí)際情況規劃熱源站位置，比如在樓頂采用更小型的設備供熱，這樣震動(dòng)和風(fēng)噪上都能在一個(gè)合理的接受范圍，同時(shí)管網(wǎng)的熱損較低。

 

 

      6.6 跑冒滴漏”問(wèn)題排查

 

供熱系統中“跑冒滴漏”問(wèn)題，甚至還存在小部分用戶(hù)不正確的“偷水、漏水”等行為。在整個(gè)運營(yíng)期間由于有老舊供熱系統，跑冒滴漏嚴重，補水量達到了139238噸。

 

改進(jìn)措施：在運營(yíng)前對整個(gè)供熱系統管網(wǎng)、末端進(jìn)行檢查，運營(yíng)過(guò)程中加強維護管理。

 

 

      七、用戶(hù)真實(shí)體驗，比數據更動(dòng)人

 

      隨機采訪(fǎng)當地居民，詢(xún)問(wèn)空氣源熱泵采暖感覺(jué)有何不同。受訪(fǎng)用戶(hù)話(huà)一開(kāi)閘便像竹筒倒豆子一樣表達支持：

 

      “以前用的集中供暖不穩定，有的時(shí)候熱得燥，有的時(shí)候卻根本不熱，使用效果不穩定，現在室溫基本沒(méi)有波動(dòng)，常年非常暖和;去年冬天，明顯的感覺(jué)到霧霾天少了，天更藍了，灰塵也更少了。車(chē)站附近的那家賓館，有紐恩泰的技術(shù)人員長(cháng)期值守，有了問(wèn)題隨時(shí)過(guò)去處理，我們當地人都知道，心里很踏實(shí)。”

 

 

      好的產(chǎn)品和技術(shù)，不一定是要顛覆人們的生活，冬天更暖和一點(diǎn)，天更藍一點(diǎn)，心更踏實(shí)一點(diǎn)，也就夠了。

 

      空氣源熱泵城鎮集中供暖，獲得了行業(yè)前所未有的關(guān)注，“趙縣模式”究竟算不算成功?成功經(jīng)驗能不能復制?

 

      八、政府與專(zhuān)家評議先進(jìn)性，推廣“前哨”穩固成“橋頭堡”

 

      月前，河北省趙縣主城區空氣源熱泵分布式集中供暖項目”評議會(huì )在河北趙縣隆重召開(kāi)！

 

會(huì )議成立的專(zhuān)家評議組，通過(guò)了解項目的背景、技術(shù)指標、運行狀況、經(jīng)濟和社會(huì )效益等內容，結合現場(chǎng)實(shí)地考察，通過(guò)質(zhì)詢(xún)研討，一致認為：該項目是目前空氣源熱泵國內供熱面積最大的示范項目，綜合指標達到國內領(lǐng)先水平。

 

 

      如果說(shuō)“趙縣模式”的開(kāi)創(chuàng )，是空氣源熱泵推向城鎮供暖的“前哨”，那么經(jīng)過(guò)了一個(gè)采暖季良好使用效果，經(jīng)過(guò)了政府工作人員和領(lǐng)域專(zhuān)家的一致認可之后，“前哨”最終穩固成為一座“橋頭堡”。