空氣能 發(fā)布日期：2023-08-19 閱讀次數：530
（廣東紐恩泰新能源科技發(fā)展有限公司，廣州市，增城經(jīng)濟技術(shù)開(kāi)發(fā)區 511300）
Application of Air Source Heat Pumps in Large Scale Central Heating Project of Zhao County
Zhao Mishen,Li JianGuo,Wang HuPing, Zhang Yong, Liu ZhenLe, Zhong Hui An, Xu ZiChao, Su Yun
(GUANGDONG NEW ENERGY TECHNOLOGY DEVELOPMENT CO., LTD, No. 125,CHUANGYOU ROAD ,ZENGCHEN, GUANGZHOU,511300)
Abstract: Before 2019, Zhao county in Hebei province had used the coal burning power plants as the heating sources for the total construction areas of 4.07 millions square meters in winter. In 2019, 1200 units of air source heat pump of NERS-G60KD from NEW ENERGY have been used as heating sources to replace the coal burning power plants for the heating of 3.85million square meters construction areas of the county town by SINO HEATING Co., Ltd. After the heating season of 2019-2020 (total 120days) operations of the heat pumps, the average room temperatures of the houses are 20℃to 22℃. The average cost with heat pump is 13.23CNY per square meter in the heating season, compared with heating cost 27.27CNY per square meters with gas boilers as heating sources of 220k square meters construction areas in the same town, it saved the operation cost by 106%. The successful application of the air source heat pumps in the large scale central heating projects in the north of China will have huge benefits of energy saving and environmental protection. It also has very important strategical significance for the air pollution prevention, application of renewable energy resources and the replace of the fossil energy.
Key words: air source heat pump, central heating, low ambient temperatures
摘要：河北趙縣主城區在2019年以前采用燃煤電廠(chǎng)集中供暖，總計407萬(wàn)平方米采暖面積。中機國能熱源供熱有限公司采用紐恩泰低環(huán)境溫度空氣源熱泵機組NERS-G60KD總計1200臺作為熱源實(shí)施了趙縣主城區清潔能源改造。經(jīng)過(guò)2019年-2020年采暖季運行（總計120天），采暖區域房間平均溫度在20℃至22℃，采用空氣源熱泵機組供熱，一個(gè)采暖季運行費用平均為每平方米13.23元，與燃氣鍋爐采暖（22萬(wàn)平方米采暖）平均運行費用每平方米27.27元相比，節省106%?？諝庠礋岜迷诜植际郊胁膳椖恐械某晒镁哂芯薮蟮墓澞墉h(huán)保效益，對于大氣污染的防治、可再生能源利用以及化石能源的替代具有重要的戰略意義。
關(guān)鍵詞：空氣源熱泵，集中采暖，低環(huán)境溫度
趙縣位于華北平原中南部，距省會(huì )石家莊市區30公里，是全國首批“千年古縣”和河北省歷史文化名城、河北省文明縣城、河北省園林縣城。趙縣縣城集中供暖總供暖面積407萬(wàn)平方米。原供暖熱源為燃煤熱電廠(chǎng)供暖，環(huán)境污染嚴重，能效低下。2018年10月26日，趙縣中機國能熱源供熱有限公司揭牌，趙縣供熱方式正式邁入新階段。國能熱源從趙縣實(shí)際出發(fā)，結合趙縣城鎮發(fā)展規劃，為趙縣制定了清潔能源近、中、遠期供熱解決方案。國能熱源根據當前供熱市場(chǎng)現狀，從燃氣鍋爐、電鍋爐、地源熱泵、空氣源熱泵等多種熱源改造方案中，通過(guò)全國范圍內供熱改造項目的實(shí)地考察、專(zhuān)家論證，及多方征求意見(jiàn)，選取了空氣源熱泵作為熱源的方向；經(jīng)過(guò)十多家優(yōu)秀的空氣源熱泵廠(chǎng)家激烈競爭，綜合考慮產(chǎn)品技術(shù)優(yōu)勢、廠(chǎng)家實(shí)力、生產(chǎn)能力等因素，最終選擇節能、高效、環(huán)保的紐恩泰空氣源熱泵作為熱源，對趙縣項目進(jìn)行節能改造。
該項目位于趙縣縣城，供暖末端建筑面積407萬(wàn)㎡(其中385萬(wàn)平方米采暖面積采用空氣源熱泵作為熱源，22萬(wàn)平方米采暖面積采用燃氣鍋爐作為熱源）；末端形式為暖氣片以及地暖，根據2018-2019采暖季運行資料，對供熱項目改造提供了有利支撐；在熱源布置上為了避免鋪設管網(wǎng)工程量大，建設周期長(cháng)等缺點(diǎn)，將整個(gè)方案設計為使用分布式空氣源站為主多點(diǎn)方式進(jìn)行供熱，設計熱源站數量42座。 該項目涉及工程范圍，熱源站的重新分布，老舊管網(wǎng)的合理改造、電力配套等。
項目站點(diǎn)數量眾多，設計熱源站數量42座，需要同時(shí)考慮機組運行效果、站點(diǎn)周?chē)h(huán)境影響等因素，工作難度極大；通過(guò)三維衛星圖，對各站點(diǎn)初步規劃位置，選出多個(gè)備選安裝地，結合實(shí)地勘察、可行性討論研究，最終確定各站點(diǎn)安裝位置。需要綜合考慮噪音、占地、運行效果、遮陽(yáng)、輸送距離等因素。
在空氣源熱泵大型集中采暖項目中，冷島效應一直是困擾行業(yè)的一大難題。機組的布置和空氣循環(huán)的優(yōu)化是克服大型空氣源熱泵集中采暖冷島效應的關(guān)鍵。紐恩泰技術(shù)團隊根據對站點(diǎn)機組負荷、進(jìn)風(fēng)量等因素的精準計算，通過(guò)模型校核，針對各站點(diǎn)不同情況，分別制定出不同方案。針對不同站點(diǎn)，通過(guò)衛星地圖和場(chǎng)地分析研究，設計了優(yōu)化的機組布置方案。
森都站點(diǎn)機組安裝平臺架高9米，建設方式：做混凝土基礎，支架下部無(wú)設施。 建設位置：上圖三角地，設備臺數：115臺。
廣場(chǎng)首府站點(diǎn)機組安裝平臺架高8米，建設方式：混凝土做基礎，基礎下建設變電站，設備臺數：110臺。
鎮中站建設方式：食堂房頂直鋪，設備臺數：44臺。
對于居民小區附近的站點(diǎn)，設置隔音屏障，降低噪聲影響，隔音墻為百葉孔型鋁板，板材厚度：1.2mm，成品厚度：8cm，隔音墻寬度：40cm。表面處理：高壓靜電噴涂，降 噪 效 果：隔聲量≥30db，降噪量≥0.7。
空氣源熱泵機組隔振加裝空氣彈簧減振器，此外，在管道隔振管道入口出口處加雙球軟連接。
針對縣城有老舊小區、新建小區、公建商戶(hù)、城鎮村等等，供暖需求、保溫情況、末端形式、管網(wǎng)等等都不一樣，在復雜的現場(chǎng)環(huán)境中如何精準的分片區供暖，實(shí)現性?xún)r(jià)比高的改造成為前期復雜工作的重點(diǎn)內容、這對后期的運營(yíng)狀態(tài)有著(zhù)關(guān)鍵的影響。
廣泛存在于地球大氣層內的空氣中，蘊藏著(zhù)巨量的低品位空氣熱能，采用熱泵技術(shù)可以對這些以往無(wú)法利用的空氣熱能加以利用，熱泵系統的蒸發(fā)器有著(zhù)比環(huán)境溫度更低的溫度，可以吸收空氣中的熱量并通過(guò)壓縮機做功提升其溫度供人們使用，是低品位空氣熱能最高效率的使用方式。例如在20℃環(huán)境制取55℃熱水時(shí)，能效比可以高達400%以上?？諝庠礋岜檬峭ㄟ^(guò)逆卡諾循環(huán)將空氣源的低品位熱能轉化為生活熱水、采暖熱水和工業(yè)熱水。這種廣泛存在于空氣中的低品位熱能都是來(lái)自于太陽(yáng)輻射和自然界的熱能耗散形成的可再生能源，通過(guò)熱泵技術(shù)轉化成高溫熱水可以取代燃煤（油，氣）熱水鍋爐和電熱水鍋爐。
紐恩泰空氣源熱泵機組選用R410A作為機組制冷劑，R410A是一種新型環(huán)保制冷劑，具有穩定，無(wú)毒，性能優(yōu)越等特點(diǎn)，同時(shí)熱泵在運行中二氧化碳的排放量是零，不會(huì )破壞臭氧層。與其他供熱方式相比，環(huán)保及安全性能對比如下：
紐恩泰空氣源熱泵機組為了提升低環(huán)境溫度條件下機組的制熱能力和效率，采用了渦旋噴氣增焓壓縮機，可以在-30℃環(huán)境溫度以上可靠運行，不需要輔助電加熱。使機組的適用范圍更廣，可廣泛應用于我國北方地區采暖及生活熱水；相對于常規的熱泵，噴氣增焓技術(shù)在低環(huán)境溫度條件下提升機組制熱能力達20%以上，即使在-20°C環(huán)境溫度以下，機組的能效比COP也可達到2.0以上。紐恩泰采用高效換熱器技術(shù)和系統優(yōu)化，在低環(huán)境溫度條件下，可以保證機組具有高效率。
根據趙縣縣城2019年-2020年采暖季環(huán)境溫度統計，紐恩泰低環(huán)境溫度空氣源熱泵機組G60KD在整個(gè)采暖季的加權能效系數COP接近3.0。
空氣源熱泵在采暖制熱工況時(shí)，風(fēng)機頂部排出的是冷風(fēng)，由于比重的關(guān)系冷空氣會(huì )自然下垂，為了保證機組進(jìn)風(fēng)側有足夠的新風(fēng)進(jìn)入，機組之間要保持足夠的間距，機組的安裝平臺要架高，讓機組產(chǎn)生的冷風(fēng)下沉。趙縣各站點(diǎn)采用架高機組安裝平臺，保持機組足夠的間距，盡可能采用長(cháng)方形機組布局，很好地解決了冷島效應問(wèn)題。機組進(jìn)風(fēng)側與環(huán)境溫度的溫差不超過(guò)3℃。
市場(chǎng)上普遍存在的系統形式為一級加熱（并聯(lián)），對系統水流量要求大，而相對一些熱源改造工程，原末端管網(wǎng)管徑較小，采用一級加熱，水泵流量極大，也增加水泵功耗。而采用二級加熱的系統形式（串聯(lián)），在滿(mǎn)足負荷需求的同時(shí)，可以解決管路管徑問(wèn)題（高溫差小管徑等）。串聯(lián)運行不僅可以提高熱泵的整體運行效率，還可以減少水泵的功耗，達到更加經(jīng)濟的運行和節能環(huán)保。
采用二級加熱系統符合空氣源熱泵城鎮供暖管網(wǎng)改造需求，降低初期管網(wǎng)改造投資成本，而保證很好的供暖效果。在整個(gè)供暖季的不同負荷變化的情況下，一二級切換的模塊更能有效降低系統運行費用。
智能控制系統實(shí)現把現場(chǎng)的水溫、熱泵機組運行狀態(tài)，呈現在電腦和手機，同時(shí)也可以調整現場(chǎng)參數、遠程開(kāi)關(guān)操作。系統利用GPRS無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)，依托物聯(lián)網(wǎng)云當前流行技術(shù)，不限距離遠程自動(dòng)聯(lián)網(wǎng)，用戶(hù)和工程建設無(wú)需掌握相關(guān)網(wǎng)絡(luò )知識，打開(kāi)電腦瀏覽器或手機微信即可使用。系統直接效益：故障快速響應、降低維護成本、提高節能效果。
智能模塊化控制，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。
紐恩泰G60KD機組采用公司具有的的核心專(zhuān)利技術(shù)AI智能化霜技術(shù)，實(shí)現了機組智能化霜，確保機組在低溫環(huán)境條件下性能穩定可靠。
在趙縣項目中，紐恩泰技術(shù)團隊從設計階段開(kāi)始，對冷凝水嚴格要求集中排放，并設計電伴熱防凍，保證運行效果。為北方地區空氣源熱泵集中采暖項目化霜水的排放建立了一個(gè)樣板工程。
通過(guò)用戶(hù)室內現場(chǎng)實(shí)測，各站點(diǎn)用戶(hù)平均室內溫度達到20-22℃，部分小區采暖效果可達到25-28℃。用戶(hù)非常滿(mǎn)意。
趙縣供暖改造項目，改造供熱站點(diǎn)總共覆蓋采暖建筑面積407萬(wàn)平方米，其中385萬(wàn)平方米采用空氣源熱泵作為熱源方式，投入空氣源熱泵機組型號為NERS-G60KD的設備1200臺。截止2020年3月15日24時(shí)，空氣源供熱系統總用電量為100372522度電，用水139238噸，空氣源熱泵供熱系統覆蓋建筑面積約為385萬(wàn)平左右，覆蓋范圍內的入住率約為84.4％，一期供熱面積約325萬(wàn)㎡，一個(gè)采暖季每平方耗電量約為30.88度電
采暖期為4個(gè)月，電價(jià)（清潔采暖政府補貼價(jià)）計算：實(shí)行峰谷電價(jià)。實(shí)際繳納電費4300萬(wàn)元（部分費用未執行峰谷電價(jià)政策）。面積為325萬(wàn)㎡，采用空氣源熱泵供熱一個(gè)采暖季約13.23元/㎡。
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，覆蓋建筑面積約為22萬(wàn)平方米左右。截止2020年3月15日24時(shí)，實(shí)際繳納運行費用600萬(wàn)元，采用燃氣鍋爐供熱區域，一個(gè)采暖季費用約27.27元/㎡。在河北地區采暖季，天然氣的供應非常緊張，且運行穩定較低。
對比分析可知：供熱面積325萬(wàn)㎡，采用空氣源熱泵供熱每個(gè)采暖季費用為：4300萬(wàn)（合計每平方采暖費約13.23元/㎡）；供熱面積22萬(wàn)㎡，采用天然氣鍋爐供熱采暖季費用為：,600萬(wàn)（合計每平方采暖費約27.27元/㎡）。
趙縣縣城供暖改造項目是我國目前最大的空氣源熱泵集中采暖項目，采用空氣源熱泵作為熱源，節能效果顯著(zhù)，從2019年-2020年趙縣一個(gè)采暖季，空氣源熱泵熱源的運行成本為每平方米13.23元，比相同條件下的燃氣鍋爐采暖成本每平米27.27元低106%，空氣源熱泵集中采暖具有巨大的節能環(huán)保社會(huì )效益。
紐恩泰開(kāi)發(fā)的低環(huán)境溫度空氣源熱泵機組具有多項核心關(guān)鍵技術(shù)，具體包括：
1）高效噴氣增焓技術(shù)；
2）智能化霜技術(shù)；
3）空氣循環(huán)優(yōu)化技術(shù)；
4）節能控制技術(shù)及互聯(lián)網(wǎng)遠程監控技術(shù)；
5）減震降噪技術(shù)；
6）機組串并聯(lián)加熱技術(shù)；
7）化霜水集中排放等技術(shù)。通過(guò)趙縣項目的驗證，這些技術(shù)是可靠的。
趙縣縣城供暖改造項目涉及到暖氣片老舊管網(wǎng)和新建小區地暖管網(wǎng)等復雜的管網(wǎng)系統，能效還有提升空間，比如暖氣片管網(wǎng)的回水作為地暖的供水，或者是暖氣片回水和供回水混合后作為地暖供水；老舊管網(wǎng)中的二次換熱改為一次直供，以及機組運行優(yōu)化等措施，都可以進(jìn)一步提升項目的能效，降低運行費用。
在我國北方城鎮大面積推廣空氣源熱泵集中采暖將帶來(lái)巨大的節能環(huán)保效益，對于我國空氣污染的防治、可再生能源的利用以及化石能源的替代具有重要的戰略意義。
