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【聚焦二】空气源热泵采暖之真伪节能

前言:

2011年4年,《空气源热泵(太阳能)与低温热水地暖组合建筑采暖系统的节能研究》课题,顺利通过了住房和城乡建设部建筑节能与科技司的立项评审,随后被中华人民共和国住房和城乡建设部批准立项。2011年3月至9月,该课题课题组会同有关单位于分别在北京、青岛、秦皇岛等地以办公楼、别墅、经济适用房、新农村改造项目为样板工程共施工了5到7个单体项目,作为该课题的测试基地。截至到2011年10月,上海安贞暖通设备工程有限公司位于北京的“鸿博家园”经济适用房项目,北京旺安佳智能采暖有限公司位于北京地区新农村的旧房改造项目,大金(中国)投资有限公司北京地区的别墅项目,青岛阿尔普尔新能源科技股份有限责任公司位于山东青岛、山东烟台、河南郑州的新农村住宅项目,秦皇岛日泰新型管材有限公司位于秦皇岛的新建办公楼项目被确定为该课题的测试基地。2011年11月15日,北方地区正式进入供暖季,几家企业的测试基地的“空气源热泵(太阳能)与地暖组合系统”全部开始实际运行,该课题的研究工作也进入“测试数据分析”阶段。2012年3月,随着2011-2012年供暖季的结束,该课题的“测试和数据分析”工作已经基本完毕。

据了解,该课题立项的主要目的就是“通过工程实例的测试,取得完整的数据,计算出组合系统在寒冷、夏热冬冷地区的节能减排效果,并与传统采暖方式和热水系统进行比较,分析出单位建筑面积节能减排效果”。在该课题的测试阶段,为数不少的空气源热泵厂家以及暖通空调行业人士对这一课题提出了质疑,纷纷认为由于空气源热泵在北方寒冷地区的低温环境下的结霜问题得不到有效解决,在这种工况下空气源热泵节能的意义不复存在。

那么,“空气源热泵(太阳能)采暖”到底是个伪命题还是这套系统真具有节能减排效果呢?随着《空气源热泵(太阳能)与低温热水地暖组合建筑采暖系统的节能研究》课题“测试和数据分析”工作的基本完成,“空气源热泵采暖之真伪节能”的答案终于水落石出。2012年3月,《地暖》杂志为您详尽解读,但是本月《地暖》杂志不邀请任何一位专家、学者、大师,而是通过采访该课题测试基地的相关负责人以及有关业主,用2011-2012供暖季的实测数据和事实,从另一个视角为读者解答空气源热泵采暖之真伪节能。

秦皇岛日泰新建办公楼测试基地项目分析

1.项目概况

日泰管业测试基地位于秦皇岛北部工业园区内的秦皇岛日泰新型管材有限公司厂区内。建筑层数为地上四层,地下一层,建筑高度为14.55米(不含屋顶面层厚度)。地下一层为循环水池,首层为水泵房,二层为食堂,三、四层为办公区。该项目的总建筑面积为1978.08㎡,其中室内供暖总面积约为1500㎡,二、三、四楼的供暖面积大体相当,分别约为415㎡。该项目的墙体采用页岩空心砖+QCB酚醛板材料,外墙厚度为270mm(页岩空心砖+QCB酚醛板),外墙传热系数为0.51W/(㎡·K)。屋面采用钢筋混凝土+挤塑板材料,屋面的厚度为200mm(钢筋混凝土+挤塑板材料),屋面传热系数为0.35 W/(㎡·K)。窗采用80系列塑钢窗,窗采用的玻璃均为中空玻璃。

2.气候条件

日泰管业测试基地位于秦皇岛北部工业园区,该工业园区经纬位置大概在东经118°33ˊ~119°51ˊ,北纬39°24ˊ~40°37ˊ之间,居燕山脚下,临渤海之滨,属暖温带半湿润大陆性季风气候,四季分明,冬无严寒,夏无酷暑,空气相对湿度为62%。相关资料显示,2012年秦皇岛北部最低气温为在-20℃~-18℃之间,1月平均气温为-7℃。

3.系统配置
日泰管业测试基地新建综合楼共四层,其中一楼为水泵房不做采暖,冬季水泵机组在运行情况下室内温度能达到10℃-15℃左右。二楼为餐厅,建筑面积为488.8㎡.系统采用2台大金的冷暖两用型空气源热泵产品作为冷热源,主机型号为NHBA160AV2C,6HP系列,制冷量为13.1KW,制热量为16KW,制冷时的输出功率为3.96KW,制热时的输出功率为3.39KW,辅助电加热功率为3KW,出水温度为5℃-55℃。该产品以空气源热泵作为冷热源,冬季与低温热水地面辐射供暖结合用于采暖,夏季与风机盘管结合组成户式中央空调进行制冷。二层的采暖末端采用传统的日泰80地暖,管材选用外径20mm的日泰PE-Xa和PE-RT地暖管,管材间距为200mm,该末端采用厚度为20mm聚苯乙烯泡沫塑料板为绝热层,回填层为C15的豆石混凝土,末端的整体厚度为80mm-100mm,面层材料为10mm左右厚的面砖。系统共设4套分集水器,每套大金空气源热泵机组与2套分集水器配合联合供暖,即每台机组可满足约240㎡的供暖面积。
三层为员工宿舍,建筑面积为488.8㎡,系统采用4台(3台即可满足设计要求,为保障效果,厂家保守设计4台)青岛阿尔普尔的A5系列二联冷暖两用型空气源热泵产品作为冷热源,室外机主机型号为APR-170/50, 5HP,额定制冷量12 KW,额定制热量14KW,制冷输出功率4.1KW,制热输出功率4.1KW,无辅助电加热系统,出水温度48℃-50℃。该系统以低温热水地面辐射供暖方式为采暖末端,以风机盘管结合的户式中央空调为制冷末端。三层的采暖末端采用传统的日泰80地暖,管材选用外径20mm的日泰PE-Xa和PE-RT地暖管,样板间阴面管材间距设计为150mm,阳面为200mm,该末端采用厚度为20mm聚苯乙烯泡沫塑料板为绝热层,末端的整体厚度为80mm-100mm,面层材料为10mm左右厚的面砖。该系统共4套分集水器,每套阿尔普尔空气源热泵机组与1套分集水器配合联合供暖,即每台机组负责约120㎡的供暖面积。
四层建筑面积为488.8㎡,冷热源部分与三楼相同,即4台(3台即可满足设计要求,为保障效果,厂家保守设计4台)青岛阿尔普尔的A5系列二联冷暖两用型空气源热泵产品作为冷热源,室外机主机型号为APR-170/50, 5HP,额定制冷量12 KW,额定制热量14KW,制冷输出功率4.1KW,制热输出功率4.1KW,无辅助电加热系统,出水温度48℃-50℃。该系统以上海安贞暖通设备工程有限公司预制沟槽式地暖为采暖末端,同样以风机盘管的户式中央空调为制冷末端。该地暖整体厚度为80-100mm,由下往上依次由15mm厚高压强挤塑保温板、50μ铝箔反射层、多孔固定板构成。地暖管采用规格10mm*1.5mm的PE-RT加热管,地暖的盘管间距统一设定为75mm。填充层为C15的豆石混凝土。面层材料为10mm左右厚面砖。该系统共4套分集水器,每套阿尔普尔机组与1套分集水器配合联合供暖,即每台机组分担了约120㎡的供暖面积。

4.检测系统

检测系统由沈阳紫微机电设备有限公司提供,系统由现场终端和数据自动记录仪及上位计算机(数据集中器)组成。现场终端(热流量计等仪表和传感器)采集热流量、室内外温度、用电功率、太阳辐照度等数据,由数据自动记录仪自动存储,数据可备份到上位计算机,保证了数据的完整性和可靠性,并可通过互联网远程调取存储的数据,用户可以随时了解各个监测点的数据,得到建筑的整体及分类分项能耗的月报表及年报表。

5.实测数据

日泰管业测试基地的检测系统每隔15分钟自动收集一次数据,然后由系统记录并保存,数据内容包括室内外温湿度,累计耗电量、累计热量、供回水温度、供回水温差、瞬时流量和累计流量等内容,表1、表2、表3分别根据二楼、三楼、四楼仪表实测数据整理而成。由于2011年刚进入供暖季之初,系统尚处于调试初期,所以笔者在抽样调查时,选择了1、2、3三个月,在这三个月里分别抽样一段时间,然后对这段时间的系统的检测数据进行分析整理。

6.分析与总结

通过对表1、表2、表3的观察,笔者所抽样的三段时间内的日平均气温均达到了相关规范中要求的18℃,且两家空气源热泵生产企业的产品运行较为稳定,所以采用空气源热泵作为热源的低温热水地面辐射供暖系统完全适用于以秦皇岛为代表的北方沿海城市。

我们通过对表1和表3的观察可以清晰看到,室外气温越低,空气源机组的耗电量也就越高。在室外气温最低值为零下14.31℃的1月,大金的空气源热泵产品的日平均耗电量为82.22 kw*h,在室外最低气温为零下9.19℃的2月,日平均耗电量则剧降到了26.55 kw*h,差距悬殊。秦皇岛北部工业园区实施峰谷电价,平均电费大概在0.65元/度左右,所以我们可以计算出1月和2月大金产品每平米每月的运行费用。

阿尔普尔空气源产品在室外气温最低值为零下14.31℃的1月,日平均耗电量为65.47 kw*h,在室外最低气温为零下9.19℃的2月,日平均耗电量则为36.95 kw*h,差距同样悬殊,那么我们同样也不难计算出阿尔普尔产品每平米每月的运行费用。但是阿尔普尔产品由于不带电辅助加热,采用了比较保守的设计方案,将四楼480㎡配置了4台机组,而据厂家介绍,实际上3台就能满足需求,也就是说其实每台机组完全可以胜任160㎡的供暖面积。

而秦皇岛地区居民市政供暖每平米每月的费用是6.98元,而我们通过对该测试基的数据进行分析,整理出的结果比这个运行费用节省了近10%左右。此外,笔者有一点需要强调,我们抽样的时段是室外温度最低的时刻,也就是空气源热泵产品的热效率最低的时段,如果一个采暖季平均下来,费用肯定还会有所下浮。

综上所述,该采暖系统适用于以秦皇岛为代表的北方沿海城市。运行费用略低于当地的市政管网供暖方式,且该系统具有环保性、舒适性、冷暖合一、方便分户计量的特点。

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