一我国北方地区面临的采暖问题.docx

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一我国北方地区面临的采暖问题

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一、我国北方地区面临的采暖问题

环境保护与节约能源正挑战我国的供暖热源。

各种传统采暖方式都存在不同的缺陷：

1、燃煤锅炉采暖污染严重，必须改变。

2、集中供热收费制度正在改革，但即使解决了分户计量问题，也还存在着系统网络如何避免水力与热力的失调问题，除非彻底解决自动化，否则，很难实现用户自主调节使用,并缴纳相应的费用。

3、使用燃气炉采暖，一是用户支出费用高，二是仍存在污染问题。

据北京市节能办公室对用这种热源分户采暖的住宅小区进行测试，证明氮氧化物明显超标，甚至还存在安全隐患。

4、直接用电取暖（如：

电暖气、电热膜、电锅炉等），由于燃料的利用率太低，运行费用很高，所以，在国标中明确规定一般情况不允许采用[1]。

表一：

几种常用能源冬季采暖费用比较

方式

燃料价格

热转化效率

燃料热值

产生1KWH热所需费用

北京地区运行费用

特点

燃煤集中供热

280元吨

55%

5000whkg

0.102元KWH

13.4元m2

污染严重、费用低

燃气

1.7元m3

75%

10500whm3

0.216元KWH

28.5元m2

轻微污染、费用较高

燃油

3000元吨

85%

10500whkg

0.336元KWH

44.3元m2

轻微污染、费用高

电暖气、电热膜

0.4元度

100%

1000wh度

0.4元KWH

52.8元m2

无污染、费用最高

热泵

0.4元度

300%

1000wh度

0.133元KWH

17.6元m2

无污染、费用低

注：

根据气象资料，求得北京地区冬季采暖负荷按132KWHm2计算

另一方面，随着人民生活质量的提高，空调制冷的普及率大大提高，如果能创造冷暖合一的人工环境设施，将具有环保、节能的双重意义。

风冷热泵是一种无需水源，只与空气换热的电驱动供冷暖设施。

空气随处可得，用之不尽。

因此，采用风冷热泵在更广阔的地域供冷暖可以达到保护环境、节约能源、方便管理、安全使用乃至美观的诸多目的，是众人企盼的。

但是，风冷热泵在寒冷地区（采暖设计温度-5～-15℃范围）能否用于采暖？

在学术界一直是众人存疑的，为此，必须明确回答以下几个问题，即：

1、什么样的热泵可以在上述气候下运行？

2、在上述的低温天气下，热泵的供热量下降多少？

出风或出水的温度最高达到了多少度？

其功效比为多少？

3、除霜状况如何？

给供热量带来多大影响？

4、与哪种采暖末端结合可以达到供暖的目的？

5、在我国采暖地区使用的经济性如何？

及与其他采暖方式的比较。

下面就上述问题加以阐述。

二、风冷热泵的低温性能

为揭示风冷热泵的低温性能，北京清华索兰环能技术研究所建立了低温模拟实验室，于2001年8月对以下三种有代表性的热泵机组进行了人工气候下的试验，三种机组是：

A.索兰中低温压缩机的热泵试验机组（以下称A型）

B.某著名公司热泵机组（以下称B型）

C.索兰现产机组（以下称C型）

测试结果摘要于表二

机组类型

A

B

C

额定功率（KW）

8

8

6

模拟外温-6～-8℃

出风或出水温度（℃）

33～38

31.5～39.25,42～45

供热量（W）

8000

43263756

供热量下降百分数%

0

2840

耗电量（W）

220v3122

12191388

C.O.P

2.56

3.52.58

外温-9～-10℃

出风或出水温度（℃）

28-38

29～3332～40

供热量（W）

3516

38373489

供热量下降百分数%

57

3642

耗电量（W）

2860

11121219

C.O.P

1.23

3.452.86

外温-11～-16℃

出风或出水温度（℃）

33～37

41～4646～48

供热量（W）

7075

43693663

供热量下降百分数%

15

45.455

耗电量（W）

3089

33003480

C.O.P

2.19

1.331.05

测试结果说明：

1、测试的三种风冷热泵在室外温度为-5～-15℃的寒冷天气下，出风或出水温度皆可满足一般房屋供暖要求，尤其是低温地板辐射供暖，前提是机组出力与负荷匹配。

即热泵机组选型时需将额定出力比设计负荷选大一些，否则，在出力不足时需加电补热，所选机组扩大的百分数应视地区冬季气候而定。

2、不同压缩机在相同的蒸发、冷凝温度、压力下（实验中监测温度、压力）表现出的性能不同，即供热量和耗功率不同，A最好，C次之，B较差。

说明A更适合北方供暖用，需尽快定型生产。

3、关于冲霜对供热量的影响：

首先，北方地区冬季气候干燥，决定了冲霜问题不严重；其次，不少产品的冲霜过程都有较大的改进，完成动作一次的时间都很短，实验中观察，对于一个惯性较大的供暖水系统，水温的变化不大。

第三，在外温愈低时，空气中的绝对含湿量愈小，冲霜的时间间隔变得很长。

三、风冷热泵供暖的末端装置

1、与低温辐射地板相结合

辐射供暖是一种卫生条件与舒适条件都比较高的一种供暖方式，地板辐射供暖比天花板供暖更合理。

由于人体在地板辐射供暖的房间中，能从接触、辐射及对流多方面进行热交换，所以，不少权威性资料指出，在达到人体同等舒适的条件下，室内空气温度可以比设计温度低2-3℃，采暖负荷可降低15%左右，因此它又是一种节能的采暖装置。

此外，它的突出优点是可以也必须利用低品位热媒，并具有较大的蓄热性，在满足舒适性的要求下，其表面温度不得超过24-26℃[2]。

这一点为利用风冷热泵采暖提供了可能性。

以北京地区为例，其供暖设计温度为-9℃，住宅连续供暖的热负荷为52Wm2，地板供暖的室内设计温度为16℃，由公式[2]

TEP=Tn+9（q1100）0.909

式中：

TEP--地板表面平均温度，℃

Tn--室温，℃

q1--地板向上的散热量，即房间的热负荷Wm2

TEP=16+9（52100）0.909=16+4.96=20.96℃

结果与[2]指出的20.12℃相近。

根据[2]，有下列热阻值：

①由加热管道内的水至水泥地板表面的平均热阻为0.0746m2℃W

②实木地板层热阻为0.1m2℃W

③地板砖层热阻为0.02m2℃W

④复合木地板层热阻为0.046m2℃W

⑤辐射地板向室内空气的传热热阻为0.107m2℃W。

将上述热阻组合，并以北京地区住宅供暖负荷52Wm2为例进行计算，得出以下结果：

①采用地板砖的辐射供暖设计水温需25-28℃；

②采用复合木地板的辐射供暖设计水温需27-30℃；

③采用实木地板的辐射供暖设计水温需29-33℃。

考虑到使用的盘管材料壁厚不同等因素，上述温度应适当提高1-2℃。

上述地板中敷射管道直径为Ф1614，间距为150-200mm。

由表二的数据不难看出，在我国北方寒冷地区采用风冷热泵时，以上出水温度皆可满足，并且其功效比皆可在3.0左右，节电60%以上。

2、与风机盘管相结合：

一般出风温度为38-40℃即可。

从实验数据看，风冷热泵在北方大部分地区也是可行的，它的前提也是将机组选型时选大一些（约40%），或采用电补热。

四、风冷热泵供暖的经济性分析

选取北方寒冷地区几个大城市的气象数据，对风冷热泵供暖的成本进行分析如下：

1、京津地区北纬39.1-39.95。

，采暖室外设计温度-9℃，室内设计温度：

地板+16℃，热风+18℃，热泵的性能采用表二中的C组数据，电价0.4元度

末端装置

采暖热负荷Wm2

热泵供热量Wm2

C．O．P

耗电量W元

电补热W元

设备投资加大40%时

地板（每米2）

-10℃以下6708

4024.8

3

13410.5366

1.073

0.893

-7～-10℃10404

6762.6

3.2

21130.845

1.4566

1.303

-4～-7℃28474

19931.8

3.4

58622.345

3.416

3.349

-4℃66904

66904

3.4

196777.871

0

7.871

总计

112490

97628.2

2899311.536

5.9426

13.453

由上可见，若采用电补热，年运行费为17.478元m2，而设备投入加大40%，则年采暖运行费为13.45元m2。

例如，一台8000W热泵机组采用地板采暖，供110平方米，则采暖季的运行费为13.45元m2，而如果选6000W的热泵机组，虽初投资少0.26万，但冬季运行费为17.478元m2，每年要多花443.8元，5年后就不合算了，况且，电补热需加大用户电容量，也是需要考虑的。

当末端采用风机盘管送热风时，则由于出风温度较高，COP下降（参见表二，例如室外温度为-7℃时，产生35℃热水时，热泵C.O.P为3.5，产生45℃热水时，热泵C.O.P为2.58），以及采暖负荷较大，两项因素会导致上述费用加大30%-35%。

例如北京地区冬季会增加约5元m2运行费。

2、济南，北纬36.41。

，采暖室外设计温度-7℃，室内设计温度同京津地区。

末端装置

采暖热负荷Wm2

热泵供热量Wm2

C．O．P

耗电量W元

电补热W元

设备投资加大35%时

地板（每米2）

-7～-10℃9258

6018

3.2

1880

0.752

3240

1.296

1.157

-4～-7℃19245

13857

3.4

5660

2.264

5388

2.155

2.264

-4℃62730

62730

3.4

18450

7.38

7.36

总计

87993

82605

25990

10.369

3.451

10.781

如末端采用风机盘管需加大运行费25-30%。

3、郑州，北纬34.43。

，采暖设计外温-5℃，室内设计温度同京津地区。

末端装置

采暖热负荷Wm2

热泵供热量Wm2

C．O．P

耗电量W元

电补热W元

设备投资加大35%时

地板（每米2）

-7～-10℃8163

5306

3.2

1.658

0.653

2857

1.422

1.020

-4～-7℃3601

2593

3.4

0.810

0.324

1008

0.403

0.423

-4℃65167

65167

3.4

1.9186

7.66

7.66

总计

76931

73066

8.64

1.545

9.109

上表说明在郑州等纬度较低的采暖地区，用电补热的运行费用与加大热泵机组的情况相差不多，例如一台6000W的机组若采用地板供暖+电补热时，可供125米2，每米2的冬季采暖费为10.185元。

4、兰州，北纬36.03。

，采暖室外设计温度-11℃，室内设计温度同京津地区。

末端装置

采暖热负荷Wm2

热泵供热量Wm2

C．O．P

耗电量W元

电补热W元

设备投资加大35%时

地板（每米2）

-10℃17083

10250

3

3416

1.366

6833

2.733

2.277

-7～-10℃41976

27285

3.2

85263

3.410

14691

5.876

5.241

-4～-7℃45011

32408

3.4

9531

3.812

13203

5.281

5.295

-4℃58766

58766

3.4

17284

6.943

6.913

总计

163436

128709

38757

15.471

34727

13.89

19.726

由表可见，对于比北京寒冷的兰州地区，用电补热的采暖费用比较高（29.361元m2,较地板高出近10元m2），不如加大设备。

如采用风机盘管,其运行费可能达到26元m2（如用电补则为39元m2）。

综上所述，下表为我国北方几个城市采用风冷热泵采暖的运行费用比较

采暖末端方式

北京、天津

济南

郑州

兰州

地板（大热泵）

13.45元m2

10.78元m2

9.11元m2

19.73元m2

地板+电补

17.48元m2

13.82元m2

10.19元m2

29.36元m2

风机盘管（大热泵）

17.5元m2

13.5元m2

11.4元m2

26.6元m2

风机盘管+电补

22.7元m2

17.3元m2

12.7元m2

39.6元m2

参见表一，北京地区各种采暖方式运行费用总结如下

方式

燃煤

燃气

燃油

电暖气、电热膜

风冷热泵+风盘

风冷热泵+地板

热转化效率

55%

75%

85%

100%

300%

34s0%、采暖负荷降15%

运行费用（元m2）

13.4

28.5

44.3

52.8

17.6

13.45

可见，风冷热泵地板采暖系统是最经济的清洁采暖系统。

五、结论

1、在黄河流域利用风冷热泵供暖无论从节能、环保、安全、方便使用还是经济上都是合理的。

愈是寒冷地区采用适当加大设备配以地板采暖的经济性愈高。

2、热泵机组的低温性能是有差异的，对于以采暖为主的寒冷地区，应当注意选择。

对于性能良好的机组在配地板采暖时，由于出水温度低（25-35℃），冬季大部分时间制热效率高于3.0。

3、同样的热泵机组，末端分别采用地板采暖和风机盘管时，由于前者可接受的水温较后者低10℃左右，热泵C.O.P将相差20-30%，加上地板采暖2-3℃等效温降，使得两种末端的运行费相差30-35%。

愈是寒冷地区愈明显。