空气能 发布日期：2023-08-19 阅读次数：996
（广东纽恩泰新能源科技发展有限公司，广州市，增城经济技术开发区 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：河北赵县主城区在2019年以前采用燃煤电厂集中供暖，总计407万平方米采暖面积。中机国能热源供热有限公司采用纽恩泰低环境温度空气源热泵机组NERS-G60KD总计1200台作为热源实施了赵县主城区清洁能源改造。经过2019年-2020年采暖季运行（总计120天），采暖区域房间平均温度在20℃至22℃，采用空气源热泵机组供热，一个采暖季运行费用平均为每平方米13.23元，与燃气锅炉采暖（22万平方米采暖）平均运行费用每平方米27.27元相比，节省106%。空气源热泵在分布式集中采暖项目中的成功应用具有巨大的节能环保效益，对于大气污染的防治、可再生能源利用以及化石能源的替代具有重要的战略意义。
关键词：空气源热泵，集中采暖，低环境温度
赵县位于华北平原中南部，距省会石家庄市区30公里，是全国首批“千年古县”和河北省历史文化名城、河北省文明县城、河北省园林县城。赵县县城集中供暖总供暖面积407万平方米。原供暖热源为燃煤热电厂供暖，环境污染严重，能效低下。2018年10月26日，赵县中机国能热源供热有限公司揭牌，赵县供热方式正式迈入新阶段。国能热源从赵县实际出发，结合赵县城镇发展规划，为赵县制定了清洁能源近、中、远期供热解决方案。国能热源根据当前供热市场现状，从燃气锅炉、电锅炉、地源热泵、空气源热泵等多种热源改造方案中，通过全国范围内供热改造项目的实地考察、专家论证，及多方征求意见，选取了空气源热泵作为热源的方向；经过十多家优秀的空气源热泵厂家激烈竞争，综合考虑产品技术优势、厂家实力、生产能力等因素，最终选择节能、高效、环保的纽恩泰空气源热泵作为热源，对赵县项目进行节能改造。
该项目位于赵县县城，供暖末端建筑面积407万㎡(其中385万平方米采暖面积采用空气源热泵作为热源，22万平方米采暖面积采用燃气锅炉作为热源）；末端形式为暖气片以及地暖，根据2018-2019采暖季运行资料，对供热项目改造提供了有利支撑；在热源布置上为了避免铺设管网工程量大，建设周期长等缺点，将整个方案设计为使用分布式空气源站为主多点方式进行供热，设计热源站数量42座。 该项目涉及工程范围，热源站的重新分布，老旧管网的合理改造、电力配套等。
项目站点数量众多，设计热源站数量42座，需要同时考虑机组运行效果、站点周围环境影响等因素，工作难度极大；通过三维卫星图，对各站点初步规划位置，选出多个备选安装地，结合实地勘察、可行性讨论研究，最终确定各站点安装位置。需要综合考虑噪音、占地、运行效果、遮阳、输送距离等因素。
在空气源热泵大型集中采暖项目中，冷岛效应一直是困扰行业的一大难题。机组的布置和空气循环的优化是克服大型空气源热泵集中采暖冷岛效应的关键。纽恩泰技术团队根据对站点机组负荷、进风量等因素的精准计算，通过模型校核，针对各站点不同情况，分别制定出不同方案。针对不同站点，通过卫星地图和场地分析研究，设计了优化的机组布置方案。
森都站点机组安装平台架高9米，建设方式：做混凝土基础，支架下部无设施。 建设位置：上图三角地，设备台数：115台。
广场首府站点机组安装平台架高8米，建设方式：混凝土做基础，基础下建设变电站，设备台数：110台。
镇中站建设方式：食堂房顶直铺，设备台数：44台。
对于居民小区附近的站点，设置隔音屏障，降低噪声影响，隔音墙为百叶孔型铝板，板材厚度：1.2mm，成品厚度：8cm，隔音墙宽度：40cm。表面处理：高压静电喷涂，降 噪 效 果：隔声量≥30db，降噪量≥0.7。
空气源热泵机组隔振加装空气弹簧减振器，此外，在管道隔振管道入口出口处加双球软连接。
针对县城有老旧小区、新建小区、公建商户、城镇村等等，供暖需求、保温情况、末端形式、管网等等都不一样，在复杂的现场环境中如何精准的分片区供暖，实现性价比高的改造成为前期复杂工作的重点内容、这对后期的运营状态有着关键的影响。
广泛存在于地球大气层内的空气中，蕴藏着巨量的低品位空气热能，采用热泵技术可以对这些以往无法利用的空气热能加以利用，热泵系统的蒸发器有着比环境温度更低的温度，可以吸收空气中的热量并通过压缩机做功提升其温度供人们使用，是低品位空气热能最高效率的使用方式。例如在20℃环境制取55℃热水时，能效比可以高达400%以上。空气源热泵是通过逆卡诺循环将空气源的低品位热能转化为生活热水、采暖热水和工业热水。这种广泛存在于空气中的低品位热能都是来自于太阳辐射和自然界的热能耗散形成的可再生能源，通过热泵技术转化成高温热水可以取代燃煤（油，气）热水锅炉和电热水锅炉。
纽恩泰空气源热泵机组选用R410A作为机组制冷剂，R410A是一种新型环保制冷剂，具有稳定，无毒，性能优越等特点，同时热泵在运行中二氧化碳的排放量是零，不会破坏臭氧层。与其他供热方式相比，环保及安全性能对比如下：
纽恩泰空气源热泵机组为了提升低环境温度条件下机组的制热能力和效率，采用了涡旋喷气增焓压缩机，可以在-30℃环境温度以上可靠运行，不需要辅助电加热。使机组的适用范围更广，可广泛应用于我国北方地区采暖及生活热水；相对于常规的热泵，喷气增焓技术在低环境温度条件下提升机组制热能力达20%以上，即使在-20°C环境温度以下，机组的能效比COP也可达到2.0以上。纽恩泰采用高效换热器技术和系统优化，在低环境温度条件下，可以保证机组具有高效率。
根据赵县县城2019年-2020年采暖季环境温度统计，纽恩泰低环境温度空气源热泵机组G60KD在整个采暖季的加权能效系数COP接近3.0。
空气源热泵在采暖制热工况时，风机顶部排出的是冷风，由于比重的关系冷空气会自然下垂，为了保证机组进风侧有足够的新风进入，机组之间要保持足够的间距，机组的安装平台要架高，让机组产生的冷风下沉。赵县各站点采用架高机组安装平台，保持机组足够的间距，尽可能采用长方形机组布局，很好地解决了冷岛效应问题。机组进风侧与环境温度的温差不超过3℃。
市场上普遍存在的系统形式为一级加热（并联），对系统水流量要求大，而相对一些热源改造工程，原末端管网管径较小，采用一级加热，水泵流量极大，也增加水泵功耗。而采用二级加热的系统形式（串联），在满足负荷需求的同时，可以解决管路管径问题（高温差小管径等）。串联运行不仅可以提高热泵的整体运行效率，还可以减少水泵的功耗，达到更加经济的运行和节能环保。
采用二级加热系统符合空气源热泵城镇供暖管网改造需求，降低初期管网改造投资成本，而保证很好的供暖效果。在整个供暖季的不同负荷变化的情况下，一二级切换的模块更能有效降低系统运行费用。
智能控制系统实现把现场的水温、热泵机组运行状态，呈现在电脑和手机，同时也可以调整现场参数、远程开关操作。系统利用GPRS无线通信技术，依托物联网云当前流行技术，不限距离远程自动联网，用户和工程建设无需掌握相关网络知识，打开电脑浏览器或手机微信即可使用。系统直接效益：故障快速响应、降低维护成本、提高节能效果。
智能模块化控制，按需分配，当末端负荷变化时，调节机群启动百分比，降低机群运行能耗；同时，单台机组可以根据末端负荷变化自动卸载和加载。
纽恩泰G60KD机组采用公司具有的的核心专利技术AI智能化霜技术，实现了机组智能化霜，确保机组在低温环境条件下性能稳定可靠。
在赵县项目中，纽恩泰技术团队从设计阶段开始，对冷凝水严格要求集中排放，并设计电伴热防冻，保证运行效果。为北方地区空气源热泵集中采暖项目化霜水的排放建立了一个样板工程。
通过用户室内现场实测，各站点用户平均室内温度达到20-22℃，部分小区采暖效果可达到25-28℃。用户非常满意。
赵县供暖改造项目，改造供热站点总共覆盖采暖建筑面积407万平方米，其中385万平方米采用空气源热泵作为热源方式，投入空气源热泵机组型号为NERS-G60KD的设备1200台。截止2020年3月15日24时，空气源供热系统总用电量为100372522度电，用水139238吨，空气源热泵供热系统覆盖建筑面积约为385万平左右，覆盖范围内的入住率约为84.4％，一期供热面积约325万㎡，一个采暖季每平方耗电量约为30.88度电
采暖期为4个月，电价（清洁采暖政府补贴价）计算：实行峰谷电价。实际缴纳电费4300万元（部分费用未执行峰谷电价政策）。面积为325万㎡，采用空气源热泵供热一个采暖季约13.23元/㎡。
其中部分站点由于电网不能就位等因素，采用燃气锅炉作为热源，覆盖建筑面积约为22万平方米左右。截止2020年3月15日24时，实际缴纳运行费用600万元，采用燃气锅炉供热区域，一个采暖季费用约27.27元/㎡。在河北地区采暖季，天然气的供应非常紧张，且运行稳定较低。
对比分析可知：供热面积325万㎡，采用空气源热泵供热每个采暖季费用为：4300万（合计每平方采暖费约13.23元/㎡）；供热面积22万㎡，采用天然气锅炉供热采暖季费用为：,600万（合计每平方采暖费约27.27元/㎡）。
赵县县城供暖改造项目是我国目前最大的空气源热泵集中采暖项目，采用空气源热泵作为热源，节能效果显著，从2019年-2020年赵县一个采暖季，空气源热泵热源的运行成本为每平方米13.23元，比相同条件下的燃气锅炉采暖成本每平米27.27元低106%，空气源热泵集中采暖具有巨大的节能环保社会效益。
纽恩泰开发的低环境温度空气源热泵机组具有多项核心关键技术，具体包括：
1）高效喷气增焓技术；
2）智能化霜技术；
3）空气循环优化技术；
4）节能控制技术及互联网远程监控技术；
5）减震降噪技术；
6）机组串并联加热技术；
7）化霜水集中排放等技术。通过赵县项目的验证，这些技术是可靠的。
赵县县城供暖改造项目涉及到暖气片老旧管网和新建小区地暖管网等复杂的管网系统，能效还有提升空间，比如暖气片管网的回水作为地暖的供水，或者是暖气片回水和供回水混合后作为地暖供水；老旧管网中的二次换热改为一次直供，以及机组运行优化等措施，都可以进一步提升项目的能效，降低运行费用。
在我国北方城镇大面积推广空气源热泵集中采暖将带来巨大的节能环保效益，对于我国空气污染的防治、可再生能源的利用以及化石能源的替代具有重要的战略意义。
