水春雨

(中國鐵道科學(xué)研究院節(jié)能環(huán)保勞衛(wèi)研究所，北京 100081)

傳統(tǒng)空氣源熱泵受環(huán)境溫度的影響較大，在低溫寒冷地區(qū)，其制熱量和效率會(huì)隨環(huán)境溫度的降低下降很快，在環(huán)境溫度低于-5℃時(shí)，甚至無法啟動(dòng)［1］。近些年，隨著空氣源熱泵技術(shù)的發(fā)展，中國鐵道科學(xué)研究院節(jié)能環(huán)保勞衛(wèi)研究所研發(fā)出超低環(huán)溫空氣源熱泵，其在低環(huán)境溫度下，仍能高效制熱，為嚴(yán)寒地區(qū)鐵路沿線建筑冬季供暖問題提供了新的可選方式。

1 超低環(huán)溫空氣源熱泵性能

針對(duì)高海拔地區(qū)、高寒地帶的氣候特點(diǎn)和設(shè)備運(yùn)行特性，對(duì)制冷系統(tǒng)、壓縮機(jī)、制冷劑和控制系統(tǒng)進(jìn)行針對(duì)性設(shè)計(jì)、篩選和革新，研發(fā)出超低環(huán)溫空氣源熱泵，在超低環(huán)境溫度下，仍具有較高制熱效率。經(jīng)試驗(yàn)測試(見表1)，在-30℃環(huán)境下，熱水進(jìn)出水溫度40℃/45℃，機(jī)組制熱能效比達(dá)2．18。

表1 30HP超低環(huán)溫空氣源熱泵制熱技術(shù)參數(shù)

2 項(xiàng)目應(yīng)用

2．1 項(xiàng)目概況

某鐵路工區(qū)建筑位于青藏高原唐古拉高寒地區(qū)，共兩層，總面積2 200 m2，包括宿舍區(qū)、展廳、活動(dòng)室、餐廳、辦公區(qū)等功能區(qū)域。該地區(qū)冬季環(huán)境空氣溫度低至-30℃，空氣稀薄，密度約為平原地區(qū)的 60%左右［2］。

2．2 熱源比選

本項(xiàng)目為新建建筑，地處偏遠(yuǎn)，無法接入市政供暖系統(tǒng)，燃?xì)庖参唇尤?，綜合考慮油、煤運(yùn)輸困難費(fèi)用高，以及節(jié)能環(huán)保等要求，不宜采用燃煤鍋爐、燃?xì)忮仩t、燃油鍋爐、電鍋爐等傳統(tǒng)方式。常規(guī)的太陽能供熱系統(tǒng)很難滿足“全天候”的要求，為滿足“全天候”要求，需采用電加熱為輔助熱源，將消耗大量優(yōu)質(zhì)能源，由于能流密度小，需要的集熱面積大，投資大。地源熱泵系統(tǒng)供熱能效比較高，但是，本項(xiàng)目只需冬季供熱，夏季無制冷需求，采用地源熱泵可能導(dǎo)致土壤溫度失衡，同時(shí)考慮高原凍土不宜擾動(dòng)。經(jīng)綜合比選，采用超低環(huán)溫空氣源熱泵作為供暖熱源。

2．3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

工區(qū)建筑采暖面積為2 200 m2，分上下兩層，層高3．3 m，建筑物墻厚為200 mm，內(nèi)墻保溫，建筑采暖設(shè)計(jì)總熱負(fù)荷120 kW。冬季采暖室外設(shè)計(jì)計(jì)算溫度為-30℃，設(shè)計(jì)使用5臺(tái) FSCH30LI型超低環(huán)溫空氣源熱泵，水側(cè)進(jìn)水溫度40℃，出水溫度為45℃，末端采用風(fēng)機(jī)盤管。

2．4 效益分析

傳統(tǒng)的空氣源熱泵當(dāng)環(huán)境溫度低于-5℃時(shí)，機(jī)組效率極低，甚至無法開機(jī)，需加輔助熱源，輔助加熱時(shí)的能效比小于1。與傳統(tǒng)的空氣源熱泵相比，本方案采用的超低環(huán)溫空氣源熱泵，無需輔助熱源，在-30℃的環(huán)境溫度下，制熱效率仍可達(dá)到2．18，在唐古拉嚴(yán)寒地區(qū)運(yùn)行，冬季全天平均能效比超過2．5。與電鍋爐供熱相比，節(jié)電50%以上。

超低環(huán)溫空氣源熱泵可全天候使用，不受地面環(huán)境和地質(zhì)條件的限制，可擺放在室外，且占用空間小，全自動(dòng)控制，無需人員值守，日常維修維護(hù)方便。

3 結(jié)語

超低環(huán)溫空氣源熱泵在高寒地區(qū)建筑供暖中的應(yīng)用，既解決熱源供應(yīng)的難題，又具有顯著的節(jié)能環(huán)保效益，而且施工安裝便利，運(yùn)行維護(hù)簡單，為嚴(yán)寒地區(qū)鐵路沿線建筑冬季供暖問題提供了新的可選方式。隨著國內(nèi)外超低環(huán)溫空氣源熱泵技術(shù)不斷研發(fā)升級(jí)，性能更優(yōu)的超低環(huán)溫空氣源熱泵將更加節(jié)能環(huán)保。

［1］ 柴沁虎，馬國遠(yuǎn)．空氣源熱泵低溫適應(yīng)性研究的現(xiàn)狀及進(jìn)展［J］．能源工程，2002(5):25-30．

［2］ 祁貴明，王發(fā)科，王彤，等．唐古拉山地區(qū)氣候資源特征及牧業(yè)氣候區(qū)劃［J］．青?？萍?，2007(3):22-23．