原创《直流变频空气源热泵在山西某家庭供暖应用》
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太原市作为山西省首批“煤改电”试点城市,对枣园头村、西高白村和乔武村的2010户居民实施了“煤改电”.太原市供暖室外计算温度为-10.1℃,在进行“煤改电”试点时,推荐使用能效较高的空气源热泵.太原市枣园头村部分村民采用了我司的变频空气源热泵供暖热水机,解决冬季的供暖问题.2016- 2017年采暖季结束后,本文对太原市枣园头村某村民家的空气源热泵供暖系统的实际使用效果进行了介绍.
一、供暖系统介绍
空气源热泵供暖用户位于太原市枣园头村,是村民自建房.第一层采用空气源热泵为热源供暖,末端为地暖管；第二层未进行供暖；建筑外墙有两面墙体做了保温；单层供暖面积大约101m2.建筑外观见图1,其中空气源热泵主机安装在住户原燃煤锅炉房的房顶,水力模块安装在燃煤锅炉房内,通过两根水管把热量输送到住宅进行供暖,如图2所示.
目前,市场上家庭用空气源热泵供暖热水机主要有定速和直流变频两个类型.直流变频空气源热泵具有能力输出可调节、部分负荷运转效率高、低温衰减少、系统可不配置缓冲水箱、运行噪音低等优点；定速空气源热泵采用喷气增焓技术,在北方有成功的应用案例.从结构形式上看,有整体式和分体式两类.整体式在安装时不用接冷媒管,现场安装相对比较简单；但是水系统放置在室外,有冻坏的风险.分体式需要连接冷媒管,但是把水系统安装在气温相对较高的室内,可以很好地实现防冻.经比较,业主选择了我司的直流变频分体式空气源热泵供暖热水机.室外机为额热量16kW型号DNLF-V160WJN1,配套水力模块型号为K-160/CD30GN1.热泵机组参数见表1.
该空气源热泵机组通过线控器的设置,可以实现多段定时,并且在不同的时间段可以设置不同的水温.为充分利用峰谷电价差,在保证供暖效果的前提下,每天的不同时间段设置不同水温,可以节约电能消费,实现最大程度的节能.
二、空气源热泵供暖效果
2.1现场测试
为了解变频空气源热泵的实际使用情况,合肥通用机电产品检测院有限公司国家压缩机制冷设备质量监督检验中心在2017年1月10日到该用户家对空气源热泵进行在线实时监测,监测参数包含了热泵的进水温度、出水温度、房间内环境温度（共布置了四个测点）、室外环境温度和水流量、用电量,现场测量部分仪器见图3.
图4给出了某时间段水力模块出水温度、回水温度、客厅温度和房间温度的变化情况.从图中曲线可以看出,在室外机进风平均温度为2.80℃的测试条件下,机组设定的出水温度为35℃,房间内平均温度最低值为19.61℃,最高值为23 02℃,平均值达到21.14℃.室内供暖效果非常好,满足用户使用需求及标准的相关要求.
通过现场对该供暖系统的循环水流量、水温、用电量测试,可以计算出在测试期内空气源热泵供暖系统的平均制热量为9.737kW,系统每小时平均耗电量为2.147kW．h,系统供暖性能系数为3.70kW/kW;空气源热泵机组每小时耗电量为1.923kW·h,空气源热泵机组供暖性能系数为4.12kW/kW;室内房间的平均温度为21.14℃.
空气源热泵机组和供暖系统有很好的能效,主要原因在于：(1)在满足供暖效果的前提下,通过定时设置较低的出水温度,提升空气源热泵的能效；(2)直流变频空气源热泵有很好的部分负荷性能,在制热量需求较低时,可以降低压缩机的运转频率,减少机组的电量消耗.
从机器的现场使用情况可以看出,该空气源热泵供暖系统采用定水温的供暖模式,即机组的出水温度达到设定值后,降低压缩机频率或者停止压缩机运转,水温低到满足回差要求时,提升压缩机频率或者开启压缩机.这种模式基本不考虑室内的温度情况,当室温高于设定值但是水温没有达到设定值时,空气源热泵主机还是在工作,造成能量的浪费.根据经验,如果采用室内房间温控器来控制热泵机组,可以进一步降低供暖消耗的电量,节约供暖运行费用.
根据该机器的现场使用效果看,直流变频空气源热泵在供暖应用中,系统可以不匹配缓冲水箱,通过压缩机频率的调节来实现能量调节,满足负荷变化的需求.
2 2采暖季运行费用分析
空气源热泵机组整个采暖季耗电7148kW·h,其中谷电5222kW·h,峰电1926kW·h.按照峰电0.5元/kW·h、谷电0 09元/kW·h进行计算,整个采暖季总电费支出为1432.98元,低于土暖气1560元的费用；折算每平方米供暖面积单个采暖季电费为14.19元.
2 3减排量计算
以测试现场的数据作为基准,按照环境温度2 8℃下测试的供暖系统能效为基础,结合整个采暖季的总电量消耗,计算这个项目的常规能源替代量为3184kgce,CO2减排量为8279.49kg,S02减排量为23.56kg,颗粒物减排量为42.99kg,NOx减排量为5.09kg.
三、结论
(1)直流变频空气源热泵热水机用于农村“煤改电”101m2项目,在保证室内温度最低19.61℃条件下,采暖季电费1432.98元,每个采暖季每平方米供暖面积的电费为14.19元,电费低、效果好,值得推广.
(2)采用直流变频空气源热泵供暖后,可以实现常规能源替代及实现CO2、SO2、NOx及颗粒物的减排.
(3)选用空气源热泵产品时,推荐选用具备多段定时并且每段定时都可以设置不同水温的机组,以实现运行节能.
(4)直流变频空气源热泵在系统不配置缓冲水箱条件下,可以稳定工作.
文章署名：文／广东美的暖通设备有限公司
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