摘要：本文以北京市某小区采暖工程为例，根据当地室外气象参数使用计算软件计算出供暖热负荷，结合低温空气源热泵机组在低温环境下的能效情况，估算出该小区每个采暖周期需要的电费费用。由该小区每个采暖周期需要的电费费用计算结果得出如下结论：即使在低温情况下，低温空气源热泵机组和传统的电热取暖设备相比，节能效果仍热显著。
关键词：低温空气源；节能；采暖
1.引言
热泵作为一种节能技术受到了世界各国的普遍重视，而空气源热泵可从环境大气中吸取丰富的低品位能量，使用方便，安装费用较低，因此空气源热泵成为热泵诸多型式中应用最为广泛的一种。而低温空气源热泵供暖机组可以在零下25℃可以正常使用，并在低温环境下保持高效率安全制热，是一款特别适合我国长江以北地区冬季供暖的节能供暖设备，
2.低温空气源热泵原理
空气源热泵机组由蒸发器、冷凝器、压缩机、膨胀阀四大主要部件构成封闭系统，其内充注有适量的工质。机组运行基本原理依据是逆卡循环原理：液态工质首先在蒸发器内吸收空气中的热量而蒸发形成蒸汽（汽化），汽化潜热即为所回收热量，而后经压缩机压缩成高温高压气体，进入冷凝器内冷凝成液态（液化）把吸收的热量发给需要的加热的水中，液态工质经膨胀阀降压膨胀后重新回到膨胀阀内，吸收热量蒸发而完成一个循环，如此往复，不断吸收低温源的热而输出所加热的水中。而低温空气源热泵与常规热泵相比，采用了喷气增焓系统，喷气增焓系统是通过喷气增焓压缩机优化了中压段冷媒喷射技术，过中间压力吸气孔吸入一部分中间压力的气体，与经过部分压缩的冷媒混合再压缩，实现以单台压缩机实现两级压缩，增加了冷凝器中的制冷剂流量，加大了主循环回路的焓差，从而大大提高了压缩机的效率。利用高效过冷却器对主循环回路冷媒进行节流前过冷，增大焓差；对辅助回路中经过电子膨胀阀降压后的低压低温冷媒进行适当的预热，以达到合适的中压，提供给压缩机进行二次压缩。
3.应用分析
3.1案例情况
案例：北京市某小区采暖工程（2期）A-经济适用房（Ｅ型）供热工程，供暖面积1200m2。包括E1型经济适用房，供热面积750m2；E2型经济适用房，供热面积450m2。本工程为两层混合结构。层高3.0米,总高度11.2米。户型组织形式为每户两层带阁楼，四室两厅一厨两卫一车库。
3.2室外气象参数
地点：中国北京市北京；建筑气候分区：寒冷地区；(依据《采暖通风与空气调节设计规范》（2001年版)经纬度：东经116.47，北纬39.80；冬季采暖计算温度:-12.0℃；最多向平均风速:4.8m/s；冬季采暖室外计算温度:-9℃；冬季通风室外计算温度:-5℃；室内温度:20℃；采暖天数:90天;年主导风向：北；室外风速：冬季2.8m/s；当地气压：10204Pa（冬）；最高地下水位：-2m；
3.3室内设计参数
依据《采暖通风与空气调节设计规范》（GB50019-2003）条文3.1.1和《公共建筑节能设计标准》（GB50189—2005）表3.0.1-1中的有关规定进行室内参数的确定。具体参数请如下：浴厕、厨房、餐厅：25℃；卧室：20℃；楼梯间：16℃；卫生间：18℃；藏书阁、健身房：16℃；车库：5℃
3.4负荷计算
应用《鸿业暖通空调负荷计算软件5.0》计算采暖设计热负荷。软件计算依据《采暖通风与空气调节设计规范》（GB50019—2003）具体计算方法如下：对于民用建筑而言，热负荷主要取决于：围护结构的耗热量（包括相邻户通过户间隔墙与楼板的传热量）、冷风渗透耗热量、太阳辐射得热量及户内的生活得热。
3.4.1围护结构的耗热量
围护结构的耗热量，应包括基本耗热量和附加耗热量两部分。按稳定传热理论计算围护结构的基本耗热量，计算公式为：
围护结构的附加耗热量，应按其占基本耗热量的百分率确定，各项附加（或修正）百分率，对于与供暖相邻的围护结构，当相邻房间的设计温差大于或等于5℃时，应按稳定传热方法计算通过隔墙或楼板等的传热量。如与相邻房间的设计温差小于5℃，但通过隔墙和楼板等的传热量大于该房间热负荷的10%时，也应计算其传热量
3.4.2冷风渗透耗热量
加热由门窗等缝隙渗入室内的冷空气的耗热量，应根据建筑物的门窗构造、门窗朝向、热压和室外风速、风向等因素来确定。在工程设计中，冷风渗透耗热量主要考虑风压的作用，而忽略热压的影响，可按下式近似计算： 
3.4.3围护结构热工性能参数
依据《采暖通风与空气调节设计规范》（GB50019-2003）条文说明4.2.1：建筑内部得热，炊事、照明、家电、和人体散热量不用考虑，可以作为安全热量。故本设计中不将人体、设备散热负荷及新风热负荷计入设计热负荷。围护结构热工性能参数如下：屋顶为预制01-1-35-5，传热系数0.72W/(m2•k)；外墙为混凝土加气混凝土280（087001），传热系数0.71W/(m2•k)；内墙为砖墙（003003），传热系数0.58W/(m2•k)；外窗为单层塑钢窗，传热系数4.94W/(m2•k)；外门为节能外门，传热系数3.12W/(m2•k)；内门为木（塑料）框单层实木门，传热系数3.35W/(m2•k)；楼板为楼面-2，传热系数0.65W/(m2•k)。
3.4.4热负荷计算结果
鸿业软件计算结果如下：房总供暖面积1200m2，供暖热负荷66000W，热指标为55W/ m2。
3.5机组性能COP
热泵机组名义工况下性能系数计算公式：COP= QN / NO。QN：名义工况下测定的制热（制冷）量，单位为千瓦（kW）：NO：名义工况下测定机组消耗总功率，单位为千瓦（kW）。市面上某一品牌低温空气源机组在环境温度-12℃、-9℃下的性能COP分别为2.15和230。据《GBT 25127.2-2010 低环境温度空气源热泵(冷水)机组 第2部分：户用及类似用途的热泵(冷水)机组》低环境温度空气源热泵中名义工况下制热COP最小限定值为2.10。该品牌机组的的名义工况下COP2.15≥2.10符合要求，则以该品牌的性能系数为热泵机组计算依据。
3.6经济效益分析
以单个周期为计算时间，分别计算空气源热泵机组与电取暖设备在整个周期内的费用：单个采暖期费用计算公式如下：
。F:单个采暖期费用（元）;Q:每天热负荷总量（kWh）;COP:机组性能系数;N—电费单价(元/kWh);T:单个采暖期天数(d);电费按0.58元/kWh,电热设备性能系数按0.9计算(忽略设备末端损耗)具体费用计算结果如下: 热泵机组每个采暖周期费用F1（元）=35950:电热设备每个采暖周期费用F2（元）=91872; 热泵机组相对电热设备每个采暖周期节省的费用F2-F1（元）=55922。
4结论
本文主要以北京某小区供热面积1200 m2为案例进行了空气源低温热泵机组应用分析。在不考虑设备末端损耗和其它损失的情况下，使用空气源低温热泵机组比使用传统的电热取暖设备节省约5.59万元/期。即使在环境温度低的情况下，低温空气源热泵机组和传统的电热取暖设备相比，节能效果仍热显著。
参考文献
[1] 《采暖通风与空气调节设计规范》（GBJ19-87） 北京：中国计划出版社. 2001
[2]《采暖通风与空气调节设计规范》（GB 50019-2003）
[3]《公共建筑节能设计标准》（GB 50189—2005）
[4]《低环境温度空气源热泵(冷水)机组 第2部分：户用及类似用途的热泵(冷水)机组》 （GBT 25127.2-2010）
论文作者:张海能
论文发表刊物:《基层建设》2017年第34期
论文发表时间:2018/4/3
标签：耗热量论文; 机组论文; 采暖论文; 空气论文; 低温论文; 系数论文; 负荷论文; 《基层建设》2017年第34期论文;