空气热源泵在旱寒地区工程采暖系统中节能优化性价比

空气热源泵在旱寒地区工程采暖系统中节能优化性价比

许龙

(甘肃第七建设集团股份有限公司，甘肃兰州，730000）

摘要：为了解决玉门通道物流港项目供暖系统运营成本高的问题，本文首先对比了低温空气源热泵系统、太阳能+电锅炉系统及电锅炉采暖系统的特点与优劣势。然后，分析了末端采暖形式中散热器与风机盘管的适用性，并选择超低温空气源热泵供暖作为优化方案，针对不同建筑类型采用地板辐射或散热器系统。最后，本文提供了关于提高能效、管理便捷性的独立供暖系统设计思路，为类似项目的供暖系统优化提供参考帮助。

关键词：空气热源泵；能源；能效比；节能

1  工程概况

本项目以丝绸之路玉门通道物流港项目为依据对供暖系统节能优化设计，项目位于玉门镇，共分为综合服务中心，职工宿舍，1#服务楼，卡车司机之家，活动区，洗车中心，车辆维修养护中心，电锅炉房，2#服务楼等单体工程，末端设计均为散热器采暖，总建筑面积约 18217.96m2，其中采暖面积15997.76 ㎡冬季集中采暖，冬季室内温度：18℃，项目原设计为两台 900KW 电锅炉作为冬季采暖热源，为降低后续冬季供暖运营成本，结合国家国家清洁能源政策和碳达峰长远规划做此方案。

2  方案比选

2.1低温空气源热泵系统特点

a) 低温空气源热泵系统概要

低温空气源热泵采暖机组是以空气为冷（热）源，以水为供冷（热）介质的中央空调机组。把环境介质（空气）中贮存的能量在蒸发器中加以

吸收；它本身消耗一部分能量，在压缩内部压缩，通过工质循环系统在冷凝器中进行放热，来加热末端取暖设备（地暖盘管、暖气片或与风机盘管）

中的循环水而提供热量。本技术采用环保冷媒作为制冷剂，无毒、无味、不可燃烧、不破获臭氧层、无废气、废渣排放。采暖季平均能效不低于 2，环境温度低至零下 30℃时可正常制热，出水温度不低于 60℃，保证最冷月室内温度达到标准要求。用低温空气源热泵技术供热采暖对大气及环境无任何污染，而且高效节能，属于绿色环保技术和装置，符合目前我国能源、环保的基本政策。采用超低温空气源热泵技术，利用少量电能产生更多的能量，满足冬季采暖的需求，达到经济运行和节能环保的目的。系统的辅件包括水泵、压差旁通装置、膨胀水箱、以及多个阀件。工程设备的初投资少，室内温度波动不大，采暖舒服性好。

b) 低温空气源热泵机组特点

低温空气源热泵既能满足冬季采暖和夏季制冷的需求，而其他采暖设备(如常规燃煤（燃气）锅炉或电采暖)往往只能冬季采暖，夏季制冷还需要加装相应设备，需要二次投资设备费用，并且低温空气源热泵机组有舒适度、安全性、运行费用和操作性等特点的优势。

低温空气源热泵机组采用水、电完全分离，无需因燃煤(天然气)带来泄漏危害或爆炸危险，或燃烧不充分带来大气污染。因此空气源热泵可以实现一年四季全天 24 小时安全可靠运行，并且不会对环境造成污染。相比太阳能、燃气、水地能(源)热泵等形式，空气源热泵不受水源地质、燃气供应不足的限制。

c) 低温空气源热泵机组与末端设备及管网的系统工作原理图

图1 系统工作原理图

d)优势：低温空气源热泵机组可提供热水，减少投资成本。设备自动运行，节省人力，支持远程APP管理，实现智能控制。电力消耗低于电锅炉，初投资适中且随供暖面积增大而降低。利用峰谷电价，可降低运行费用。缺点：需持续运行以防止系统冻坏，适合长期供暖用户，运行费用低于电锅炉系统。

2.2太阳能+电锅炉（空气源热泵）系统

a)系统原理

太阳能集热系统负担的采暖热负荷宜通过采暖季逐时热负荷计算确定；采用简化计算方法时，该采暖热负荷应为采暖期室外平均气温条件下的建筑物耗热量：

采暖期采暖平均热负荷 68.24 ㎡

直接系统太阳集热器总面积5836.17m²； 补偿面积比：97%，补偿计算得：6016.67m²

太阳能采暖系统，一种高效利用太阳能资源的先进技术，旨在通过太阳能集热器捕获太阳辐射能，再通过热传导或热对流的方式，将收集到的热能传递给室内采暖系统，从而达到提升室内温度的目的。这一系统的出现，不仅体现了清洁能源的利用价值，也体现了环保、节能、高效等现代科技理念。

太阳能采暖系统的运行原理基于热力学原理，其核心部件太阳能集热器负责将太阳辐射能转化为热能。在日照充足的情况下，集热器能够高效吸收太阳光，并通过热传导或热对流的方式，将热能传递至工作介质中。这些介质随后将热能带入室内采暖系统，通过散热设备将热能释放至室内空间，从而提供舒适的室内环境。

然而，太阳能采暖系统面临挑战，包括资源分布不均、初投资和维护成本高，以及需要专业知识进行维护管理。例如，需安装2979块集热器，但因建筑分散，联合供暖系统复杂且成本高，不推荐使用。建议在需要热水的建筑上安装太阳能板和辅助热泵系统。

2.3 电锅炉采暖系统

电锅炉采暖系统作为一种高效利用电能转化为热能进行室内采暖的设备，近年来在多个领域得到了广泛的关注和应用。其独特的加热机制和精确的温度控制特性，使得电锅炉采暖系统在多种特定场合下展现出显著的优势。

深入研究发现，电锅炉采暖系统加热迅速，得益于高效的电加热元件，能快速提升水温，让用户迅速感受到温暖。此外，该系统通过先进控制技术实现精确温控，允许用户设定并实时调整室内温度，保持舒适。

电锅炉采暖系统在能耗和运行费用方面存在一定的问题。与传统的采暖方式相比，电锅炉采暖系统需要消耗大量的电能，从而增加了用户的经济负担。在选择该系统时，用户需要综合考虑当地的电力资源状况、电价水平以及冬季气温等因素。在电力资源丰富、电价相对较低的地区，电锅炉采暖系统可以成为一种可行的采暖方式，为用户提供舒适且经济的居住环境。

2.4 末端采暖形式

   1、本项目末端原设计为散热器采暖系统，对散热器和风机盘管进行以下方案对比：

 1. 工作原理：风机盘管主要通过风扇强制将室内空气吹过室内制热器或冷却器，完成室内换气，从而实现室内的加热或降温。而散热器

则利用金属材料的导热性能，促进室内热量交换。

 2. 功率与效率：由于风机盘管依赖于空气流动来完成加热和降温，其功率通常高于散热器。因此，在同等条件下，风机盘管的制热或制

冷效率更高。

 3. 使用场景：风机盘管适用于大型空间，如大型商场、展览馆、办公楼等，而散热器则更适用于家庭或小型商业场所，因为其功率较低，

更适合较小的空间。

 4. 结构与外观：风机盘管有多种类型，如壁挂式和盒式（天花板嵌入式），外观精美，可以直接挂在墙上或嵌入天花板。而散热器通常

有多种设计，但不一定具备同样的美观性。

2、 优缺点对比;

风机盘管优点：

1. 壁挂式风机盘管机组为明装，结构紧凑，直接挂于墙上。卡式机组为半明装，进、出风口外露于顶棚下，风机等部件置于顶棚上。明装机组有美观外壳，自带进、出风口，安装于室内显眼处。暗装机组外壳通常为镀锌钢板。

2. 风机盘管用于排除室内有害气体和集中散发的热量与湿量，确保室内空气环境良好。这包括消除舒适空调房间的二氧化碳、卫生间的异味、工艺空调生产车间的有毒气体，以及局部散发的热量和湿量。

缺点：

1、风机盘管机组的进水冷水温度不应低于 5℃，否则可能会引起机组凝露；进水热水温度不应高于 80℃(常用 60℃)，否则可能引起机组换热器的铜管腐蚀。

2、风机盘管机组只作为舒适性空调使用。

3、暖气片优点：

1、散热效果好。插片散热器最大的特点就是散热效果比传统铸铁暖气片要提高劳动效率 30% 左右。

2、质量很稳定。钢制散热器的质量要比传统铸铁暖气片稳定的多。

园区内建筑分散，为提高能效和管理便捷，采用超低温空气源热泵供暖，主机设于楼顶或地面，每栋楼设水处理间。宿舍楼使用地板辐射供暖，其他楼采用散热器系统，因其供暖曲线更理想，提供更高舒适度。末端散热器数量根据室外温度调整，确保供暖效果。各楼供暖系统独立，便于控制调节。

5、结论

超低温空气源热泵系统单一采暖季费用约为 33 万，电锅炉单一采暖季费用约为 119.5 万，超低温空气源热泵初投资为 261 万，电锅炉系统初投资约为 80 万，相对于电锅炉超低温空气源热泵两年可收回投资成本。

项目实施后即可向采暖用户提供安全可靠的热源，因具有严格的科学管理，先进的调控手段，大大提高了供热品质，使用户拥有高质量的室内热环境，具有明显的社会综合效益，持续推进绿色发展。超低温空气源热泵系统供暖在未来供暖体系中有着广泛的应用趋势。

参考文献：

［1］高阳．太阳能发电的空气源热泵供热系统研究．2020．

［2］傅思源，空气热源泵在农村多层住宅中的应用探讨.2022.

［3］赵明，超低温空气源热泵在严寒地区应用.2020.