侯隆澍：《空氣源熱泵技術(shù)建筑應(yīng)用指南》介紹      

       內(nèi)容提要

  住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部科技與產(chǎn)業(yè)化發(fā)展中心博士侯隆澍出席“熱立方杯”第六屆中國空氣源熱泵供暖高峰論壇，發(fā)表題為《<空氣源熱泵技術(shù)建筑應(yīng)用指南>介紹》的演講，他重點介紹了《空氣源熱泵技術(shù)建筑應(yīng)用指南》的工作背景及編制思路，并根據(jù)實際工程案例存在的實際問題，從規(guī)劃、設(shè)計、選型、施工和運行等層面分享了提高空氣源熱泵建筑應(yīng)用運行效果的技術(shù)措施。以下為演講實錄。

  工作背景

  近幾年，環(huán)境污染問題是一個大家比較關(guān)注的熱點問題，尤其是霧霾問題。研究表明，冬季的集中供暖是造成霧霾的主要原因，由于集中供暖，冬季的污染物排放量遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于夏季1.5～2倍以上。為此，國家開始推進(jìn)北方地區(qū)冬季清潔供暖，并在“2+26”城市(京津冀大氣污染傳輸通道)開展了首批試點工作。

  上述的政策背景為空氣源熱泵的應(yīng)用提供了一個很好的契機(jī)，特別在2017年，空氣源熱泵出現(xiàn)了進(jìn)一步的大規(guī)模增長。但是，與此同時，有些問題也暴露出來，包括布置不科學(xué)、施工不規(guī)范、選型不合理、運行問題多等。為了解決這些問題，我中心承擔(dān)了《空氣源熱泵技術(shù)建筑應(yīng)用指南》(以下簡稱《指南》)的編制工作。

  編制思路

  在北方地區(qū)特別是北京地區(qū)，空氣源熱泵的應(yīng)用以熱水供暖為主，所以《指南》以空氣源熱泵冷熱水機(jī)組建筑應(yīng)用為核心�！吨改稀返亩ㄎ恢饕�是是實現(xiàn)從熱源側(cè)到用戶側(cè)的銜接，用于解決供暖中的實際問題。

  重點想解決四個方面的問題：一是分析空氣源熱泵供暖系統(tǒng)與傳統(tǒng)供暖系統(tǒng)的區(qū)別;二是有哪些標(biāo)準(zhǔn)做法能實現(xiàn)系統(tǒng)的高效應(yīng)用;三是現(xiàn)在的工作中，特別是一些農(nóng)村地區(qū)“煤改電”的過程中，有哪些錯誤的做法值得關(guān)注;四是對于錯誤的做法，我們應(yīng)該如何解決，最終實現(xiàn)編制《指南》的目的。這些內(nèi)容有些是技術(shù)性的，有些是常識性的，我們希望統(tǒng)籌介紹技術(shù)性和常識性的內(nèi)容，充分提高空氣源熱泵的實際應(yīng)用效果，用良好的用戶反饋來進(jìn)一步促進(jìn)空氣源熱泵行業(yè)的發(fā)展。

  先簡單介紹一下《指南》的框架，包括總則、規(guī)劃與布置、設(shè)計與選型、施工與驗收、運行與維護(hù)、工程評價、附錄，共7章62節(jié)。下面主要從三個問題切入，簡單介紹一下《指南》的具體內(nèi)容。

  問題一：空氣源熱泵系統(tǒng)運行效果欠佳

  有句話叫“前車之鑒，后事之師”，我們從過去幾年一些熱泵項目的實測數(shù)據(jù)來分析一下存在的問題。上圖是我們在同一個地區(qū)選擇的地源熱泵的實際應(yīng)用效果，藍(lán)色加灰色是機(jī)組COP，灰色是實際的系統(tǒng)COP，即包括水泵及其他設(shè)備的COP。有網(wǎng)格的部分和其他部分的應(yīng)用時間大概相差5年以上。我們發(fā)現(xiàn)機(jī)組COP高，但系統(tǒng)COP也就是說直接影響用戶支出的COP并不是最合理的，而且隨著近十年的技術(shù)發(fā)展，機(jī)組的性能可能有不同程度的發(fā)展，但是系統(tǒng)應(yīng)用上十年間可能變化不是很大。

  除了以上問題，還有幾個居民反映的問題，包括費電、不熱、不會用。我們結(jié)合實際調(diào)研的案例看一下問題的解決辦法。用戶們對室外機(jī)的布置各種情況都有，很多布置過程中忽略了室外機(jī)換熱的基本原理，就是它的進(jìn)出口溫度、風(fēng)速、換熱密度問題。比如安裝在一個小空間里的室外機(jī)，影響的是進(jìn)風(fēng)溫度、濕度;機(jī)組間相互干擾，相互影響換熱;與墻體安裝得比較近，影響的是進(jìn)口風(fēng)速;一些高原地區(qū)也開始采用空氣源熱泵，但這些地區(qū)存在空氣密度的問題，以拉薩為例，空氣密度大概是北京的65%左右，這也是影響空氣源熱泵實際應(yīng)用效果的關(guān)鍵因素。

  對于上述問題，我們在規(guī)劃與布置的時候有四個應(yīng)該注意的問題：首先是對換熱條件的優(yōu)化，充分保證機(jī)組設(shè)計工況下的實驗條件;其次是盡量減少機(jī)組相互之間的影響，充分提高換熱效果;第三是減少機(jī)組在居民活動區(qū)的影響;第四是有效提高設(shè)備長期使用的高效性，特別是在塵土比較大的時候，會加劇換熱器的臟堵及系列問題。以上這些都是在規(guī)劃階段就應(yīng)該規(guī)避的主要問題。

  上面的圖是用戶說他這個房間里始終不熱。我們先看這個建筑的圍護(hù)結(jié)構(gòu)，它的窗戶是單層的，還漏風(fēng)，建筑需求太大。我們在設(shè)計與選型過程中，首先對建筑的需求要有一個有效把控，保溫條件好可以降低供暖需求。熱源側(cè)不熱的時候，要關(guān)注設(shè)備的匹配是否足夠，或者中間哪些環(huán)節(jié)有問題。

  在換熱器的形式上，宣傳中都認(rèn)為空氣源熱泵和地暖系統(tǒng)是個絕配，可以充分發(fā)揮換熱效果。但實際應(yīng)用中，實測數(shù)據(jù)證明從經(jīng)濟(jì)性來說不一定合適。地暖雖然效率高，但是向下的傳熱率比較大，這種無用的散熱量會增加系統(tǒng)的能耗水平。

  安裝對空氣源熱泵也是一個影響比較大的因素，現(xiàn)在在“煤改電”過程中，閥門安裝不到位(在最高點缺少排氣閥，最低點缺少泄水閥)、忽視管道的選擇和設(shè)備的固定等問題均有出現(xiàn)，對這些環(huán)節(jié)的關(guān)注還是不夠，需要我們加強(qiáng)安裝細(xì)節(jié)的把控。

  對供熱系統(tǒng)的選擇，有人覺得同程系統(tǒng)的管程是一樣的，寧愿增加管長也要保證水力平衡的效果，其實對于小型系統(tǒng)來說很有可能好心辦壞事�，F(xiàn)在大家都認(rèn)為水力系統(tǒng)的最不利環(huán)節(jié)應(yīng)該是最遠(yuǎn)端的管，但其實同程系統(tǒng)恰恰跟傳統(tǒng)的認(rèn)識相反，最不利環(huán)節(jié)恰恰在中間。采用同程系統(tǒng)的時候，往往是兩端熱中間不熱，中間有可能不動甚至出現(xiàn)逆流的情況，嚴(yán)重影響實際應(yīng)用效果。

  同時這里還要引申一下水力系統(tǒng)和水力平衡的設(shè)計，我們曾經(jīng)專門對一個比較大型的集中供熱系統(tǒng)進(jìn)行過測試，從設(shè)計階段優(yōu)化，僅僅是調(diào)整水力平衡，最后節(jié)約運行費用達(dá)到10%以上。

  對于系統(tǒng)的排氣，有人認(rèn)為只要開始的時候把系統(tǒng)的氣排干凈了系統(tǒng)效率就好了。其實往往并不是這樣，根據(jù)氣和水的結(jié)合方式，有三種排氣方式：氣和水分離開的，簡單進(jìn)行排氣即可;氣水混合在一起的，通過排氣閥可以部分排除;水中的溶解氣，在運行過程中不斷往外滲，需要大家重視。

  現(xiàn)在有些集中供熱系統(tǒng)都是采用地暖末端，末端用一年以后往往會發(fā)現(xiàn)不如以前熱了，原因有上述的氣體問題，地暖的水流速度低導(dǎo)致氣體的堆積，此外，在流速不足的情況下，雜質(zhì)無法有效帶走，這樣導(dǎo)致整體的運行效果不佳。所以在運行和維護(hù)中，供暖之前就要做好系統(tǒng)的準(zhǔn)備工作，如排氣、沖洗、防凍、檢漏等。

  問題二：空氣源熱泵系統(tǒng)運行噪聲偏大

  產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定夜間臥室噪聲要低于37分貝，實際安裝中，有些機(jī)組直接安裝在用戶的臥室旁邊，這個噪聲可想而知。安裝在居民的院子中，在吹風(fēng)的過程中還會造成二次噪聲的產(chǎn)生，而且對于農(nóng)村地區(qū)，越安靜的地方噪聲越明顯。所以對農(nóng)村這種安靜的地方，要更加科學(xué)地布置空氣源熱泵來降低它的噪聲，實現(xiàn)對居民影響的最小化。

  降低噪聲主要從噪聲產(chǎn)生的方法和傳遞的過程進(jìn)行控制。設(shè)備的噪聲主要有設(shè)備自身運行產(chǎn)生的噪聲，還有設(shè)備振動產(chǎn)生的二次噪聲，噪聲還會通過管道、空氣和其他介質(zhì)進(jìn)行傳遞。對它的控制，我們也可以從規(guī)劃布置、設(shè)計選型、施工驗收、運行維護(hù)等方面進(jìn)行介紹。

  規(guī)劃布置方面，盡量使有噪聲的設(shè)備遠(yuǎn)離噪聲敏感地帶，比如臥室;在設(shè)計和選型方面，可以選噪聲相對比較小的設(shè)備，從切斷聲源的角度降低噪聲;施工方面，做好機(jī)組的減震措施，同時要控制機(jī)組本身噪聲的傳遞工作，首先是采用軟連接來減少噪聲，其次是合理控制系統(tǒng)的水流速度，防止水流過快產(chǎn)生的二次影響;在運行和維護(hù)階段，做好系統(tǒng)的沖洗和排氣工作。

  問題三：空氣源熱泵的應(yīng)用離精品工程還有多遠(yuǎn)距離

  上圖是中國和日本在安裝過程中的細(xì)節(jié)把控，下圖是中國和歐盟在配件產(chǎn)品上的差距。從圖中的對比上可以看出，在安全細(xì)節(jié)的把握、居民的使用感受等很多方面，都需要我們進(jìn)一步完善。