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新型建筑供暖方式让城市的天空更蓝

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发表于 2018-9-2 12:29:42 |显示全部楼层
  采暖作为城乡居民高品质生活的一部分,其重要性不言而喻。然而,由于传统的供暖方式耗能多、污染大,冬季采暖每年已经成为我国节能减排战略目标顺利实施的障碍之一。那么,是否有一种既能满足城乡居民的采暖需求,污染又非常小、耗能比较少的新型供暖方式呢?在4月11日于北京举行的住房和城乡建设部科技项目——“空气源热泵+太阳能热利用系统+低温热水地暖组合建筑采暖系统的节能能效研究”——的成果发布会上,专家告诉我们:一个从空气和阳光中获取热源、以低温热水地面辐射供暖系统作为末端的供暖系统,就是这种新型供暖方式之一。
  据介绍,上述新型供暖方式,是指以“空气源热泵+太阳能热利用系统+低温热水地面辐射供暖系统”为供暖系统的供暖方式。这种供暖系统中的空气源热泵,可从室外空气中获取大量大自然的免费能源,并通过电能将其转移到室内。其节能原理是,使用1份电能,可以同时从室外空气中获取2份以上免费的空气能,能产生3份以上的热能,可不低于零下20℃的工作环境中正常运行。据悉,在欧洲,空气源热泵也和太阳能一样于2008年被欧盟指定为可再生能源设备。自2000年以后,随着热泵技术的成熟,在欧洲形成了将热泵技术应用于低温辐射式地板采暖的热潮,至今已经销售了几十万套。
  从2011年初开始,北京市建设工程物资协会建筑采暖分会组织大专院校、设计科研单位、企业等11家。共同承担了住建部“空气源热泵、太阳能与低温热水地暖组合建筑采暖系统的节能能效研究”科技计划项目。该课题完成了空气源热泵、太阳能与低温热水地暖及生活热水,不同组合系统技术的优化设计与示范,在多个工程项目中推广应用。其中在北京市、秦皇岛市、青岛市、上海市、重庆市和长沙市等地的房屋建筑(13项工程)中进行了重点测试。空气源热泵与低温热水地暖的组合系统冬季采暖平均能效比(COP)均超过3.0。具有运行能效高,运行费低的特点。它们完全可以满足华北等寒冷地区,(室外最低气温高于﹣17℃,建筑采暖室内平均温度保持18℃)的需求,以及华中、华东等冬冷夏热地区冬季采暖的需求。该课题于2012年11月26日通过了住建部科技项目成果验收。
  在该组合系统中,低温空气源热泵分别采用了喷气增焓压缩机或高压腔直流变速压缩机,以及“变水温”控制等新技术之后,可使空气源热泵在低温环境下启动性能更佳。当前的运行环境气温可延展到-20℃,同时还可根据环境气温进行自动调节,使建筑的舒适性和节能性最大化。
  在这种供暖系统中的低温热水地面辐射供暖系统(以下简称水地暖系统),它与散热器必须输入高温热水的情况不同,输送给它的热水的温度可低于50℃。这种末端系统如果采用预制沟槽薄型水地暖系统,输送给它的热水的温度只需35℃就可以了。以往,空气源热泵用于建筑采暖不成功的原因之一,就是在于采暖散热器要求热水的温度在60℃~80℃。在这种工作状态下,空气源热泵的能效比太低,不经济。该课题是将空气源热泵锁定在最佳的状态下工作,即提供50℃以下的热水;与高效地暖装置组合,从而优化组合成新的建筑采暖系统,即低温空气源热泵与高效地暖组合式建筑采暖系统。
  其间,课题组在北京市跟踪、测试了十多个项目。例如:北京城区南四环的鸿博家园小区测试项目(该建筑为2011年竣工经适房项目,高层板楼,围护结构按65%节能标准设计)。2011年~2012年采暖季,室外:最低温度-9.8℃,最冷日平均温度-4℃,最冷月平均温度-2.52℃。室内:整个冬季平均温度保持在20℃~22℃。地板采暖供水温度35℃。按采暖季125天,以每户建筑面积平均82平方米计算,采暖总耗电量不超过2000度,约为33 度/平方米。空气源热泵能效比(COP)在3.2以上。采暖季电费15元/平方米左右。低于同期同户型壁挂炉散热器采暖运行费用。
  北京郊区的几个测试项目中:室外温度最低的一个别墅项目冬季室外平均温度-6.2℃,最低温度-18.8℃,室内平均温度保持在20℃,空气源热泵的COP值仍可达3以上。冬季取暖加生活热水所用电费为19.7元/平方米,低于北京市燃气锅炉采暖费。在北京郊区农村新建和旧房改造项目中,采用空气源热泵、太阳能复合热源作为冬季地面辐射采暖和生活热水的热源,取得了很好的效果。如房山区西白岱村项目测试数据如下:2011年~2012年采暖季,一月份室外平均温度-4℃,最低温度-17℃,室内平均温度保持在18℃。系统采暖和生活热水总耗电量5367 度,制热能效比(COP)3.16,其中太阳能集热器面积16平方米,冬季太阳能制热供献率占总制热量约30%。
  凡达到50%节能设计标准的建筑,冬季采暖和生活用热水使用空气源热泵+太阳能的费用为14~16元/平方米;仅使用空气源热泵的为18~20元/平方米。以上电费均是以用户按2012年北京电费标准(0.49元/度)实际发生费用计算。2013年电价调整后如选用峰谷电,费用应基本相当。如选用阶梯电价每平方米费用增加4~5元。
  我国北方寒冷地区,冬季太阳光照资源较丰富。太阳能供热主要用于生活热水。因受目前技术的限制,还不能单独依靠太阳能单独解决采暖问题。经常采用的是太阳能+电锅炉辅助系统。而这种系统通常还是以耗电为主。采用太阳能和空气源复合热源解决冬季采暖和生活热水供应,是一个节能减排的好举措。若在太阳能集热器主动式采暖的同时,从建筑设计上增加房屋太阳能被动式采暖技术设施,如:加大向阳窗采光面积,安装日落后使用的保暖窗帘(挡板),使用蓄热材料等,可使太阳能的采暖供献率超过40%。
  目前使用这一技术的初投资会较大一些。用于采暖的低温空气源热泵,国内品牌每平米的初始投资约200多元,进口品牌约近300元。但运行费用低,几年内即可收回成本。如考虑该系统可兼顾夏季制冷的特性,相比其它供热方式其综合性价比的优势更为明显。
  课题组通过对住宅建筑不同供热方式的二氧化碳排放量计算结果显示:空气源热泵是二氧化碳排放量最低的几种供热方式之一。目前我国相当多的中小城市、村镇,解决采暖和生活热水仍以燃煤为主,污染严重。此项技术如向国内有条件的地区推广,将会大大减少二氧化碳排放量,为我国的“节能减排”的战略目标做出重要贡献。
  以北京郊区农村为例,据近年京郊新农村规划调查中统计,京郊农村一个采暖季需用煤347万吨,排放900万吨二氧化碳,8675吨二氧化硫,8443吨煤烟粉尘。如果一个农村家庭安装一套空气源热泵(太阳能)三联供系统,既能解决3~5口之家一年的正常生活取暖和热水需求。每年可节约燃煤3吨左右;节电230 度(或少燃2吨薪柴秸秆,相当于3.5亩林地的年生物储蓄量);减少二氧化碳排放量5~6吨;减少烟粉尘排放72公斤;减少二氧化硫75公斤。京郊有110万户需要节能改造的农村住宅,如有三分之一采用这项供热技术,即可减排二氧化碳296万吨,二氧化硫2775吨,烟粉尘2664吨。显然,这将在北京市“蓝天工程”中发挥重要作用,将让北京的天更蓝。
  目前,该项采暖技术已在北京及周边地区的民用建筑项目中得到应用。为了更好地规范和推广该项建筑节能采暖技术,北京市建设工程物资协会与北京建筑设计研究院为主编单位,组织生产厂家及建设单位等,共同编制了“住宅户式空气源热泵和太阳能生活热水系统技术导则”。该导则的主要内容包括空气源、太阳能和地暖(生活热水)组合系统的设计、施工和应用。技术导则将提供该系统的性能参数、应用条件,系统的优化组合及选配方案
  它可为非集中供暖地区的住户提供一种“住户自助式节能环保的采暖与热水供应方式”。有助于解决集中采暖地区采暖费收缴困难的窘境。随着城镇化进程的加快,居民对经济和环保需求的不断提高,推广清洁能源的采暖方式势在必行。将“低温空气源热泵、太阳能与高效地暖组合式建筑采暖系统”,作为建筑采暖新技术加以推广,将具有非常大的现实意义。
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