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空气源热泵技术建筑应用指南》介绍

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发表于 2018-9-2 12:54:15 |显示全部楼层
  12月22日,住房和城乡建设部科技与产业化发展中心博士侯隆澍出席“热立方杯”第六届中国空气源热泵供暖高峰论坛,发表题为《介绍》的演讲,他重点介绍了《空气源热泵技术建筑应用指南》的工作背景及编制思路,并根据实际工程案例存在的实际问题,从规划、设计、选型、施工和运行等层面分享了提高空气源热泵建筑应用运行效果的技术措施。以下为演讲实录。
  近几年,环境污染问题是一个大家比较关注的热点问题,尤其是雾霾问题。研究表明,冬季的集中供暖是造成雾霾的主要原因,由于集中供暖,冬季的污染物排放量远远高于夏季1.5~2倍以上。为此,国家开始推进北方地区冬季清洁供暖,并在“2+26”城市(京津冀大气污染传输通道)开展了首批试点工作。
  上述的政策背景为空气源热泵的应用提供了一个很好的契机,特别在2017年,空气源热泵出现了进一步的大规模增长。但是,与此同时,有些问题也暴露出来,包括布置不科学、施工不规范、选型不合理、运行问题多等。为了解决这些问题,我中心承担了《空气源热泵技术建筑应用指南》(以下简称《指南》)的编制工作。
  在北方地区特别是北京地区,空气源热泵的应用以热水供暖为主,所以《指南》以空气源热泵冷热水机组建筑应用为核心。《指南》的定位主要是是实现从热源侧到用户侧的衔接,用于解决供暖中的实际问题。
  重点想解决四个方面的问题:一是分析空气源热泵供暖系统与传统供暖系统的区别;二是有哪些标准做法能实现系统的高效应用;三是现在的工作中,特别是一些农村地区“煤改电”的过程中,有哪些错误的做法值得关注;四是对于错误的做法,我们应该如何解决,最终实现编制《指南》的目的。这些内容有些是技术性的,有些是常识性的,我们希望统筹介绍技术性和常识性的内容,充分提高空气源热泵的实际应用效果,用良好的用户反馈来进一步促进空气源热泵行业的发展。
  先简单介绍一下《指南》的框架,包括总则、规划与布置、设计与选型、施工与验收、运行与维护、工程评价、附录,共7章62节。下面主要从三个问题切入,简单介绍一下《指南》的具体内容。
  有句话叫“前车之鉴,后事之师”,我们从过去几年一些热泵项目的实测数据来分析一下存在的问题。上图是我们在同一个地区选择的地源热泵的实际应用效果,蓝色加灰色是机组COP,灰色是实际的系统COP,即包括水泵及其他设备的COP。有网格的部分和其他部分的应用时间大概相差5年以上。我们发现机组COP高,但系统COP也就是说直接影响用户支出的COP并不是最合理的,而且随着近十年的技术发展,机组的性能可能有不同程度的发展,但是系统应用上十年间可能变化不是很大。
  除了以上问题,还有几个居民反映的问题,包括费电、不热、不会用。我们结合实际调研的案例看一下问题的解决办法。用户们对室外机的布置各种情况都有,很多布置过程中忽略了室外机换热的基本原理,就是它的进出口温度、风速、换热密度问题。比如安装在一个小空间里的室外机,影响的是进风温度、湿度;机组间相互干扰,相互影响换热;与墙体安装得比较近,影响的是进口风速;一些高原地区也开始采用空气源热泵,但这些地区存在空气密度的问题,以拉萨为例,空气密度大概是北京的65%左右,这也是影响空气源热泵实际应用效果的关键因素。
  对于上述问题,我们在规划与布置的时候有四个应该注意的问题:首先是对换热条件的优化,充分保证机组设计工况下的实验条件;其次是尽量减少机组相互之间的影响,充分提高换热效果;第三是减少机组在居民活动区的影响;第四是有效提高设备长期使用的高效性,特别是在尘土比较大的时候,会加剧换热器的脏堵及系列问题。以上这些都是在规划阶段就应该规避的主要问题。
  上面的图是用户说他这个房间里始终不热。我们先看这个建筑的围护结构,它的窗户是单层的,还漏风,建筑需求太大。我们在设计与选型过程中,首先对建筑的需求要有一个有效把控,保温条件好可以降低供暖需求。热源侧不热的时候,要关注设备的匹配是否足够,或者中间哪些环节有问题。
  在换热器的形式上,宣传中都认为空气源热泵和地暖系统是个绝配,可以充分发挥换热效果。但实际应用中,实测数据证明从经济性来说不一定合适。地暖虽然效率高,但是向下的传热率比较大,这种无用的散热量会增加系统的能耗水平。
  安装对空气源热泵也是一个影响比较大的因素,现在在“煤改电”过程中,阀门安装不到位(在最高点缺少排气阀,最低点缺少泄水阀)、忽视管道的选择和设备的固定等问题均有出现,对这些环节的关注还是不够,需要我们加强安装细节的把控。
  对供热系统的选择,有人觉得同程系统的管程是一样的,宁愿增加管长也要保证水力平衡的效果,其实对于小型系统来说很有可能好心办坏事。现在大家都认为水力系统的最不利环节应该是最远端的管,但其实同程系统恰恰跟传统的认识相反,最不利环节恰恰在中间。采用同程系统的时候,往往是两端热中间不热,中间有可能不动甚至出现逆流的情况,严重影响实际应用效果。
  同时这里还要引申一下水力系统和水力平衡的设计,我们曾经专门对一个比较大型的集中供热系统进行过测试,从设计阶段优化,仅仅是调整水力平衡,最后节约运行费用达到10%以上。
  对于系统的排气,有人认为只要开始的时候把系统的气排干净了系统效率就好了。其实往往并不是这样,根据气和水的结合方式,有三种排气方式:气和水分离开的,简单进行排气即可;气水混合在一起的,通过排气阀可以部分排除;水中的溶解气,在运行过程中不断往外渗,需要大家重视。
  现在有些集中供热系统都是采用地暖末端,末端用一年以后往往会发现不如以前热了,原因有上述的气体问题,地暖的水流速度低导致气体的堆积,此外,在流速不足的情况下,杂质无法有效带走,这样导致整体的运行效果不佳。所以在运行和维护中,供暖之前就要做好系统的准备工作,如排气、冲洗、防冻、检漏等。
  产品标准规定夜间卧室噪声要低于37分贝,实际安装中,有些机组直接安装在用户的卧室旁边,这个噪声可想而知。安装在居民的院子中,在吹风的过程中还会造成二次噪声的产生,而且对于农村地区,越安静的地方噪声越明显。所以对农村这种安静的地方,要更加科学地布置空气源热泵来降低它的噪声,实现对居民影响的最小化。
  降低噪声主要从噪声产生的方法和传递的过程进行控制。设备的噪声主要有设备自身运行产生的噪声,还有设备振动产生的二次噪声,噪声还会通过管道、空气和其他介质进行传递。对它的控制,我们也可以从规划布置、设计选型、施工验收、运行维护等方面进行介绍。
  规划布置方面,尽量使有噪声的设备远离噪声敏感地带,比如卧室;在设计和选型方面,可以选噪声相对比较小的设备,从切断声源的角度降低噪声;施工方面,做好机组的减震措施,同时要控制机组本身噪声的传递工作,首先是采用软连接来减少噪声,其次是合理控制系统的水流速度,防止水流过快产生的二次影响;在运行和维护阶段,做好系统的冲洗和排气工作。
  上图是中国和日本在安装过程中的细节把控,下图是中国和欧盟在配件产品上的差距。从图中的对比上可以看出,在安全细节的把握、居民的使用感受等很多方面,都需要我们进一步完善。
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