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(guó)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(diǎn)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(shí)際工程案例存在的實(shí)際問(wèn)題，從規(guī)劃、設(shè)計(jì)、選型、施工和運(yùn)行等層面分享了提高空氣源熱泵建筑應(yīng)用運(yùn)行效果的技術(shù)措施。以下為演講實(shí)錄。

  工作背景

  近幾年，環(huán)境污染問(wèn)題是一個(gè)大家比較關(guān)注的熱點(diǎn)問(wèn)題，尤其是霧霾問(wèn)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(guó)家開(kāi)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(kāi)展了首批試點(diǎn)工作。

  上述的政策背景為空氣源熱泵的應(yīng)用提供了一個(gè)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(zhǎng)。但是，與此同時(shí)，有些問(wèn)題也暴露出來(lái)，包括布置不科學(xué)、施工不規(guī)范、選型不合理、運(yùn)行問(wèn)題多等。為了解決這些問(wèn)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(jiǎn)稱(chēng)《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。《指南》的定位主要是是實(shí)現(xiàn)從熱源側(cè)到用戶(hù)側(cè)的銜接，用于解決供暖中的實(shí)際問(wèn)題。

  重點(diǎn)想解決四個(gè)方面的問(wèn)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(shí)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(guò)程中，有哪些錯(cuò)誤的做法值得關(guān)注;四是對(duì)于錯(cuò)誤的做法，我們應(yīng)該如何解決，最終實(shí)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(shí)性的，我們希望統(tǒng)籌介紹技術(shù)性和常識(shí)性的內(nèi)容，充分提高空氣源熱泵的實(shí)際應(yīng)用效果，用良好的用戶(hù)反饋來(lái)進(jìn)一步促進(jìn)空氣源熱泵行業(yè)的發(fā)展。

  先簡(jiǎn)單介紹一下《指南》的框架，包括總則、規(guī)劃與布置、設(shè)計(jì)與選型、施工與驗(yàn)收、運(yùn)行與維護(hù)、工程評(píng)價(jià)、附錄，共7章62節(jié)。下面主要從三個(gè)問(wèn)題切入，簡(jiǎn)單介紹一下《指南》的具體內(nèi)容。

  問(wèn)題一：空氣源熱泵系統(tǒng)運(yùn)行效果欠佳

  有句話叫“前車(chē)之鑒，后事之師”，我們從過(guò)去幾年一些熱泵項(xiàng)目的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)來(lái)分析一下存在的問(wèn)題。上圖是我們?cè)谕�一個(gè)地區(qū)選擇的地源熱泵的實(shí)際應(yīng)用效果，藍(lán)色加灰色是機(jī)組COP，灰色是實(shí)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(shí)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(shuō)直接影響用戶(hù)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(wèn)題，還有幾個(gè)居民反映的問(wèn)題，包括費(fèi)電、不熱、不會(huì)用。我們結(jié)合實(shí)際調(diào)研的案例看一下問(wèn)題的解決辦法。用戶(hù)們對(duì)室外機(jī)的布置各種情況都有，很多布置過(guò)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(wèn)題。比如安裝在一個(gè)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(kāi)始采用空氣源熱泵，但這些地區(qū)存在空氣密度的問(wèn)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(shí)際應(yīng)用效果的關(guān)鍵因素。

  對(duì)于上述問(wèn)題，我們?cè)谝?guī)劃與布置的時(shí)候有四個(gè)應(yīng)該注意的問(wèn)題：首先是對(duì)換熱條件的優(yōu)化，充分保證機(jī)組設(shè)計(jì)工況下的實(shí)驗(yàn)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(dòng)區(qū)的影響;第四是有效提高設(shè)備長(zhǎng)期使用的高效性，特別是在塵土比較大的時(shí)候，會(huì)加劇換熱器的臟堵及系列問(wèn)題。以上這些都是在規(guī)劃階段就應(yīng)該規(guī)避的主要問(wèn)題。

  上面的圖是用戶(hù)說(shuō)他這個(gè)房間里始終不熱。我們先看這個(gè)建筑的圍護(hù)結(jié)構(gòu)，它的窗戶(hù)是單層的，還漏風(fēng)，建筑需求太大。我們?cè)谠O(shè)計(jì)與選型過(guò)程中，首先對(duì)建筑的需求要有一個(gè)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(shí)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(wèn)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(gè)絕配，可以充分發(fā)揮換熱效果。但實(shí)際應(yīng)用中，實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)證明從經(jīng)濟(jì)性來(lái)說(shuō)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(wú)用的散熱量會(huì)增加系統(tǒng)的能耗水平。

  安裝對(duì)空氣源熱泵也是一個(gè)影響比較大的因素，現(xiàn)在在“煤改電”過(guò)程中，閥門(mén)安裝不到位(在最高點(diǎn)缺少排氣閥，最低點(diǎn)缺少泄水閥)、忽視管道的選擇和設(shè)備的固定等問(wèn)題均有出現(xiàn)，對(duì)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(duì)供熱系統(tǒng)的選擇，有人覺(jué)得同程系統(tǒng)的管程是一樣的，寧愿增加管長(zhǎng)也要保證水力平衡的效果，其實(shí)對(duì)于小型系統(tǒng)來(lái)說(shuō)很有可能好心辦壞事。現(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(shí)同程系統(tǒng)恰恰跟傳統(tǒng)的認(rèn)識(shí)相反，最不利環(huán)節(jié)恰恰在中間。采用同程系統(tǒng)的時(shí)候，往往是兩端熱中間不熱，中間有可能不動(dòng)甚至出現(xiàn)逆流的情況，嚴(yán)重影響實(shí)際應(yīng)用效果。

  同時(shí)這里還要引申一下水力系統(tǒng)和水力平衡的設(shè)計(jì)，我們?cè)��?jīng)專(zhuān)門(mén)對(duì)一個(gè)比較大型的集中供熱系統(tǒng)進(jìn)行過(guò)測(cè)試，從設(shè)計(jì)階段優(yōu)化，僅僅是調(diào)整水力平衡，最后節(jié)約運(yùn)行費(fèi)用達(dá)到10%以上。

  對(duì)于系統(tǒng)的排氣，有人認(rèn)為只要開(kāi)始的時(shí)候把系統(tǒng)的氣排干凈了系統(tǒng)效率就好了。其實(shí)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(kāi)的，簡(jiǎn)單進(jìn)行排氣即可;氣水混合在一起的，通過(guò)排氣閥可以部分排除;水中的溶解氣，在運(yùn)行過(guò)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(huì)發(fā)現(xiàn)不如以前熱了，原因有上述的氣體問(wèn)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(wú)法有效帶走，這樣導(dǎo)致整體的運(yùn)行效果不佳。所以在運(yùn)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(wèn)題二：空氣源熱泵系統(tǒng)運(yùn)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(shí)際安裝中，有些機(jī)組直接安裝在用戶(hù)的臥室旁邊，這個(gè)噪聲可想而知。安裝在居民的院子中，在吹風(fēng)的過(guò)程中還會(huì)造成二次噪聲的產(chǎn)生，而且對(duì)于農(nóng)村地區(qū)，越安靜的地方噪聲越明顯。所以對(duì)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(lái)降低它的噪聲，實(shí)現(xiàn)對(duì)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(guò)程進(jìn)行控制。設(shè)備的噪聲主要有設(shè)備自身運(yùn)行產(chǎn)生的噪聲，還有設(shè)備振動(dòng)產(chǎn)生的二次噪聲，噪聲還會(huì)通過(guò)管道、空氣和其他介質(zhì)進(jìn)行傳遞。對(duì)它的控制，我們也可以從規(guī)劃布置、設(shè)計(jì)選型、施工驗(yàn)收、運(yùn)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(jì)和選型方面，可以選噪聲相對(duì)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(shí)要控制機(jī)組本身噪聲的傳遞工作，首先是采用軟連接來(lái)減少噪聲，其次是合理控制系統(tǒng)的水流速度，防止水流過(guò)快產(chǎn)生的二次影響;在運(yùn)行和維護(hù)階段，做好系統(tǒng)的沖洗和排氣工作。

  問(wèn)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(guó)和日本在安裝過(guò)程中的細(xì)節(jié)把控，下圖是中國(guó)和歐盟在配件產(chǎn)品上的差距。從圖中的對(duì)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。