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某办公建筑空气源热泵供暖改造分析 山东电力建设第一工程有限公司 单美群*摘 要 对济南市某办公楼热源替换改造从方案实施到费用估算进行论证，认为利用低温空气源热泵采暖替代市政热源采暖既能腾挪出集中供热份额，又能节省采暖费用，为既有项目热源改造提供参考。关键词 办公建筑；热源改造；空气源热泵 Analysis of Air Source Heat Pump Heating Transformation In An Office Building Shan Meiqun Abstract The paper analyzes the transformation of heat source in an office building in Jinan City from the implementation of the program to the cost estimation,and believes that using low-temperature air source heat pump to replace municipal heat source heating can not only move out the share of central heating,but also save the heating cost,which can provide a reference for the existing project heat source transformation Keywords Office building;Heat source transformation;Air source heat pump 0 引言 热泵起源于 1824 年卡诺提出的卡诺循环理论，1924 年空气能热泵技术被发明，但并未被人们充分认识和真正使用。直到上世纪 60 年代世界范围内爆发能源危机，热泵以其可利用低温废热，节约能源的优点，重新受到人们重视。我国空气源热泵技术研究起步比较早，从 2008年以来空气源热泵市场呈现持续快速增长态势。近年来，在国家“煤改电”政策的号召下空气源热泵供暖系统在长江中下游地区越来越普及，这一趋势也影响着华北等寒冷地区的冬季供暖方式1。为了改善空气源热泵在严寒寒冷地区冬季气候的适应性，采用喷气增焓、双级压缩、制冷剂蒸汽喷射技术、智能除霜等新技术的低温空气源热泵应运而生，可以在-25的室外空气温度下低温运行，性能系数和制热量均有所提升2-6。低温空气源热泵出水温度在 4055，非常适合采用风机盘管供暖的系统。尤其适合采用风机盘管系统的办公建筑、学校建筑。办公建筑集中空调的特点主要白天运行，冬季白天室外空气温度一般都在 0以上，低温空气源热泵能够在高效区运行，室外空气温度较低情况多出现在夜间，利用夜间低谷电价，低温空气源热泵低负荷运行防冻，使得低温空气源热泵采暖系统运行费用远低于市政集中供热。随着城市化的进程，北方城市住宅供暖面积逐年增加，造成大城市集中供热热源供热能力不足，既有 办公建筑热源改造利用低温空气源热泵采暖，既可以腾挪出集中供热份额供给居民采暖，又可以降低采暖费用，具有改造优势。1 建筑概况 济南市某办公楼地上共 24 层，建筑面积约为38192m2。主要功能为办公。办公楼采用中央空调，设置一套独立的冷热源系统，冷源采用水冷冷水机组，设置 2 台单台制冷量 1758kW 的离心式冷水机组和 1 台单台制冷量 879kW 的螺杆冷水机组供回水温度 7/12，热源由城市热网提供，设置 3 台单台换 热 量 1350kW 的 板 式 换 热 器，供 回 水温 度62/50。空调末端为风机盘管和空调箱。2 设备选型 根据 2021 年采暖季运行数据，选取用热负荷最大一天，具体参数如表 1 所示。表 1 采暖季运行数据 日期 水流量/(m3/h)供水温度/回水温度/换热量/kW 环境温度/备注2021.12.2924 92 47 1235-35 一次侧 该采暖季办公大楼用热负荷最大一天为12月29日，用热负荷为 1235kW，由于办公楼有 5 层空置，当地冬季供暖室外温度为-5.3，实际耗热量远低于设计热负荷。因极端天气以及空气源热泵设备存在化霜、低温衰减情况，综合考虑，确定需配置额定工况制热量 167kW 的低温空气源热泵机组 19 台，折合空调冷负荷指标约 83W/m2。2023 年 9 月 洁净与空调技术CC&AC 第 3 期*单美群，女，1988 年 11 月生，硕士研究生，工程师 250102 山东省济南市高新区经十东路7000号汉峪金谷A2-6号楼15169051523 E-mail: 收稿日期：2023-04-14 3 设备、管路布置 根据现场实际情况，空气源热泵置于屋顶，需有立管自房顶引至制冷机房，办公楼管道井没有空间敷设管道，为减少对办公人员的影响，考虑利用冷却塔循环水管冬季做空气源热泵的供回水管路使用，通过增设阀门实现冬、夏季设备运行转换。采用高等级过滤器，设置两级过滤，同时根据现场需要设置水处理机组，定期进行过滤器清理，并且在季节切换时，酌情通过增加药剂的形式进行处理水锈、脏污，清理冷却侧管路。电源侧改造方案为：1 台空气源热泵的电源取自变压器低压侧的 380V 开关柜中的备用回路（需占用1 个含 NSX100N-100A 塑壳断路器的备用回路），其余 18 台空气源热泵的电源与原有冷水机组的电源为同一个，设电源手动切换柜、运行时保证空气源热泵和冷水机组不同时带电。4 运行费用 调用济南市 2019 年-2022 年气象站的气象参数，根据 2019-2022 年采暖季冬季室外空气温度预测空气源热泵运行的负荷率及耗电量。耗电量计算公式：W=Q设X（tn-t 设）/（tn-t 实）/COP 式中：W 为机组耗电量，（kWh）；Q设为设计热负荷，取 2236kW（机组环境温度-7.7制热量）；tn为室内设计温度，取 18；t设为冬季空调计算干球温度，取-7.7；t实为当地 2019 年-2022 年气象站记录的实际气象参数，；COP 为机组能效比，取 2.5。测算 2019 年-2022 年空气源热泵机组供暖运行费用如表 2表 4 所示。表 2 2019 年采暖季预测空气源热泵运行费用 日期 耗电量/kWh 电费/万元电价 0.83/(元/kWh)2019.11 85098.00 7.06 2019.12 204219.87 16.95 2020.1 225314.67 18.70 2020.2 169132.16 14.04 2020.3 62239.72 5.17 总计 746004.42 61.92 表 3 2020 年采暖季预测空气源热泵运行费用 日期 耗电量（kWh）电费（万元）电价 0.83（元/kWh）2020.11 83209.92 6.91 2020.12 240563.11 19.97 2021.1 220167.96 18.27 2021.2 146206.78 12.14 2021.3 92605.77 7.69 总计 782753.54 64.97 表 4 2021 年采暖季预测空气源热泵运行费用 日期 耗电量/kWh 电费/万元电价 0.83/(元/kWh)2021.11 66571.77 5.53 2021.12 188223.86 15.62 2022.1 220723.84 18.32 2022.2 201162.52 16.70 2022.3 33975.95 2.82 总计710657.94 58.98 根据以上 3 个表格，预测空气源热泵运行费用取2019 年-2021 年运行费用均值，为 62 万元（电价 0.83元/kWh）。5 投资收益比较(见表 5)表 5 初投资、收益汇总表 序号名称 价格1 市政采暖费1480000 元2 空气源热泵机组运行费用 620000 元3 风机盘管系统清洗128600 元4 每年节省金额731400 元5 设备建安总投资包含以下各项：3894554 元 空气源热泵设备2033000 元 安装费用490783 元 电气费用1177770.8 元 水处理设备193000 元 办公大楼进行供暖热源替换改造，初投资费用约389 万元，按照电费单价 0.83（元/kWh），工程实施后与市政热源采暖费用相比每年节省的运行费用约73 万，静态投资回收期 5.3 年。6 结语 对济南市某办公楼热源替换改造从方案实施到费用估算进行论证，认为改造方案可行。利用低温空气源热泵采暖替代市政热源采暖既能腾挪出集中供热份额，又能节省采暖费用，为既有项目热源改造提供参考。参考文献 1 杨铭.改善空气源热泵低温适应性的技术研究D.哈尔滨 工业大学,2007 2 胡青松,吴玉庭,马重芳.适合严寒地区的先进热泵采暖技 术J.建设科技,2016,(02)3 吴玥,刘馨,梁传志,黄凯良,李画.低温空气源热泵的发展现 状与关键技术指标J.建设科技,2019,(10)4 张明,张然然,齐学芳.喷气增焓空气源热泵技术在办公建 筑中的应用J.区域供热,2019(04):70-75.DOI:10.16641/ 11-3241/tk.2019.04.012.5 黄喜文.双级压缩空气源热泵系统综合性能的模拟优化 研究D.湖南大学,2020.DOI:10.27135/ki.ghudu.2020.003376.6 孙茹男,罗会龙.空气源热泵除霜研究现状及展望J.制冷 与空调（四川）,2020,34(05).52.洁净与空调技术CC&AC 第3期