王宇航，王巍，張?zhí)?，潘東旭，孔令杰

（中國(guó)建筑第八工程局有限公司東北分公司，遼寧 大連 116021）

目前，寒冷地區(qū)的臨建供暖多采用分體式空調(diào)，但其在室外氣溫降低的時(shí)候，效率下降嚴(yán)重，在室外溫度低于-7℃時(shí)無(wú)法啟動(dòng)。寒冷地區(qū)1月份的平均氣溫在-10～0℃，分體式空調(diào)不能夠滿足供暖需求。臨建往往缺少市政熱源，進(jìn)一步制約了熱源的可選擇性。如何較為經(jīng)濟(jì)合理地解決臨建的供暖需求，是臨建供暖亟需解決的問(wèn)題。

近年來(lái)，隨著空氣源熱泵應(yīng)用補(bǔ)氣增焓技術(shù)的成熟，擴(kuò)大了熱泵在低溫下的運(yùn)行性能和穩(wěn)定性，可實(shí)現(xiàn)在室外溫度-25℃的工況下穩(wěn)定供熱。因此，在缺少市政熱源、使用電供暖耗能?chē)?yán)重的臨建供暖中，低溫型空氣源熱泵是一個(gè)節(jié)能、穩(wěn)定的選擇。本文以空氣源熱泵系統(tǒng)在寒冷地區(qū)臨建中的應(yīng)用為研究對(duì)象，從供暖末端、熱源選型進(jìn)行研究。

1 供暖末端的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與分析

實(shí)驗(yàn)地點(diǎn)選取在北京一處建筑工地的臨建，熱源為低溫型空氣源熱泵，可在室外氣溫為-15℃的工況下無(wú)電輔助運(yùn)行。選取2層（總共2層）的3個(gè)不把邊的房間，分別設(shè)置風(fēng)機(jī)盤(pán)管、散熱器、地?zé)?，每個(gè)房間的尺寸：長(zhǎng)度6m、寬度3m、高度2.5m。屋面和墻體采用75mm厚巖棉保溫雙面彩鋼夾芯板，彩鋼厚度為0.5mm，導(dǎo)熱系數(shù)：0.057W/（m?K）。3個(gè)房間分別設(shè)置溫度自計(jì)儀，風(fēng)機(jī)盤(pán)管、散熱器、地?zé)岱旨鞣謩e配置熱量表及溫控裝置，在室外放置1臺(tái)溫度自計(jì)議。設(shè)備及儀表的詳細(xì)參數(shù)如表1所示，安裝示意圖見(jiàn)圖1～3。

表1 設(shè)備及儀表

圖1 地?zé)岱旨靼惭b示意圖

圖2 散熱器安裝示意圖

圖3 風(fēng)機(jī)盤(pán)管安裝示意圖

2 供暖末端的對(duì)比分析

選取2021年1月10日的測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，當(dāng)日室外最高溫度在14:00，為2.2℃，室外最低溫度在07:00，為-3.9℃，日平均溫度-0.96℃。地?zé)?、散熱器、風(fēng)機(jī)盤(pán)管的供回水溫度如圖4所示。

圖4 地?zé)帷⑸崞?、風(fēng)機(jī)盤(pán)管的供回水溫度

由圖可知：地?zé)?、散熱器、風(fēng)機(jī)盤(pán)管的供水溫度基本相同，散熱器的回水溫度最高，地?zé)岽沃L(fēng)機(jī)盤(pán)管最低。風(fēng)機(jī)盤(pán)管的供回水溫差是地?zé)岬?.69倍，是散熱器的2.06倍。

地?zé)?、散熱器、風(fēng)機(jī)盤(pán)管的流量如圖5所示。

圖5 地?zé)?、散熱器、風(fēng)機(jī)盤(pán)管的流量

由圖可知：散熱器的流量最大，平均流量為0.72m3/h；地?zé)岬牧髁看沃?，平均流量?.64m3/h；風(fēng)機(jī)盤(pán)管的流量最小，平均流量為0.54 m3/h。

地?zé)帷⑸崞?、風(fēng)機(jī)盤(pán)管的散熱量如圖6所示。

圖6 地?zé)?、散熱器、風(fēng)機(jī)盤(pán)管的散熱量

由圖可知：風(fēng)機(jī)盤(pán)管的散熱量最大，平均散熱量為1.49kW；地?zé)岬纳崃看沃?，平均散熱量?.93kW；散熱器的散熱量最小，平均散熱量為0.86kW。

綜上可知：在地?zé)?、散熱器、風(fēng)機(jī)盤(pán)管3種末端中，風(fēng)機(jī)盤(pán)管的供回水溫差最大、流量最小、散熱量最大，是空氣源熱泵系統(tǒng)在臨建供暖中最為理想的末端選擇。

3 熱源分析

在進(jìn)行空氣源熱泵的選型之前，首先，要對(duì)熱負(fù)荷進(jìn)行計(jì)算。臨建的熱負(fù)荷主要由圍護(hù)結(jié)構(gòu)的熱傳導(dǎo)形成的熱負(fù)荷和門(mén)窗縫隙產(chǎn)生的冷風(fēng)滲透（侵入）形成的熱負(fù)荷組成。取2021年2月17日上午11:00的風(fēng)機(jī)盤(pán)管的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，散熱量：1417W，室外溫度為-0.2℃，室內(nèi)溫度為18℃。通過(guò)計(jì)算本實(shí)驗(yàn)單間房間的熱負(fù)荷，得到在室外溫度為-0.2℃、室內(nèi)溫度為18℃時(shí)，圍護(hù)結(jié)構(gòu)的熱傳導(dǎo)的負(fù)荷為417W，可得門(mén)窗縫隙產(chǎn)生的熱負(fù)荷為1000W?？梢?jiàn)冷風(fēng)滲透（侵入）負(fù)荷占比71%。根據(jù)其他時(shí)段的實(shí)測(cè)參數(shù)，當(dāng)室外溫度在-8.9～-0.2℃時(shí)，冷風(fēng)滲透的熱負(fù)荷占比在60%～74%。其次，在進(jìn)行熱泵機(jī)組選型時(shí)，應(yīng)考慮熱泵的熱量衰減，不可依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)工況（室外氣溫7℃）來(lái)確定機(jī)組容量。在熱泵技術(shù)較為領(lǐng)先的日本選用采暖度日數(shù)HDD＜3000的推薦標(biāo)準(zhǔn)。我國(guó)寒冷地區(qū)1月份的室外平均溫度為-10～0℃，低溫型空氣源熱泵機(jī)組能夠在-15℃的工況下無(wú)電輔助運(yùn)行，可以滿足寒冷地區(qū)冬季絕大部分時(shí)間的供熱要求。但是對(duì)于極端最低氣溫，寒冷地區(qū)的大多數(shù)區(qū)域均低于-15℃。如果以極端最低氣溫來(lái)進(jìn)行空氣源熱泵機(jī)組的配置，一方面需要選用可在室外氣溫為-25℃的運(yùn)行的超低溫型熱泵機(jī)組；另一方面機(jī)組配置的容量也會(huì)增大。這兩方面都會(huì)造成機(jī)組的投資增加。盡管由于極端低氣溫出現(xiàn)的時(shí)段短、機(jī)率小，但是如果末端采用風(fēng)機(jī)盤(pán)管的形式，其蓄熱性差，供水溫度下降對(duì)室內(nèi)溫度的影響比較明顯，因此建議增設(shè)電暖氣作為補(bǔ)充熱源，同樣可作為熱泵機(jī)組故障時(shí)的備用熱源，提高供熱的可靠性。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)實(shí)驗(yàn)分析可知，在采用空氣源熱泵供暖的臨建中：

（1）在地?zé)?、散熱器、風(fēng)機(jī)盤(pán)管三種供暖末端形式中，采用風(fēng)機(jī)盤(pán)管所需流量最小，散熱效果最佳。

（2）臨建的熱負(fù)荷中，冷風(fēng)滲透（侵入）形成的熱負(fù)荷占比較大，通常大于60%。

（3）寒冷地區(qū)采用風(fēng)機(jī)盤(pán)管作為供暖末端的系統(tǒng)中，為了應(yīng)對(duì)極端低溫天氣和熱泵故障，建議在房間增設(shè)電暖氣作為備用熱源。