我國“煤改電”項目中常見問題的探討

趙俊紅 李靜宜 王海寧 武明皓

摘要：為了治理環境，改善人居環境，“煤改電”項目用來替代分散小煤爐，本文對在“煤改電”的實施過程中的外部電力增容，內部現場調研及設備選型等常見問題進行探討。

關鍵詞：空氣源熱泵系統;電力增容;系統阻力;設備選型

1、引言

空氣源熱泵系統能夠適用于我國除嚴寒地區外其他大多數地區，隨著寒冷地區“煤改電”政策的推行，空氣源作為一種高效的熱源形式被越來越多的應用到居民、學校、醫院等熱源改造中去。

從2017年國家發改委、國家能源局等十部委印發《北方地區冬季清潔取暖規劃（2017-2021年）》重點推廣“煤改電”[1]，2019年12月北京市發改委等八部位聯合發布《關于進一步加快熱泵系統應用推廣清潔供暖的實施意見》加快推動“煤改電”的進度?！蛾P于北方地區清潔供暖價格政策的意見》的發布更在運行電費上支持并推進“煤改電”的進程。

“煤改電”項目的實施關系到民生供暖，應從各階段給予高度重視。本文針對北方學校、衛生院、鎮政府等公共建筑的煤改電項目，在實施前常見問題進行探討。

2、常見問題探討

2.1改造前注意事項

在“煤改電”前，需要對電力增容、建筑物圍護結構、熱負荷、采暖末端及管網情況進行詳細的調研，以保證空氣源熱泵改造的適用性及可行性。需要注意的重點問題有以下幾個方面：

1）空氣源熱泵機組的COP一般在2.5-3之間。以某品牌額定制熱量為140KW機組為例，單臺機組的額定電負荷為40KW。原熱源是燃煤或燃氣鍋爐，熱源主要消耗電能的是循環水泵，用電量較小，使用空氣源熱泵后，設備電負荷增大，特別是多臺設備的場所，需要考慮電功率增加后帶來的電力增容問題。另外，在一些地區還有專用電及公用電兩種接入方式，其電費的記取方式也不同。所以在項目實施前應首先考慮電力增容問題，以確保項目可以實施。

2）建筑物圍護結構情況。不同年代建筑物外圍護結構不同，熱負荷也相差很大，從而導致空氣源熱泵的耗電量也有較大差異。根據文獻[3]中分別對河北省10所公共建筑及10所住宅建筑“煤改電”項目的調研，在不同圍護結構下，公共建筑供暖季耗電量差距范圍在60%左右，住宅建筑供暖季耗電量差距范圍在35%左右。由此可以看出，不同類型的圍護結構對供熱季耗熱量的影響是巨大的。在改造前對建筑物圍護結構進行詳細調研后計算采暖熱負荷，這樣有助于機組選型及減少運行電費。

3）采暖末端的情況。一般采暖末端有兩種形式：地板輻射采暖（地暖）和散熱器供暖。地暖供暖的供回水溫差一般是5-10℃，系統的水流量大。如果采暖末端是散熱器的系統，由于原燃煤或燃氣鍋爐房供回水溫度大多是85/60℃，溫差是25℃，系統水流量小，“煤改電”空氣源熱泵的供回水溫差一般是5℃，水流量大，所以一般地暖對于“煤改電”有一定的適應性，但散熱器系統需要重新核算末端的供熱能力，當供回水溫度發生變化，末端散熱器的散熱能力也相應發生了變化。當室內設計溫度18℃時，以鋼管柱306型散熱器為例計算散熱器的散熱量變化。

?C（?T）公式（2-1）

式中：Q——散熱器散熱量

C——取0.6925

N——取1.2572

當原供回水溫度為85/60℃時，單片散熱量為105W?！懊焊碾姟焙?，若供回水溫度變為50/45℃（空氣源熱泵的出水溫度會隨室外溫度的波動變而化）單片散熱量變為70W。計算后發現原末端為散熱器的系統，每組散熱器需要補充大約0.5倍甚至更多的散熱片才能滿足熱源變化后室內熱負荷

的需求。因此，對于原末端采用散熱器的系統，需同時復核采暖末端的供熱能力變化。

4）供熱管網情況。在“煤改電”項目中，保溫破損、管道腐蝕等情況會造成熱輸送損失增大，因此在項目實施前應全面了解管道的運行年限及運行狀況。另外，由于“煤改電”的實施會使得系統的供回水溫度發生變化[5]，管道阻力的也會隨之發生變化。管道系統的阻力計算及熱負荷計算公式如下：

λ2??

??????

式中：?——管道的壓力損失

λ——阻力系數

V——流速（m/s）

D——管道直徑（m）

Q=C.m.（tg-th）

式中：Q——熱負荷（KW）

C——水的比熱

M——流量，m=Sv（S：管道截面，v：流速） 公式（2-2）

公式（2-3）

由公式2-3可以看出，煤改電項目中，若熱負荷Q不變，假設當供回水溫差由25℃變為5℃時，系統流量m是原管道的5倍。如果供熱管道系統不改造，管道截面不變，則流速v是原管道流速的5倍。根據實際項目供回水溫差的變化，系統管道的流程和阻力均發生了巨大變化。

再由公式2-2，當系統流速增加，整個管道阻力均成平方關系增長。這意味著需要循環水泵有更大的流量適應空氣源熱泵的水流量，同時需要水泵有更大的揚程來克服管道阻力。

因此，當熱源改為空氣源熱泵系統后，由于供回水溫度的變化，系統的水流量及阻力均發生了變化。管網分支系統的水力失調也相應增大。在改造時，應注意各建筑物或分支處是否有裝有調節閥，若沒有，應首先在各建筑物入戶處安裝調節閥。

另外需要注意的是，在一些項目中原系統末端同時包含散熱器和地暖兩種形式。當供回水溫度發生變化時，原地暖系統不受影響，但散熱器系統阻力變化很大，這就會導致地暖和散熱器系統的阻力不平衡，可能會出現一部分散熱器不熱的情況。故，應先對采暖末端進行改造，才能保證“煤改電”后的供暖效果。

2.2機組性能曲線與熱負荷分析

在“煤改電”項目選用設備時，應結合項目地點的室外設計采暖干球溫度及空氣源熱泵的運行曲線，在空氣源熱泵制熱量進行修正后再進行設備選取，避免機組的制熱量不滿足熱負荷的需要。以某品牌額定制熱量140kW的機組為例，在室外干球溫度為7℃時，其額定制熱量為140kW，但當室外干球溫度為-12℃時，其名義制熱量為100kW。因此，在機組選型時，應當充分考慮室外環境及不同品牌的空氣源熱泵的運行曲線。

除此之外，還要注意采暖濕球溫度對機組化霜的影響，根據文獻[6]中的描述，相對濕度對空氣源熱泵的結霜會產生影響。相對濕度與機組結霜量成正相關關系，相對濕度越大，機組結霜量越大。隨著機組進水水溫升高，機組蒸發壓力和冷凝壓力升高，機組換熱量下降，從而導致傳質量下降，機組結霜量下降。

2.3設備安裝

根據《聲環境質量標準》GB3096-2008中的規定，1類聲環境功能區指以居民住宅，醫療衛生、文化教育、科研設計、行政辦公為主要供能需要保持安靜的區域?！懊焊碾姟表椖慷嘤糜趯W校、辦公及衛生院等場所，按此分類，晝間噪聲限值為55dB（A），夜間噪聲限值為45dB（A）。以某品牌額定制熱量為140KW的空氣源熱泵機組為例，其噪音值大約在68-72dB（A）之間，所以空氣源熱泵機組在布置時應注意與居民樓或辦公樓的間距，避免居民投訴。

空氣源熱泵的間距還要考慮是否有足夠的空氣流量，設備基礎的高度應根據項目地點的氣象資料確定，基座的高度應高于所在區域最大降雪高度200mm以上，還需要定期除雪、除冰，以保證機組正常運行。

另外，空氣源熱泵若布置在屋面上，應復核屋面結構承重。若機組布置在室外，在化霜時排出的冷凝水容易結冰，因此特別為保證人員安全，學校、衛生院等場所，最好設置排水溝將凝結水集中排放。

3、結論

結合相關項目實際及理論探討，對于“煤改電”項目，應注意改造的外部條件如電力增容是否具備，還需對項目現場的建筑圍護結構、供暖管

網及末端進行詳細調研，并結合影響空氣源供熱量的各因素優化設備選型，為空氣源熱泵機組找到安全的布置位置減少噪音污染。通過以上分析保證“煤改電”項目的順利實施。

參考文獻：

[1]樂慧，李好玥，江億，用空氣源熱泵實現農村采暖的“煤改電”同時為電力削峰填谷[J].中國能源2016;V38;No.11：11-15.

[2]殷仁豪，盧海勇.“煤改電”推進過程中電鍋爐和空氣源熱泵供暖系統的比較研究[J].上海節能，2020;No.9.

[3]李永，句德勝，侯靜，劉偉斌，石佳磊，河北省空氣源熱泵供暖項目調研與典型案例實測分析[J].制冷與空調，2020;V19;No.12：81-86.

[4]李道平，曲本連，朱風雷，趙愛國，低溫空氣源熱泵機組在“煤改電”應用中的評價要求分析及改進[J]2017;V17;No.3：81-84.

[5]李永，李江輝，劉偉斌，郭朝輝，付煦，帶有調峰熱源的復合式空氣源熱泵系統設計[J]2018;V18;No.8：92-95.

[6]任宗垟，吳先應，范軒，李桂強，李福水，呂東建，變頻空氣源熱泵結霜特性及除霜優化實驗研究[J]建筑熱能通風空調，2019;V38;No.11：6-10.