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作
者：
王凯，任福松，崔楚阳，任丛楠，马坤茹
第一作者单位：
河北科技大学建筑工程学院
摘自《煤气与热力》2023年7月刊
王凯，任福松，崔楚阳，等
.
商业大厦清洁供暖改造方案技术经济性分析
［J］.
煤气与热力，
2023，43（7）
：A28-A31.
1
概述
随着国家对大气环境治理力度的不断加大，清洁供暖引起广泛关注，农村地区由最初的散煤供暖逐步发展为电供暖（含空气源热泵供暖）、燃气供暖等新型供暖技术，城市由过去的锅炉房逐步发展为热电联供集中供暖。国家推进北方地区清洁供暖，制定《北方地区冬季清洁取暖规划（
2017
—
2021
年）》，将改善民生与环境治理相结合，坚持宜气则气、宜电则电、宜煤则煤、宜热则热，大力推进清洁供暖。截至
2019
年底，北方地区清洁供暖率达
55%
，比
2016
年提高
21
个百分点。
空气源热泵作为一种结构简单、运行稳定的供暖装置得到了应用，但低温环境下能效降低、易结霜等问题也制约其发展
［
1-4
］
。国内外学者采用相变蓄热技术，克服空气源热泵在低温环境下能效降低、易结霜等问题
［
5
］
。
Chen
等人
［
6
］
提出并实验研究配置相变储能装置的太阳能空气源热泵系统，克服了蒸发器结霜问题，提高了极端天气条件下空气源热泵制热性能系数。操乐成等人
［
7
］
设计了一套针对北方农村住宅的多能互补供暖系统，系统由太阳能集热器、空气源热泵、户用水源热泵组成，由太阳能集热器、空气源热泵为户用水源热泵提供低温热水，由相变储能装置恒温调节，经测试，系统在晴天工作能效比高达
4.7
，阴天能效比为
3.6
，解决了一般空气源热泵与建筑负荷不匹配、除霜带来运行波动等问题。周珏等人
［
8
］
在兰州某家属楼设计了一套由一级侧空气源热泵和相变蓄能装置、二级侧水源热泵组成的联合热泵系统，空气源热泵与相变蓄能装置结合，为水源热泵提供稳定热源。
本文以石家庄某商业大厦为研究对象，对清洁供暖改造方案的技术经济性进行分析。
某商业大厦位于河北省石家庄市，供暖时间为
11
月
15
日至次年
3
月
15
日。供暖期日平均气温最高
8
℃，日平均气温最低
-2.4
℃。大厦每日
8
：
00
—
22
：
00
正常供暖，夜间采用值班供暖。
商业大厦共
13
层，建于
2006
年，室内供暖装置为散热器，供暖楼层为
5~13
层，供暖面积为
9 600 m
2
。于
2020
年底，实施外墙外保温改造。保温改造后供暖热指标取
47 W/m
2
，经计算，商业大厦供暖设计热负荷为
451.2 kW
。
商业大厦原采用空气源热泵联合蓄热式电
锅炉
供暖系统。在供暖期，空气源热泵易出现能效降低、易结霜等问题，影响供暖效果。虽然蓄热式电锅炉实现了电力的移峰填谷，但并非真正意义上的节能。因此，考虑在保留室内供暖装置的基础上，对原供暖系统进行清洁供暖改造（原供暖装置均不保留）。供暖系统于
2019
年
10
月
8
日开始改造，
11
月
5
日改造完成。
3
清洁供暖改造
清洁供暖系统见图
1
。清洁供暖系统主要由空气源热泵机组、蓄能罐（采用相变蓄热材料）、水源热泵机组组成。直供模式：根据供暖热负荷延续时间图，在空气源热泵机组满足供暖热负荷且室外温度高于
0
℃时，仅开启空气源热泵机组供暖。水源热泵机组、一级侧循环泵、蓄能罐循环泵停用，供热循环泵运行。阀
2
、
3
、
5
关闭，阀
1
、
4
开启。联供模式：当室外温度小于等于
0
℃时，空气源热泵机组仅用于制备
15~20
℃低温水，并将该部分热量储存在蓄能罐中，水源热泵机组利用蓄能罐中热量制备热水用于供暖。空气源热泵机组、水源热泵机组、一级侧循环泵、蓄能罐循环泵、供热循环泵运行。阀
1
、
4
关闭，阀
2
、
3
、
5
开启。
选用
2
台额定制热量为
85 kW
的空气源热泵机组、
1
台额定制热量为
45 kW
的空气源热泵机组，额定输入电功率分别为
32
、
17 kW
。水源热泵机组为螺杆式机组，额定制热量为
454 kW
，额定输入电功率为
119 kW
。选用
1
台
5 m
3
蓄能罐。
水源热泵机组配置高效半封闭双螺杆压缩机，可实现
4
级或无级调节，依据用户侧负荷需求精确匹配热量输出。通过高性能电子膨胀阀精确调节制冷剂流量、过热度，膨胀阀采用平衡软管进行制冷剂调节，避免了长期运行振动以及应力集中导致铜管开裂和制冷剂泄漏。
清洁供暖系统配置了智能控制系统。可实现变工况自适应调节，自动切换直供、联供模式，利用云平台实现远程控制，监测运行状态，可对系统运行数据进行采集、分析和控制管理优化，实现无人值守、自动控制、节能运行。此外还配置了自适应控制器，实现蓄能罐蓄能、放能的匹配和自动调节。
在
2021
—
2022
年供暖期，在每日的
14
：
00
，测量大厦第
5
层典型房间的室内温度，其他楼层不定时测量。测量结果显示，室内温度可保持在
20~22
℃，供暖效果良好且稳定。
4
经济性分析
清洁供暖系统造价包括设备购置费、工程安装及附属设施费等，清洁供暖系统造价见表
1
。由表
1
可知，清洁供暖系统造价为
67
×
10
4
元。原供暖系统造价为
60
×
10
4
元。
表
1
清洁供暖系统造价
改造前后，供暖系统均由单独电能表计量供暖期耗电量，取当时电价计算电费。
改造前，
2018
—
2019
年供暖期，原供暖系统年电费为
13.9
×
10
4
元
/a
。
改造后，
2019
—
2020
年供暖期，清洁供暖系统年电费为
7.81
×
10
4
元
/a
。
2020
—
2021
年供暖期，清洁供暖系统年电费为
7.62
×
10
4
元
/a
。
2021
—
2022
年供暖期，清洁供暖系统年电费为
8.27
×
10
4
元
/a
。受新冠肺炎疫情影响，
2019
—
2020
年、
2020
—
2021
年供暖期大厦均出现较长时间的关闭情况，电费并不具备代表性，因此大厦年电费取
2021
—
2022
年供暖期的数据（
8.27
×
10
4
元
/a
）。与改造前相比，清洁供暖系统年电费降低
40.5%
。
年维修管理费取系统造价的
3%
。由此可计算得到，原供暖系统年运行成本（年电费与年维修管理费之和）为
15.70
×
10
4
元
/a
，清洁供暖系统年运行成本为
10.28
×
10
4
元
/a
。
图
2
原供暖系统、清洁供暖系统年费用随系统生命周期的变化
清洁供暖系统利用相变蓄热技术，缓解空气源热泵在低温环境下能效降低、易结霜等问题，适用于供暖期室外温度持续偏低的北方地区。供暖期，清洁供暖系统运行稳定、高效，室内温度可保持在
20~22
℃。与改造前相比，清洁供暖系统年电费降低
40.5%
。系统生命周期一定时，清洁供暖系统年费用小于原供暖系统，清洁供暖系统的经济性更优。
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