本文以邯鄲地區(qū)為例，分析氣候條件對(duì)空氣源熱泵使用的影響，對(duì)比電采暖和燃?xì)夤┡氖褂觅M(fèi)用。

1 電采暖的三種形式

電采暖的形式有三種：1)電熱膜供暖是供暖方式之一，它是一種以電力為能源，通過(guò)紅外線輻射進(jìn)行傳熱的新型供暖方式。2)電鍋爐也稱電加熱鍋爐、電熱鍋爐，它是以電力為能源并將其轉(zhuǎn)化成為熱能，從而經(jīng)過(guò)鍋爐轉(zhuǎn)換，向外輸出具有一定熱能的蒸汽、高溫水或有機(jī)熱載體的鍋爐設(shè)備。3)空氣源熱泵主要由電動(dòng)機(jī)、壓縮機(jī)、工質(zhì)冷凝換熱器和工質(zhì)蒸發(fā)換熱器組成。電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)，對(duì)工質(zhì)進(jìn)行壓縮，使之進(jìn)行冷凝、蒸發(fā)循環(huán)。

2 燃?xì)獠膳療崴疇t

燃?xì)獠膳療崴疇t是具有采暖功能和熱水功能的一種燃?xì)馄骶?。采暖水通過(guò)熱交換器吸收燃?xì)馊紵筢尫懦龅臒崃?，是一次換熱。采暖水通過(guò)換熱器加熱生活熱水，生活熱水不直接與熱煙氣接觸，是二次換熱。燃燒用的空氣取自室外，燃燒后的煙氣排至室外。采暖水在內(nèi)置循環(huán)泵的動(dòng)力下從出水口流出經(jīng)室內(nèi)的暖氣片或地暖管與室內(nèi)的冷空氣換熱后經(jīng)回水口流回?zé)峤粨Q器，與煙氣換熱。

3 四種形式運(yùn)行費(fèi)用對(duì)比

3.1 供暖費(fèi)用的比較

設(shè)供暖房屋面積為120 m2，采暖熱指標(biāo)為40 W/m2，年采暖時(shí)間為120天，每天采暖時(shí)間為24 h。運(yùn)行費(fèi)用計(jì)算方法如下：

(1)供熱能力計(jì)算：一個(gè)采暖季所需熱量為：Qh=q×S×T×t×/1000=40 ×120×120×24/1000=13824kWh=49766MJ。

式中：Q—供熱能力kW；q—采暖熱指標(biāo)W/(m2·h)；S—采暖房面積m2；Qh —采暖季所需熱量kWh ；T—天數(shù)，天；t—每天小時(shí)數(shù)，h/天。

這間房屋采暖需要供熱能力為4.8kW。

(2)采暖費(fèi)用計(jì)算：設(shè)天然氣高位熱值為36MJ/m3。天然氣價(jià)格按2016年1月1日起邯鄲市主城區(qū)居民生活管道用氣實(shí)行階梯價(jià)格，用電電壓等級(jí)不滿1千伏的用戶，第一檔峰段電價(jià)為每千瓦時(shí)0.55元、谷段電價(jià)為0.3元，電價(jià)取平均值0.42元/kWh。設(shè)空氣源熱泵的制熱性能系數(shù)COP為3.0，燃?xì)獠膳療崴疇t熱效率90%，電熱膜熱效率100%，電鍋爐熱效率100%。四種供熱方式的年采暖費(fèi)用見(jiàn)表1。表1數(shù)據(jù)表明，電鍋爐和發(fā)熱電纜/電熱膜費(fèi)用最高，不具備競(jìng)爭(zhēng)力。

眾所周知，電價(jià)一直是國(guó)家補(bǔ)貼，實(shí)際的電價(jià)應(yīng)該是多少呢？從天然氣直接轉(zhuǎn)換為電能，不考慮其他任何成本，蒸汽輪機(jī)燃?xì)廨啓C(jī)聯(lián)合循環(huán)的發(fā)電效率較高，可達(dá)到50 %，所以1 m3氣可發(fā)5度電，也就是0.2 m3氣發(fā)一度電。以山西太原為例，當(dāng)前煤炭發(fā)電成本為0.3元/kWh左右，而國(guó)內(nèi)天然氣發(fā)電成本隨機(jī)組不同而異，約為0.7～1.0 元/kWh，是煤炭發(fā)電成本的2～3倍。

3.2 其他因素對(duì)供暖費(fèi)用的影響

(1) 補(bǔ)貼力度：在2014上海分布式能源國(guó)際論壇上，有專家透露，上海、長(zhǎng)沙兩地都已推出針對(duì)天然氣分布式能源的補(bǔ)貼政策，而北京市的補(bǔ)貼標(biāo)準(zhǔn)也將出爐，專家認(rèn)為補(bǔ)貼力度將達(dá)到0.2元/kWh。以0.8元/kWh計(jì)算，一個(gè)采暖季空氣源熱泵的費(fèi)用是3733元。3733元是按空氣源熱泵采暖季的綜合能效比COP為3計(jì)算的。

(2) 氣候條件：空氣熱能作為空氣源熱泵的主要熱源，氣溫高低直接影響到空氣源熱泵機(jī)組的空氣源熱泵的制熱性能系數(shù)COP值；當(dāng)氣溫接近零度時(shí)，空氣源熱泵機(jī)組蒸發(fā)器容易結(jié)霜，智能除霜會(huì)增加機(jī)組能耗，也會(huì)降低空氣源熱泵機(jī)組的空氣源熱泵的制熱性能系數(shù)COP值。當(dāng)空氣溫度低于零度時(shí)，機(jī)組效率下降，并且當(dāng)環(huán)境溫度低于-5℃時(shí)，機(jī)組效率極低，甚至無(wú)法開(kāi)機(jī)冬季室外機(jī)組需要頻繁停機(jī)除霜，其結(jié)果是除霜損失約占熱泵總能耗的10.2 %，如普通3P機(jī)就要增加300瓦電能浪費(fèi)。有些地區(qū)因?yàn)榭諝鉂穸却?，一般?dāng)環(huán)境溫度5℃時(shí)外機(jī)就開(kāi)始結(jié)霜。使用5年的老機(jī)組8 ℃左右就開(kāi)始結(jié)霜。輔助加熱時(shí)空氣源熱泵的制熱性能系數(shù)COP要小于1。

邯鄲屬典型的暖溫帶半濕潤(rùn)大陸性季風(fēng)氣候，日照充足，雨熱同期，干冷同季，隨著四季的明顯交替，依次呈現(xiàn)春季干旱少雨，夏季炎熱多雨，秋季溫和涼爽，冬季寒冷干燥。年平均氣溫14℃，最冷月份（一月）平均氣溫-2.5 ℃，極端最低氣溫-20 ℃，最熱月份（七月）平均氣溫27℃，極端最高氣溫42.5℃，全年無(wú)霜期200天，年日照2557小時(shí)。根據(jù)邯鄲采暖季的氣溫圖表統(tǒng)計(jì)（版面問(wèn)題，省略部分圖表）可知：120天采暖季內(nèi)最高氣溫低于5度的天數(shù)33天，最低氣溫低于0度的有86天，超過(guò)2/3的天數(shù)內(nèi)空氣源熱泵運(yùn)行在除霜狀態(tài)。

根據(jù)以恩施地區(qū)為例空氣源熱泵在冬季結(jié)霜工況下供熱性能研究數(shù)據(jù)，可類推邯鄲地區(qū)一個(gè)采暖季將會(huì)有40%的時(shí)間在制熱性能系數(shù)COP值小于1的狀態(tài)運(yùn)行。電價(jià)按0.42元/kWh，按40 %的天數(shù)在制熱性能系數(shù)COP值等于1的狀態(tài)運(yùn)行，60 %的天數(shù)在制熱性能系數(shù)COP值等于3的狀態(tài)運(yùn)行, 一個(gè)冬季采暖費(fèi)用要3476元。電價(jià)按0.8元/kWh，按40%的天數(shù)在制熱性能系數(shù)COP值等于1的狀態(tài)運(yùn)行，60 %的天數(shù)在制熱性能系數(shù)COP值等于3的狀態(tài)運(yùn)行，一個(gè)冬季采暖費(fèi)用要6620元?？諝庠礋岜玫氖″X(qián)只是用戶的支出省了，而這是建立在國(guó)家補(bǔ)助的基礎(chǔ)上，用戶量越多國(guó)家補(bǔ)助的就越多。

4 結(jié)語(yǔ)

空氣源熱泵的理想高效工作區(qū)與采暖用戶的大量供熱需求區(qū)從時(shí)間看是偏離的。簡(jiǎn)單地說(shuō)，就是一年之中用戶在三九天比剛?cè)攵瑫r(shí)每天需要的熱量更大，用戶在夜里10點(diǎn)比下午兩點(diǎn)更迫切需要供熱。這些時(shí)間段反而是空氣源熱泵能效相對(duì)比較差的時(shí)候。我們需要去考慮，在不利工況時(shí)間段內(nèi)，用戶最基本的供暖效果。所以，空氣源熱泵并不能真正取代壁掛爐在分戶采暖應(yīng)用中的地位。但空氣源熱泵在特定的工況及時(shí)間內(nèi)的制熱性能系數(shù)COP還是非常高的，可以作為壁掛爐供暖的有效補(bǔ)充。所以采用混合能源集成系統(tǒng)是保證用戶生活需求及舒適度的同時(shí)，最大化地降低整體運(yùn)行能耗的更好選擇。目前在全球一些重要分戶供暖市場(chǎng)已經(jīng)得到大量應(yīng)用。

（本文發(fā)表于《供熱制冷》雜志9月刊技術(shù)交流欄目）作者：1、蔡志鵬  2、 何貴龍（1、東莞新奧燃?xì)庥邢薰? 2、中國(guó)市政工程華北設(shè)計(jì)研究總院）