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28台空气源热泵采暖，压缩机烧毁达50%，如何进行升级改造？
28台空气源热泵采暖，压缩机烧毁达50%，如何进行升级改造？
煤改“空气源热泵”的隐患
随着国家重视生态环境保护的力度不断加大，“减煤换煤”、“煤改电”、“中小型燃煤锅炉取缔”等一系列的铁腕治霾政策相继出台，然而拆除中小型燃煤锅炉，采暖问题面临严峻的形势，“煤改电”成为主要的解决办法，采用电锅炉配电容量大、运行费用高，而安装简单、被市场炒的火热的空气源热泵，成了一些项目采暖改造的选择。
严寒地区零下20℃的低环温、末端老旧暖气片散热器60℃的高水温，成了空气源热泵采暖改造的硬伤。山西临汾某煤矿集团生产办公区，使用28台空气源热泵为暖气片采暖，压缩机烧毁达50%，我们一起来看看如何进行升级改造。
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进行全面的问题诊断
山西临汾某煤矿集团自2017年至2018年，按政府清洁采暖，减少雾霾的要求，对下辖各厂矿单位的供热系统进行了改造，由原来的燃煤锅炉改为空气源热泵机组供热。
气候条件
项目所在地冬季日平均最高气温5℃，日平均最低气温-9℃，最低气温为-23.4℃，因地处山区，气温比天气预报低2至5℃。
系统设计
总供热面积为48573.8㎡，其中生产区域建筑供热面积36738.3m2，热负荷2939KW，负荷指标80W/m2，原供热由燃煤锅炉集中供热，2018年燃煤锅炉停用拆除后在锅炉房北侧集中安装了“某品牌”RS-165Ⅱ/C2空气源热泵机组28台+2台200KW的电辅热器。
使用情况
2018年冬季实际运行中供水温度约40℃，能耗费用极高，而且112台压缩机烧毁56台/年，维修更换工作繁重。
按装机设备铭牌显示在室外温度7℃/6℃下，制热量170KW/台，生产区设备供热量为20台*170KW=3400KW。在室外温度-12℃/-14℃下制热量仅为108KW/台，生产区设备供热量为20台*108KW=2160KW（在环温-20℃时，空气源热泵产生的热量更低，无法满足采暖需求）。而生产区末端散热器总的热负荷需求为2939KW，按室外温度-12℃/-14℃条件考虑，单位小时有779KW的供热缺口，尤其是在此环境温度条件下，空气源热泵的实际出水温度远远低于60℃的合同规定。
供热效果
（1）供水温度最高为55℃，室外温度-12℃以下时，供水温度均低于50℃。
（2）夜间使用两台200KW电辅加热，2018年12月和2019年1月全天开启。
（3）28台空气源热泵共计配置112台压缩机，已更换56台烧毁的压缩机，年损毁率约50%。
（4）生活区地暖部分室内温度可以达到＞18℃，其余建筑物（暖气片或其他散热器）均无法达到设计要求，生产区建筑物室内温度均达不到12℃。
问题诊断
（1）空气源热泵机组装机容量不够，低温条件下空气源热泵机组制热量远不能满足末端供热负荷需求。
（2）空气源热泵机组安装间距仅为56cm，冷岛现象严重，不符合工程规范要求。
（3）两台200KW电辅加热在12月和1月期间连续运行，导致采暖运行费用极高。
（4）空气源热泵机组在低温条件下设置高温出水制热，压缩机排气温度过高、压缩比太大，不仅达不到出水温度的要求，反而导致压缩机的大量烧毁。
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系统优化升级解决方案
现有的清洁能源采暖/供冷方式中，热泵技术有着清洁环保、能效比高、运行稳定的优势，但都存在各自的适用范围和条件，为了突破单一技术运用的客观限制，通过综合技术创新和应用实践，我们提出了蓄联热泵系统，采用空气源热泵采集能量、相变蓄能调节和螺杆水水热泵提温的“双级耦合、多能互补”方式，打造“不打井、不做地埋管”的热泵蓄能复合系统，实现极端严寒天气下稳定、高效的供热效果。
蓄联热泵系统是成熟的热泵技术和蓄能技术的交叉互联、综合利用形成的创新应用系统，蓄联热泵由一次侧空气源蓄能热泵、二次侧变工况温度提升热泵组成。通过一次侧空气源热泵或浅层地热、太阳能、其他废热余热等通过相变蓄能进行多源互补的技术耦合，实现自然界所蕴含的低品位热能的采集和储存，为二次侧温度提升热泵系统提供低品位热源，构建稳定、可靠、节能的采暖系统。
1、蓄联热泵系统优化设计
采用蓄联热泵系统进行系统升级，通过原空气源热泵和相变蓄能耦合，改变原空气源热泵出水工况温度，为温度提升热泵系统提供稳定热源，进而实现60℃的高温供暖。系统配置热负荷依旧为：
36738.3m2×80W/m2≈2939KW。
2、调整空气源热泵间距
室外空气源热泵从空气中提取低品质热量，原工程安装时设备间距过小，严重影响气流的均一性，多台设备集中布置，经实测中心点温度比周边环境温度低5℃左右，大大影响了设备效率。通过工程改造，设备间距调整到1m以上，减少气流短路现象，使得换热效果得到进一步提升。
3、增设相变蓄能装置
相变蓄能装置充分发挥了相变蓄能、冷热均流和调节蓄放的功能。在环境温度过低时，空气源热泵处于自身限制而无法正常供热的状态下，蓄能模块为系统提供补充能量，确保末端系统稳定供热。按系统需求，增设23m3相变蓄能装置2个。
4、增设暖气片专用热泵机组
按热负荷2939KW设计，配置2台法凯涞玛AWHN系列暖气片专用螺杆热泵机组AWHN4002A（单台制热量1520.4KW/功率386.9KW），在不增加热泵设备制造费用的前提下，机组可稳定提供60℃供水/45℃回水，大温差小流量，与现有末端暖气片适配，取得良好的采暖效果。
5、增设智能控制系统
项目地处山沟，交通不便，现场专业技术力量不足。为此，增设了蓄联热泵智能控制系统，能够实现变工况自适应调节、直供/联供自动切换，触摸屏人机交互界面，具备“开机/关机”、“手动/自动”、“运行状态”、“参数设置”、“报警信息”、“能效分析”等界面。对空气源热泵控制器优化升级，与新增设备深度耦合可根据环境温度的变化自适应调节供水温度，为温度提升热泵提供了稳定热源。智能控制系统的加入，更适应低温环境的高效、稳定的供热运行，实现了远程控制、无人值守的效果。
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改造升级后供热效果
严寒低温天气运行情况
低温天气期间，空气源热泵加载运行，蓄能装置释放热量补充调节，热源温度波动较小，温度提升热泵供热温度稳定。在11:00至18:00白天环温较高时段，建筑物热负荷需求降低，蓄联热泵系统通过自动调节出水温度将部分高效富余制热能力转化为热能蓄存，此期间空气源热泵根据环温和供水温度进行自适应调节。
低温雨雪天气运行情况
1月4日为雨夹雪天气，1月7日为大雪天气，全天气温都较低为-12℃，湿度较大。蓄联热泵系统中，热源侧的空气源热泵出现多次化霜现象，空气源热泵供水温度波动幅度加大，此时段，蓄能装置通过控制调节进行能量补偿，实现了热源侧温度的稳定平衡，确保了使用侧稳定供热。
末端散热器温度
在2019年12月25日对系统运行情况进行抽样检测，在凌晨3:00（环境温度为-13℃）对500万吨洗煤厂建筑物及采暖散热器进行了采样，散热器表面温度可达50.3℃，室内温度达13℃。相比原空气源热泵采暖，同等天气条件下，散热器表面温度提升8℃左右，建筑物室内温度提升5℃左右，均超过采暖设计要求。
空气源热泵设备性能大幅提升
（1）蓄联热泵系统综合能效比提升约30%左右。
（2）空气源热泵改变了出水工况，使得设备运行的冷凝温度和冷凝压力降低，最大压缩比由24.33降至10.57，仅为原空气源热泵系统供暖的43.4%。压缩机始终处在高效、稳定的运行区间运行，设备故障率降低，可靠性提升。
（3）蓄联热泵系统中空气源热泵出水工况改变，使得压缩机的排气温度降低，相比原空气源热泵设定60℃供热时，排气温度降低50%左右，大大降低了低环温条件运行时压缩机烧毁的风险，而且大幅提升了设备的使用寿命。
能耗费用降低
升级后蓄联热泵系统功耗为1614KW，原空气源热泵系统功耗为1678KW（不含400KW电辅热）。空气源实际启动设备数量减少50%，原电辅热装置未使用。根据数据统计，2019年12月1日至2020年2月18日期间，蓄联热泵系统主要设备启动运行时间计算，采暖的平均负荷系数为60%左右，供暖数据监测时间80天，平均电价0.5652元/KWh，建筑面积36738.3m2，层高5.4米，折合为建筑（按层高3米计）供暖面积65713.2㎡，仍按建筑面积计算单位面积运行费用为：29元/m2。比原有系统节能30%左右。
蓄联热泵技术介绍
蓄联热泵系统是成熟的热泵技术和蓄能技术的交叉互联、综合利用形成的创新应用系统，蓄联热泵由一次侧空气源蓄能热泵、二次侧变工况温度提升热泵组成。通过一次侧空气源热泵或浅层地热、太阳能、其他废热余热等通过相变蓄能进行多源互补的技术耦合，实现自然界所蕴含的低品位热能的采集和储存，为二次侧温度提升热泵系统提供低品位热源，构建稳定、可靠、节能的采暖系统。该系统通过综合创新有效地突破了单一技术运用的物理极限，蓄能模块拓展和改善了水源热泵和空气源热泵的使用条件，克服各自的限制和性能弱点，不仅设备压缩比降低、维护成本减少、设备寿命延长，而且系统稳定性提升、能够在极端严寒的天气稳定供热。