燃氣鍋爐+空氣源熱泵耦合供熱系統(tǒng)的應用效果分析
0引言
隨著天然氣價格不斷攀升，供暖企業(yè)經(jīng)濟負擔日益增大，迫切需要一種既能保障用戶用熱需求，也可降低運行成本的供熱方式。該論文提出一種“燃氣鍋爐+空氣源熱泵”耦合的供熱系統(tǒng)，空氣源熱泵作為主要熱源，燃氣鍋爐為調峰熱源，結合實際工況，分析耦合供暖系統(tǒng)在節(jié)能、節(jié)碳、經(jīng)濟等方面的具體表現(xiàn)。
1燃氣鍋爐與空氣源熱泵優(yōu)缺點分析
1.1 燃氣鍋爐優(yōu)缺點
優(yōu)點：與其他清潔能源供熱相比，燃氣鍋爐投資成本低，管理方便；天然氣集中供熱會對煙氣妥善處理，減少污染物排放。缺點：天然氣供熱仍會排放二氧化碳；另一方面，國內天然氣資源匱乏，價格處于高位運行，其高運行成本也成為供熱企業(yè)亟需解決的重大問題。1.2 空氣源熱泵優(yōu)缺點
優(yōu)點：空氣源熱泵以空氣作為熱泵的低位熱源，能源來源穩(wěn)定；運行安全、穩(wěn)定；使用過程中，無有毒有害、氨氮氣體排放，無傳統(tǒng)鍋爐燃燒殘渣，其二氧化碳排放均由外購電力造成。缺點：投資成本較大，供熱受室外氣溫影響較大，尤其在北方嚴寒地區(qū)，室外氣溫過低會影響機組制熱量，機組能效比低，供熱效果不穩(wěn)定。2燃氣鍋爐+空氣源熱泵耦合形式燃氣鍋爐+空氣源熱泵的耦合方式可分為串聯(lián)和并聯(lián)。當系統(tǒng)運行流量僅可滿足空氣源熱泵運行要求，且系統(tǒng)流量變化范圍不超過熱源適應范圍時，可采用串聯(lián)耦合供暖系統(tǒng)。當系統(tǒng)運行流量可同時滿足空氣源熱泵、燃氣鍋爐運行要求，且系統(tǒng)流量變化范圍不超過熱源適應范圍時，可采用并聯(lián)耦合供暖系統(tǒng)。兩種耦合供暖系統(tǒng)的比較如表1所示。
3燃氣鍋爐+空氣源熱泵耦合系統(tǒng)應用案例
3.1 項目基本情況
2023年承德熱力集團對五道溝鍋爐房進行升級改造，原鍋爐房所帶小區(qū)既有供暖面積5.13萬m2，鍋爐房為地上獨立建筑，裝配3臺燃氣熱水鍋爐，供暖季平均運行2臺即可滿足既有供暖面積。2022-2023年運行期，每平米耗氣10.46m3，每平米耗電2.07kwh。3.2 改造技術方案
基于理論可行性分析以及對現(xiàn)場實際條件勘察后，鍋爐房電容量余量充足，且室外具有加裝空氣源熱泵的空間。本項目根據(jù)實際需求，采用并聯(lián)耦合方式，增加14臺空氣源熱泵安裝在原有鍋爐房院內，作為主供熱熱源，每臺制熱量為120kw、制熱輸入功率為58kw、運行流量為22.4m3/h、出水溫度41℃，鍋爐房內燃氣鍋爐作為備用熱源。
3.3 運行模式分析
燃氣鍋爐+空氣源鍋爐耦合供熱系統(tǒng)運行流程如圖1所示。本項目所在地冬季室外氣溫偏低，供熱前期及中期住宅建筑能耗為供暖期最大時間段，單使用空氣源熱泵系統(tǒng)無法滿足用戶的用熱需求，采用“空氣源熱泵+天然氣鍋爐”的供熱形式，此時閥門1、4開啟，閥門2、3關閉。3月份，室外氣溫升高，空氣源熱泵機組COP處于平均高值段，僅用空氣源熱泵供熱即可滿足用戶用熱需求，閥門1、3開啟，閥門2、4關閉。當空氣源熱泵發(fā)生故障或需要停運檢修時，燃氣鍋爐單獨運行，此時閥門2、4開啟，閥門1、3關閉。
3.4 運行效果分析
3.4.1 實際運行情況
2023-2024年供暖期，空氣源熱泵為主供暖設備，原燃氣鍋爐為調峰設備。供暖天數(shù)152天，月平均溫度4.02℃，實際供暖面積5.11萬m2，供暖戶605戶，產(chǎn)熱19065GJ、耗氣量26.36萬m3、耗電量108.01萬kwh、耗水量70噸。
3.4.2 經(jīng)濟性分析
2023-2024年供暖期，運行成本較同期減少23元/m2。本項目改造工程投資共計花費275.66萬元，靜態(tài)投資回收期約2.4年。
3.4.3 社會效益
1）供暖效果
項目運行期間，空氣源熱泵系統(tǒng)供暖輸出穩(wěn)定，末端部分用戶家中溫度未出現(xiàn)異常，用戶反映良好，室溫求助率下降18%。另一方面，通過對不達標用戶測溫，改造后平均室溫由17℃提升為18.2℃，供暖效果提高。
2）減排效果
2022-2023年度供暖期，使用燃氣鍋爐供熱共消耗電量116.23MWh、天然氣58.50萬m3，相當于排放1104tCO2。2023-2024年度供暖期，使用“燃氣鍋爐+空氣源熱泵耦合”供熱方案，減少天然氣使用量約27.14萬m3，期間耗電1080.06MWh、天然氣26.36萬m3，相當于排放1084 tCO2，較改造前減少20.42tCO2，減排效果顯著。
4結論
該論文通過對燃氣鍋爐與空氣源熱泵耦合供熱系統(tǒng)技術方案、經(jīng)濟效益和社會效益的探討，主要結論如下：
經(jīng)濟效益上，本系統(tǒng)與單獨燃氣鍋爐供熱相比，一年運行費用可省23元/m2，靜態(tài)投資回收期2.4年。社會效益上，改造后供暖效果提升，室溫不達標用戶室內溫度平均上升1.2℃。同時，改造后每個運行期可減少排放20.42 tCO2。這種耦合系統(tǒng)實現(xiàn)了節(jié)能降耗及減少污染物目標，具有很強的可實施性，為今后該技術在供熱領域提供了借鑒依據(jù)。
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