赵县，是空气源热泵用于整个城市集中供热的开创性工程，是全国、也可能是全球最大的空气源热泵集中采暖项目!

 

      赵县整个县城主城区，每隔几公里，便有一座由几十台空气源热泵整齐排列而成的宏大设备群，类似这样的区域能源站，供热量少则200kW，大的近20000kW，目前总共建成了44座，散布在县城的各个角落，彰显着这座城市的不同。

 

 

      本文章将完整复盘赵县大型空气源热泵集中供暖项目的整个历程。

 

      一、打造 “赵县模式”，推动行业跨越向区域集中领域

 

      长期以来，空气源热泵以灵活、稳定、节能、环保等特点，广泛应用在集中供热覆盖不及的分布式供暖中，使用效果得到了广泛验证。但是像赵县这样，完全替代热电联产、区域锅炉房等集中供热形式，应用在整个城市，尚算头一遭，是独一无二的“赵县模式”。

 

 

      1.1 供暖范围大

 

项目服务整个赵县城区，供热范围内建筑总面积407万㎡，总供热能力达到了139680kW。

 

      1.2 分布式集中供暖，应用灵活

 

赵县原本由两个热电厂集中供热，现在由44座区域能源站提供分布式集中供暖，大大缩短了供热半径。

 

      1.3 单个区域能源站规模大

 

44座能源站中，规模最大的白云天州站供热面积达到了648461㎡，供热能力18720kW。

 

      1.4 无人值守、自动管理

 

搭载智能控制系统和物联网技术，可以在PC和移动端实现远程查看、开关、调整参数的自动管理效果。

 

      1.5 运行成本低、节能效益高

 

截止2020年3月15日24时，采暖时长4个月，采暖季费用约13.23元/㎡，比同期燃气锅炉采暖省51%。

 

      二、方案定档历程回顾，历史性工程奠基

 

      赵县城区供热范围内建筑总面积407万㎡，原依靠利民热电厂、赵县热电厂产生的高温蒸汽作为热源，由于设备老化、小马拉大车、供热事故频发等严重问题，难以满足赵县日益增长的供热需求。

 

      2018 年 10 月 26 日，赵县中机国能热源供热有限企业成立，结合赵县城镇发展规划，为赵县制定了清洁能源供热解决方案，抛弃传统燃煤锅炉等高耗能高污染供热模式，经过 2018-2019 采暖季运行及调研，最终决定采用空气源热泵作为清洁供热方式。

 

      该项目供暖末端建筑面积407万㎡，末端形式为暖气片+地暖。

 

      根据2018-2019采暖季运行资料，对供热项目改造方案确定提供了有利支撑，本项目涉及工程范围：热源站的重新分布，老旧管网的合理改造、电力配套等，总投资见表3-1：

 

表3-1

 

      三、44座区域能源站拔地而起，支脉管网遍及全城

 

      方案定档之后，建设工作随即跟上，根据方案设计，改建44座热源站，其中居民供热站36座。

 

      汇总2019-2020年冬季36座居民热源站实际覆盖的供热区域、总建筑面积、热源设备标牌总耗电功率及总供热能力等见表4-1：

 

表4-1

 

      为匹配末端用户冬季取暖用热需求，对原有管网进行改造：

 

 

3.1 整体管网形式为支状管网，呈树枝状布置，布置简单，基建投资少，运行管理方便。

 

3.2 热网铺设方式有地下直埋式和地上架空式两种，两种各占50%，无地沟敷设形式。

 

3.3 管网供热半径保持在2公里以内，大部分在1公里以内。

 

      供热半径指的是从热源到最远热用户的管道长度，一般热电厂供热半径可以达到20公里以上，长途输送的热量损失极其严重，还会带来冷凝水回收等一系列问题。

 

      空气源热泵区域能源站布置靠近用户端，通过降低供热半径，大大降低了热量损失，热源站供热半径统计表如下：

 

表4-3

 

      四、设计方法集大成，八大角度透析案例

 

      4.1大回风面积比

 

通过对设备及风道优化设计，增大回风面积比，有效降低局部空气死循环情况的发生，实现机组高效运行。

 

      4.2  串并联加热技术

 

项目采用串联二级加热形式，根据供暖季的负荷变化情况，还可以实现一、二级模式切换。充分匹配管网实际情况，降低系统运行能耗。

 

      4.3 节能控制技术

 

智能模块化控制，实现按需分配。当末端负荷变化时，调节机群启动百分比，降低机群运行能耗;同时单台机组可以根据末端负荷变化自动卸载和加载。

 

      4.4超低温喷气增焓

 

机组采用高效喷气增焓压缩机，适应当地冰冷气候下高压缩比和高压差工况，低温条件下制热能力衰减系数小，运行能效高。可控制安全的排气温度，稳定性好。

 

      4.5 AI智能除霜技术

 

采用高效四通阀、换热器材料优化、智能判定逻辑等技术，解决冬季化霜封堵死机问题，减少结霜概率，把握除霜时机。

 

      4.6 群控自动管理技术

 

搭载智能控制系统和物联网技术，将现场的水温、机组运行状态等呈现在PC和移动端，实现强大的远程查看、控制、调节的自动管理效果。

 

      4.7 最佳性能组合

 

根据赵县环境温度分布特点、针对性的调整空气源热泵能效，将空气源热泵的效率发挥到最大。

 

      4.8 冷凝水集中排放

 

各热源站站点冷凝水集中排放设计，并配备电伴热防冻，保证冷凝水冬季不结冰，排放不会对居民生活造成困扰。

 

      五、首战大捷，采暖费13.23元/㎡，经济效益喜人

 

      项目于2019年11月开始交付并投入使用，一整个采暖季的平稳运行过后，对全县36所热源站对应的73个供热区域进行了实地调查，收回问卷数量为356份，均为有效答卷。问卷调查覆盖了赵县全县范围。

 

在所有调研热用户中，大部分热用户家中室温保持在18℃-22℃，既满足了热用户要求，又没有浪费能源。对本采暖季室温统计如下表：

 

表6-1

 

      截止2020年3月15日24时，采暖时长4个月，空气源供热系统总用电量为100372522度电，实际缴纳电费4300万元，采暖季耗用电费约13.23元/㎡，详见表6-2，初年便取得了喜人的成果。

 

表6-2

 

      其中部分站点由于电网不能就位等因素，采用燃气锅炉作为热源，每个采暖季燃气费用约 27.27 元/㎡，详见表6-3。在河北地区采暖季时天然气的供应非常紧张，且运行稳定性较低。

 

表6-3

 

      对比分析可知：采用空气源热泵供热相比天然气锅炉供热节省成本51%，每个采暖季可节约运行费用5714万元，取得经济效益十分惊人。

 

      六、先进经验总结，深远潜力待挖掘

 

      6.1 末端热水二次梯级利用

 

由于2019年至2020采暖季需要按时供热，施工周期比较紧张，大面积的暖气片和地暖用户采用了同一管网并联使用，导致部分用户家里温度过高，浪费了一部分热量。

 

改进措施：将部分采用暖气片回水及供回水混合后作为地暖供水。

 

 

      6.2 二次换热改为一次直供

 

目前城区还有少部分站点采用的是二次换热方式，强制提高空气源热泵的供水温度，降低空气源热泵的效率，从而增加运行费用。

 

改造措施：将部分不匹配站点供热形式由二次换热改为一次直供。

 

 

      6.3 运行方式实现不停机降耗运行

 

在空气源热泵的供热工作中，部分设备停机时，空气源热泵的冷凝器会散失一部分热量，往往都是通过关闭膨胀阀、或者进出水口做二通阀实现变流量设计等来缓解此问题。

 

改进措施：对空气源热泵的蒸发器和风机进行优化设计，配合串并联的优化系统设计，实现空气源热泵的冷凝器零热损来降低耗能。

 

 

      6.4 模块自动调温设定

 

在整个采暖季期间、末端负荷是随着环境温度而变化，通常在运营期间会在环境温度发生比较明显变化的情况下调节供水温度，存在严重滞后性。

 

改进措施：针对此项目进行一个采暖季的数据统计，设计一款适合本项目的温度补偿器，即根据环境温度自动调温系统在满足供热需求的情况下高效节能。

 

 

      6.5 尽量降低管网输送距离

 

针对空气源热泵热源站的选址影响因素较多，而部分热源站距离末端用户较远，热水输送过程的热损失较大。

 

改进措施：针具实际情况规划热源站位置，比如在楼顶采用更小型的设备供热，这样震动和风噪上都能在一个合理的接受范围，同时管网的热损较低。

 

 

      6.6 跑冒滴漏”问题排查

 

供热系统中“跑冒滴漏”问题，甚至还存在小部分用户不正确的“偷水、漏水”等行为。在整个运营期间由于有老旧供热系统，跑冒滴漏严重，补水量达到了139238吨。

 

改进措施：在运营前对整个供热系统管网、末端进行检查，运营过程中加强维护管理。

 

 

      七、用户真实体验，比数据更动人

 

      随机采访当地居民，询问空气源热泵采暖感觉有何不同。受访用户话一开闸便像竹筒倒豆子一样表达支撑：

 

      “以前用的集中供暖不稳定，有的时候热得燥，有的时候却根本不热，使用效果不稳定，现在室温基本没有波动，常年非常暖和;去年冬天，明显的感觉到雾霾天少了，天更蓝了，灰尘也更少了。车站附近的那家宾馆，有js33333线路登录的技术人员长期值守，有了问题随时过去处理，大家当地人都知道，心里很踏实。”

 

 

      好的产品和技术，不一定是要颠覆人们的生活，冬天更暖和一点，天更蓝一点，心更踏实一点，也就够了。

 

      空气源热泵城镇集中供暖，获得了行业前所未有的关注，“赵县模式”究竟算不算成功?成功经验能不能复制?

 

      八、政府与专家评议先进性，推广“前哨”稳固成“桥头堡”

 

      月前，河北省赵县主城区空气源热泵分布式集中供暖项目”评议会在河北赵县隆重召开！

 

会议成立的专家评议组，通过了解项目的背景、技术指标、运行状况、经济和社会效益等内容，结合现场实地考察，通过质询研讨，一致认为：该项目是目前空气源热泵国内供热面积最大的示范项目，综合指标达到国内领先水平。

 

 

      如果说“赵县模式”的开创，是空气源热泵推向城镇供暖的“前哨”，那么经过了一个采暖季良好使用效果，经过了政府工作人员和领域专家的一致认可之后，“前哨”最终稳固成为一座“桥头堡”。