基于CO₂空气源热泵供暖工程的既有建筑供暖室内外参数设计与实践

目录CONTENTS 02理论分析 03案例分享 04未来想法 01研究背景 目录CONTENTS 02理论分析 04未来想法中国城镇供热协会 碳达峰十大行动 节能降碳增效行动 城乡建设碳达峰行动 交通运输绿色低碳行动循环经济助力降碳行动绿色低碳科技创新行动碳汇能力巩固提升行动绿色低碳全民行动各地区梯次有序碳达峰行动 一零二零年，中国将提高国家自主贡献力度，采取更加有力的政策和措施，氧化碳排放力争于2030年前达到峰值，努力争取2060年前实现碳中和。 《“十四五“建筑节能与绿色建筑发展规划》 《城乡建设领域碳达峰实施方案》 2加强地热能等可再生能源利用，推广皮用地热能，空气热能，生物质能等解决建纸采暖，生活热水，次手等用能带求鼓励各地根与地热能瓷源及建筑需求天地册宜维广使用地酒热杂技术，村地表水资源丰言的长江流域等地区，积极发展地表水原热象：在南保T国激的市提下稳安推广地下水流点，在需足工婴冷热平面及不影利增下空间开发利用的情况下，排广我层土境源热票技术，在进打资源详估，环境感南评价基础主采用梯级利用方式开底中深层地热能开发利润，在寒冷地区，夏热冬冷地区租极推广电气热能热杂技术应用，在正发区开庭超低品空针媒热菜技未及商品应用合理发属生 （九）优化皮市建设用能结构，推违建洗太阳纯光优一体化建设，到2025年看建公法机构建筑，新建厂房属项光伏授率力达到5%，推动院机公共建筑量顶加装太阳能光优系统。加快备光代用推在无用能资源较丰高地区及有移定热水嘉求的电筑中，保投推广装阳能光热建筑应用国城制宜推造北态能物质能应推广空气源萍各类电动热泵技术司到2025年城街生活热水欢事点电电此发展：到2030年建纯月电点建带能耗比例超过65% “热泵是电力高效转为热量的量佳途径 （江亿，2021）口“跨临界CO2高温热泵技术是低品位热能及可再生能源利用的重要方向（姜培学，2023）-“热泵是建筑实现零碳的必然选择”（徐伟，2023年）口2050年CO，趋近于零排放，2060年前实现全部温室气体净零排放（李政，2023年）“二氧化碳热泵智慧供热大有可为（张信荣，2022年） 口建筑能耗逐年攀升。 口2023年建筑能耗约11.6亿吨标准煤，占全国能源消费比重超过21% 口2023年，北方地区冬季供暖面积共173亿m，供暖能耗约2.22亿吨标准煤，占建筑总能源消耗量的20%。碳排放量约为5.0亿吨CO2占建筑总碳排放的20%为有效降低建筑行业碳排放实现建筑节能一清洁低碳供热势在必行 北方地区民用建筑主要房间的室内供暖温度限值为不低于18% 黑龙江省率先引领“达标供暖向“舒适供暖”的转变 极端天气供暖说明 北京教 北京市人民政府 2020年12月，北京地区寒潮来临前后2天，12345热线关于暖气不暖的投诉最激增了四倍以上 cnwesD民生热社 2023年12月，西安棠小区在寒潮天气开始后，室内温度从正常供热的19℃降至16℃，并连续多日供暖温度不达标，而热力公司反馈一直都在正常供暖， 大建园租 北京市人民政府官局2024年10月31日 2024年11月，大连某小区也面临着寒流期间供暖设备正常运行供回水温度处于正常范围，但居民仍纷纷反快室内供暖温度过低， 注：76C2为北支供暖宝外计弹温度GB50736-2012民用建筑供联运风与空气识书设计贝范 口CO2具有良好的热力学特性临界温度下单位容积制冷用远远超过其它制冷剂，是最具潜力的宝需轻类热泵替代制冷剂口 果用CO2作为制冷剂的压缩机，排气温可高达120°C以上，CO2制冷剂热泵从环境温度-35℃C的空气中吸热，放热温度一般可达.09框口价环境友好安全和惜性 气候变化：COP282050年CO2趋近于零排放，2060年前实现全部温室气体净零排放 口自前的热泵制冷剂大多属于温室气体，普通氟利昂空气源热泵其制冷剂GWP值是CO2的400至3300倍；口《蒙特利尔议定书>基加利修正案》明确要淘高GWP的制冷剂口欧盟第三版F-gas法规，热泵领域GWP大于150的工质逐步要被禁止口CO2的GWP=1ODP=0 采用天然制冷剂是减少热泵系统碳减排的有效途-如：CO，NH3等 《国家发改委重点推广的节能技术》 MPRRTY 推动势泵行业高质量发展行动方案》的通知 发改环资（2025)313号 各省、白治区、直错市及计延单列市，新强生产建保兵团发展改事委，工业和信息化主管部门生态环境厅（局住房装多建设厅 01研究背景 目录CONTENTS 02理论分析 03案例分享 04未来想法 现行国家标准供暖室外计算温度 供暖宽外计算温度： 采用历年不保证5天的日平均湿度 2统计范围30年（1971-1-1至2000-12-21) 所有主要城市不具各30年的逐时原始数据 选择不保证5天的原因： 经过实践证明，连续供暖时，这样的室外温度一般不会影响民用建筑供暖的效果 发现问题 日均温度不保证时长小时温度不保证时长 以北京为例，小于供暖计算温度小时数为363h大于120h（5d） 2、不保证小时数还主要集中在深冬的12月和1月 以北京为例，80%以上的不保证小时数集中在深冬，深冬时期46%的时间供暖不保证。 口内蒙古某市设计温度-17C，但足2023-2024采暖季环境温度低于-17C的天数约为49天，小于等于-17℃的天数约为82天口按照供暖不保证率3%评价，不保证率已经超过205。（因此1该市的供热设计温度不能再按照-17摄氏度取值：2，应该选择更加适应-17C以下环境温度的设备） 室外设计温度国外“不保证率”统计法 美国（ASHRAETAC法） 以全年8760小时的室外温度为基数按保证率99%和97.5%，（不保证率1%和0.4%）的两种累积保证率计算根据所选的级别不同（建筑类型、用途、安全级别等）选择设计计算参数 日本（改进后的TAC法） 以11-2月4个月的室外温度为基数不保证率2.5%：选出不保证率范围在0-5%之间的温度，取平均值不保证率5.0%：选出不保证率在2.5%-7.5%之间的温度取平均值根据不同级别确定室外设计参数 在统计冬季室外计算温度时， 多数国家采用的是小时数的不保证率而我国则采用日均温度作为不保证率的统计基准 室外设计温度国外“不保证率“统计法 英国（CIBSEGuide） 以1C为间隔，列出24小时或48小时的平均温度在1C-13°C之间所出现的累积频率按照频率为99.6%、99%、98%、95%（即不保证率0.4%1.0%、2.0%，5.0%）对应的温度为参考供设计者选择适合于项自的数值进行计算。 澳大利亚以早上8:00的室外空气温度为基本要素确定采暖室外 计算温度对不同功能的建筑选取不同的不保证率对于要求满足人体舒适度的室内环境，供暖室外计算温度应采用历年平均不保证10次：对于工业建筑或其它有特殊功能的建筑，供暖室外计算温度的不保证率为0.25%. 在统计冬季室外计算温度时， 多数国家采用的是小时数的不保证率而我国则采用目均温度作为不保证率的统计基准 菌内：曼当的经济状况、建筑获况等约策，难以提高标准国外用小时数作为不保证率的统计方法使得数据密度更大，更加精准 寒冷地区：常规空气源热泵制热工况空气侧干球设计温度为-12℃ 口严寒地区：制热工况室外干球温度为-25℃相较寒冷地区降低了13°℃ 梦考文献 [1]韩林伐主赢石文星等低温空气源热泵（冷水机组名义工况的确定研究制冷学报，2009,30（01]1924.[21石文星，杨子旭全宝龙.对我国空气源热京室外名义工况分区的思考小制冷学报，201940（05)：1-12 注样，供哦不保证丰一（供暖不满足要求的的向一忘货愿时同）100%，“供暖不感起要求，极感天它下损车内就度来送别没计原证，未送做限定要求的情品。树动：北常验区供暖系为120天5%的不保证宇量账着允存版多6天室内温度不适标 负荷需求与机组COP的矛盾：室外温度越低，供暖负荷越大但机组COP随室外温度降低而降低。为有效匹配机组制热能力与建筑耗热量，应优化系统工程节能控制实现CO空气源热泵供暖系统高效、稳定运行 在某一室外温度t下，为了使建筑物达到要求的室内温度t由供暖系统在单位时间内向建筑物供给的热量Q： 是设计供暖系统和选择设备的最基本依据 步骤：设计阶段：对既有建筑进行传热系数（玻璃，围护结构）测试，描绘不同环境温度下热负荷查询该地区前几年供暖等日温度最高值和最低值，绘制最高温度和最低温度曲线充分考虑热泵本身效率衰减 结合项目情况，给出某一温度下的热负荷值，供项目机组选型、配电，设计等参考 运行阶段：结合天气预报，提前给出可操作的运行策略，对运行结果进行分析Qn-EQR建筑总热负荷各供暖房间总热负荷QR=(1+(1+x0(1+x)1+x)Qm各供暖房间基本热负荷QaAUt一) 室内温度室外温度 01研究背景 目录CONTENTS 02理论分析 03案例分享 04未来想法中国城镇供热协会 工程介绍 口对该既有建筑的传热系数进行测试，绘制出不同温度下的热负荷曲线图，按照高于现行供暖标准的的要求，进行机组选型。 口可以看到，-13.3℃时总负荷不足450KW但是到20℃时，总负荷接近500KW，超过10%， 口典型气象年数据和实测数据中小于-13.3℃的小时数分别为321h和340h均大于120h（5d）口综合两个气象数据，选择24h（1d）不保证率对应的-19C作为室外计算温度选择机组。 地点：河北省承信市类型：办公建筑：10464m热源：GO空气源热泵 满足清洁取暖要求 决其他痛难点 原水源热泵政策关停，新建热源需100%清洁取暖 满足市政管网区域以外的供暖需求 原为水源热泵独立供暖：未与一次热力管网相接 减少热源用地面积 项目院内为停车用地，面积较小，预留空间有限。 节省未端改造费用 项目未端为风机盘管，需接入冷热联供热源，否则末端需改换为散热器并增设分体式空调。 口2023-2024采暖半性能检测：系统COP2:36 口根据项目拆除进展，原燃气锅炉于2023年3月供暖季结束后被拆除；由于建筑年代久远，耗热量大，供热公司不愿将燃气锅炉迁移至小区附近继续供热：为保障居民供暖需要，新建了CO，空气源热泵作为“临时热源” 口按照GB50736-2012《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范北京供暖室外设计温度为-7.6℃口考虑到22-23采腰季有近44天的日最低温度低于7.6℃，为充分保障室内供暖效果，因此选型时采用更低的室外设计温度（-15.4℃）。 口实际供暖效果居民满意度超过95%，且最冷月实现供暖0投诉中国城镜 口根据实测数据显示，采暖季用户室内温度可达到23℃以上中国城镇 口23-24采暖季在全面保障住户室内供暖温度下CO，蒸汽热泵实测COP为1.9口采用CO蒸汽热泵替代燃气锅炉，在保障住户供暖需求情况下，第一年节能率达30%口为进一步节能减排，采用智慧供热方式，第二年进一步节能约10%， 01研究背景 目录CONTENTS 02理论分析 04未来想法 室内热舒适性研究 用户实际供暖选择 综达 吉年 口研究建议用户增添衣物降低室温，从而降低供暖能耗口反之，若供暖技术能兼顾节能和舒适，用户仍将偏好温腰且舒适的室内环境 口热期塑温度随常外环境降低早现工开拍势 期望的热舒适温度主要集中在20C至24%C之间 建筑模型 模拟场景 通过不同场景的模拟，分析CO2热泵供暖在更新室内外设计参数时的性能表现 口在维持室内温度18℃C时，使用CO，空气源热泵的日累计能耗较然煤锅炉减少68%。口将室内温度从18℃C提高至20℃，CO，空气源热泵的日累计能耗增加了12%，口尽管提升室内温度CO空气源热泵日累计能耗有所增加但和维持室内温度18的然煤锅炉比，能耗仍降低64% 近零能耗建筑发展趋势 CO，空气源热泵技术消耗1份电能可产生2至3份热