科技創(chuàng)新帶領(lǐng)行業(yè)未來！——?jiǎng)?chuàng)開跨臨界空氣源CO2熱泵技術(shù)為北方清潔供暖提供新選擇

一、引言

       “十三五”以來，隨著國家“煤改電”政策的不斷推進(jìn)，我國北方冬季采暖加速由燃煤鍋爐方式向新型清潔采暖方式轉(zhuǎn)變。2019年，全國地級及以上城市PM2.5年均濃度累計(jì)下降21.7%，全國地級及以上城市重污染天數(shù)由平均10天下降到6天，北京重污染天數(shù)由43天下降到4天，“藍(lán)天保衛(wèi)戰(zhàn)”取得重大勝利。在“煤改電”過程中，空氣源熱泵作為一種新型供暖技術(shù)，因其結(jié)構(gòu)簡單、安裝方便、使用安全、性能優(yōu)越，并以室外環(huán)境中的空氣作為熱源等特點(diǎn)，從而廣泛應(yīng)用于我國北方地區(qū)供暖領(lǐng)域。

二、跨臨界空氣源CO2熱泵技術(shù)帶領(lǐng)行業(yè)未來：

       為了進(jìn)一步擴(kuò)大空氣源熱泵低溫供暖范圍，提升空氣源熱泵供水溫度以及供熱效率，滿足我國北方嚴(yán)寒地區(qū)（冬季很惡劣的室外溫度范圍為-25℃~-35℃）冬季供暖需求，創(chuàng)開公司合作品牌---寧波美科二氧化碳熱泵技術(shù)有限公司（以下簡稱“寧波美科”）聯(lián)合西安交通大學(xué)、浙江大學(xué)等高校，共同研發(fā)出了跨臨界空氣源CO2熱泵供暖機(jī)組。該機(jī)組具有如下幾大優(yōu)點(diǎn)：

1、采用天然環(huán)保工質(zhì)CO2作為制冷劑

       相對于常規(guī)合成制冷劑，二氧化碳的ODP（臭氧破壞指數(shù)）為0，GWP（溫室效應(yīng)指數(shù)）為1，是一種天然的環(huán)境友好型工質(zhì)，符合我國環(huán)境保護(hù)政策要求，同時(shí)也是國際制冷劑發(fā)展的方向。

2、出水溫度高

       CO2具有溫度滑移大的熱物理特性，在氣體冷卻器內(nèi)，CO2的溫度和壓力是相互獨(dú)立的，其溫度的變化取決于外部介質(zhì)的流量和進(jìn)口溫度，進(jìn)而決定了出水溫度不再受限于冷凝溫度的大?。辉诘蜏毓r下，供水溫度高可達(dá)到90℃。普通工質(zhì)空氣源熱泵難以企及。由于跨臨界CO2空氣源熱泵在低溫工況下具備出水溫度高的特點(diǎn)，解決了高進(jìn)水溫度時(shí)制熱能效比低的難題，可接暖氣片末端進(jìn)行供暖，填補(bǔ)了末端接暖氣片用空氣源熱泵的空白。

3、運(yùn)行范圍廣，低溫工況制熱性能優(yōu)勢突出

       CO2壓縮機(jī)是跨臨界空氣源CO2熱泵機(jī)組的核心部件，通過建立CO2壓縮機(jī)氣缸結(jié)構(gòu)數(shù)學(xué)模型，優(yōu)化壓縮機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，提高了壓縮過程的等熵效率，減小了壓縮機(jī)壓縮比，降低了排氣溫度，在環(huán)境溫度-30℃以上、機(jī)組進(jìn)出水溫度45℃/65℃工況下，機(jī)組壓縮比不超過8，排氣溫度不超過120℃，機(jī)組能夠在-35℃~43℃的溫度變化范圍內(nèi)高效穩(wěn)定運(yùn)行。

4、機(jī)組體積小

       由于CO2的單位容積制冷量要遠(yuǎn)大于常規(guī)制冷劑的單位容積制冷量，因此熱泵機(jī)組體積相對減少很多；

5、國際領(lǐng)先的控制技術(shù)

       通過采用少有的排氣壓力優(yōu)化策略、少有的中間溫度優(yōu)化策略、匹配性除霜技術(shù)、氣體冷卻器出口能量轉(zhuǎn)移技術(shù)以及超臨界換熱器流動傳熱性能優(yōu)化技術(shù)，根據(jù)室內(nèi)外環(huán)境溫濕度變化情況對機(jī)組的運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)，很大地提高了整個(gè)系統(tǒng)的熱效率，同時(shí)，采用基于ESC與神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)的實(shí)時(shí)online控制技術(shù)，實(shí)現(xiàn)全天候供暖實(shí)時(shí)監(jiān)控與操作。

三、跨臨界空氣源CO2案例介紹

       基于跨臨界空氣源CO2熱泵的諸多優(yōu)點(diǎn)，結(jié)合我國北方地區(qū)冬季低環(huán)溫、高水溫的供暖特點(diǎn)，采用跨臨界CO2空氣源熱泵進(jìn)行供暖在實(shí)用性、經(jīng)濟(jì)性以及環(huán)保方面都具有無可比擬的優(yōu)勢。公司集研發(fā)、生產(chǎn)和服務(wù)于一體，多年來致力于跨臨界CO2空氣源供暖熱泵系列產(chǎn)品的開發(fā)，目前已研發(fā)出多種型號規(guī)格的跨臨界CO2空氣源熱泵產(chǎn)品，包括6HP、10HP戶用供暖機(jī)組和20HP、40HP、80HP、200HP商用供暖機(jī)組以及多機(jī)組合模塊?？蓾M足戶用、居民小區(qū)、辦公樓、服務(wù)區(qū)、工廠等不同場景的供暖需求?？缗R界CO2空氣源熱泵系列產(chǎn)品在我國內(nèi)蒙、新疆、西藏、黑龍江、吉林、甘肅等北方地區(qū)的偏遠(yuǎn)建筑、高速公路沿線服務(wù)區(qū)、農(nóng)村、景區(qū)等地得到了大范圍的推廣與應(yīng)用，目前已為上述地區(qū)近千處共計(jì)超過30萬平米建筑提供多年的供暖服務(wù)，在冬季惡劣氣溫下依然穩(wěn)定提供70℃熱水，室內(nèi)溫度可達(dá)20℃以上，供暖效果良好。下圖所示為部分項(xiàng)目的工程應(yīng)用案例。

內(nèi)蒙古包頭地區(qū)某辦公建筑，供暖面積5800m2，采用8臺寧波美科MKSDKN50II（20HP）機(jī)組

新疆庫爾勒某辦公樓，供暖面積12000m2，采用11臺寧波美科MKSDKN120II（40HP）機(jī)組

浩吉鐵路沿線某站房，供暖面積20000m2，采用18臺寧波美科MKSDKN120II（40HP）模塊機(jī)組

哈爾濱某辦公樓，供暖面積2000m2，采用4臺寧波美科MKSDKN50II（20HP）模塊機(jī)組

北京地區(qū)某度假山莊，供暖面積22000m2，采用16臺寧波美科MKSDKN120II（40HP）模塊機(jī)組

西藏拉薩地區(qū)某辦公樓，（海拔5000米），供暖面積3300m2，采用3臺寧波美科MKSDKN120II（40HP）機(jī)組

內(nèi)蒙古自治區(qū)烏蘭察布某高速公路服務(wù)區(qū)供暖項(xiàng)目，供暖面積3200m2，采用2臺寧波美科MKSDKN120II（40HP）機(jī)組

四、項(xiàng)目實(shí)施效果評價(jià)

       以內(nèi)蒙古自治區(qū)烏蘭察布某高速公路服務(wù)區(qū)供暖項(xiàng)目為例，該服務(wù)區(qū)地處烏蘭察布，冬季室外空調(diào)設(shè)計(jì)溫度為-21.9℃，惡劣氣溫可達(dá)-30℃以下，冷月平均溫度低于-10℃，屬低溫嚴(yán)寒地區(qū)?？偣┡娣e約3200m2，采用2臺寧波美科生產(chǎn)的型號為NSSDKN90的跨臨界空氣源CO2熱泵機(jī)組，在一個(gè)完整供暖季內(nèi)（2019年10月15日至2020年4月15日），總耗電量約為17.1萬kWh，折合標(biāo)準(zhǔn)煤2.1×104kg，按照電價(jià)0.58元×kWh-1計(jì)算，該服務(wù)區(qū)整個(gè)供暖季的電費(fèi)為9.9萬元，該服務(wù)區(qū)供暖面積為3100m2，在不考慮初投資及其他費(fèi)用的情況下，使用跨臨界空氣源CO2熱泵供暖系統(tǒng)進(jìn)行供暖，供暖季內(nèi)（6個(gè)月）的取暖費(fèi)用約為每平米32元。在考慮初投資的情況下，該項(xiàng)目3.5年即可實(shí)現(xiàn)初投資回收，同時(shí)，采用跨臨界空氣源CO2熱泵機(jī)組，相對于原有鍋爐燃煤采暖，每個(gè)供暖季可節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤4.9×104kg，減少SO2排放量415kg，NOx排放量361kg，二氧化碳排放量128噸，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益和顯著的節(jié)能環(huán)保效果。

       創(chuàng)開公司——寧波美科跨臨界空氣源CO2熱泵結(jié)構(gòu)簡單，安裝方便，使用安全，以室外環(huán)境中的空氣作為熱源，通過消耗少量電能實(shí)現(xiàn)冬季室內(nèi)供暖，節(jié)能環(huán)保效果顯著，可以廣泛應(yīng)用于民用、商用和工業(yè)等眾多的領(lǐng)域，尤其是在水資源缺乏的地區(qū)，作為傳統(tǒng)燃煤供暖的替代方式具有更為廣闊的前景。根據(jù)跨臨界空氣源CO2熱泵所能提供的水溫范圍，既可以將跨臨界空氣源CO2熱泵作為供暖設(shè)備，用于地暖輻射系統(tǒng)和區(qū)域集中供暖系統(tǒng)，也可以將其作為熱泵熱水器，用于集中熱水供應(yīng)系統(tǒng)。跨臨界空氣源CO2熱泵供暖機(jī)組不但具有低溫工況下制取高溫?zé)崴奶匦?，同時(shí)能保持較高的制熱性能系數(shù)，在低溫寒冷地區(qū)的空氣源熱泵供暖領(lǐng)域應(yīng)用中處于國際領(lǐng)先水平。

       寧波美科跨臨界空氣源CO2熱泵供暖機(jī)組的成功研發(fā)、推廣，不僅解決了北方低溫寒冷地區(qū)小型燃煤鍋爐替代熱源難題，更具有顯著的節(jié)能環(huán)保效益，對降低能源消耗、減少大氣污染、保護(hù)生態(tài)環(huán)境有著積極的貢獻(xiàn)，也為我國北方供暖行業(yè)的未來發(fā)展提供了一個(gè)更優(yōu)的選擇。