燃气锅炉+空气源热泵耦合供热系统的应用效果分析
0引言
随着天然气价格不断攀升，供暖企业经济负担日益增大，迫切需要一种既能保障用户用热需求，也可降低运行成本的供热方式。该论文提出一种“燃气锅炉+空气源热泵”耦合的供热系统，空气源热泵作为主要热源，燃气锅炉为调峰热源，结合实际工况，分析耦合供暖系统在节能、节碳、经济等方面的具体表现。
1燃气锅炉与空气源热泵优缺点分析
1.1 燃气锅炉优缺点
优点：与其他清洁能源供热相比，燃气锅炉投资成本低，管理方便；天然气集中供热会对烟气妥善处理，减少污染物排放。缺点：天然气供热仍会排放二氧化碳；另一方面，国内天然气资源匮乏，价格处于高位运行，其高运行成本也成为供热企业亟需解决的重大问题。1.2 空气源热泵优缺点
优点：空气源热泵以空气作为热泵的低位热源，能源来源稳定；运行安全、稳定；使用过程中，无有毒有害、氨氮气体排放，无传统锅炉燃烧残渣，其二氧化碳排放均由外购电力造成。缺点：投资成本较大，供热受室外气温影响较大，尤其在北方严寒地区，室外气温过低会影响机组制热量，机组能效比低，供热效果不稳定。2燃气锅炉+空气源热泵耦合形式燃气锅炉+空气源热泵的耦合方式可分为串联和并联。当系统运行流量仅可满足空气源热泵运行要求，且系统流量变化范围不超过热源适应范围时，可采用串联耦合供暖系统。当系统运行流量可同时满足空气源热泵、燃气锅炉运行要求，且系统流量变化范围不超过热源适应范围时，可采用并联耦合供暖系统。两种耦合供暖系统的比较如表1所示。
3燃气锅炉+空气源热泵耦合系统应用案例
3.1 项目基本情况
2023年承德热力集团对五道沟锅炉房进行升级改造，原锅炉房所带小区既有供暖面积5.13万m2，锅炉房为地上独立建筑，装配3台燃气热水锅炉，供暖季平均运行2台即可满足既有供暖面积。2022-2023年运行期，每平米耗气10.46m3，每平米耗电2.07kwh。3.2 改造技术方案
基于理论可行性分析以及对现场实际条件勘察后，锅炉房电容量余量充足，且室外具有加装空气源热泵的空间。本项目根据实际需求，采用并联耦合方式，增加14台空气源热泵安装在原有锅炉房院内，作为主供热热源，每台制热量为120kw、制热输入功率为58kw、运行流量为22.4m3/h、出水温度41℃，锅炉房内燃气锅炉作为备用热源。
3.3 运行模式分析
燃气锅炉+空气源锅炉耦合供热系统运行流程如图1所示。本项目所在地冬季室外气温偏低，供热前期及中期住宅建筑能耗为供暖期最大时间段，单使用空气源热泵系统无法满足用户的用热需求，采用“空气源热泵+天然气锅炉”的供热形式，此时阀门1、4开启，阀门2、3关闭。3月份，室外气温升高，空气源热泵机组COP处于平均高值段，仅用空气源热泵供热即可满足用户用热需求，阀门1、3开启，阀门2、4关闭。当空气源热泵发生故障或需要停运检修时，燃气锅炉单独运行，此时阀门2、4开启，阀门1、3关闭。
3.4 运行效果分析
3.4.1 实际运行情况
2023-2024年供暖期，空气源热泵为主供暖设备，原燃气锅炉为调峰设备。供暖天数152天，月平均温度4.02℃，实际供暖面积5.11万m2，供暖户605户，产热19065GJ、耗气量26.36万m3、耗电量108.01万kwh、耗水量70吨。
3.4.2 经济性分析
2023-2024年供暖期，运行成本较同期减少23元/m2。本项目改造工程投资共计花费275.66万元，静态投资回收期约2.4年。
3.4.3 社会效益
1）供暖效果
项目运行期间，空气源热泵系统供暖输出稳定，末端部分用户家中温度未出现异常，用户反映良好，室温求助率下降18%。另一方面，通过对不达标用户测温，改造后平均室温由17℃提升为18.2℃，供暖效果提高。
2）减排效果
2022-2023年度供暖期，使用燃气锅炉供热共消耗电量116.23MWh、天然气58.50万m3，相当于排放1104tCO2。2023-2024年度供暖期，使用“燃气锅炉+空气源热泵耦合”供热方案，减少天然气使用量约27.14万m3，期间耗电1080.06MWh、天然气26.36万m3，相当于排放1084 tCO2，较改造前减少20.42tCO2，减排效果显著。
4结论
该论文通过对燃气锅炉与空气源热泵耦合供热系统技术方案、经济效益和社会效益的探讨，主要结论如下：
经济效益上，本系统与单独燃气锅炉供热相比，一年运行费用可省23元/m2，静态投资回收期2.4年。社会效益上，改造后供暖效果提升，室温不达标用户室内温度平均上升1.2℃。同时，改造后每个运行期可减少排放20.42 tCO2。这种耦合系统实现了节能降耗及减少污染物目标，具有很强的可实施性，为今后该技术在供热领域提供了借鉴依据。
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