空气源热泵供暖是“煤改电”的方式之一,由于空气源热泵的COP可以达到2.5以上,故其能源利用效率远高于直接电热方式。
近些年,随着空气源热泵的技术创新,已经可以生产出低温空气源热泵热风机作为供暖专用机。对于黄河以北地区冬季干燥易结霜的问题,已可以通过有效的化霜措施解决结霜问题。针对冬季外温过低的情况,可以通过双级压缩得到大温差下的热量提升,目前的低温空气源热泵已经可以做到在外温-18℃下有效运行,供热季节COP达2.5~3.5。针对舒适感问题,可以改为下送风,完全消除纵向梯度,甚至下热上凉,无吹风感。因为空气型热泵末端安装方便,可以免维护,且空气源热泵更适合于间歇方式,预热时间短,需要时可以很快达到室温要求。
基于以上原因,农村地区冬季采用空气源热泵热风供暖非常具有可行性。目前在京郊地区已经有200户以上的农户安装使用实例,装机费用约为3500元/台,每户平均要装3台,供暖季室内温度基本维持在18~22℃,严寒期不低于15℃。
在外温为-10℃时,COP仍能达到3,整个冬季用电量2000~3000kWh/户[8]。本文给出京郊某两个用户的空气源热泵实际使用的用能情况。
北京地区采暖一般从当年11月15日至次年3月15日,共120d。按照实测情况推算采暖季电耗,结果如表所示。
从表中可以看出,经过保温改造的2号示范户,整个采暖季电耗为2612.1kWh,单位面积采暖季电耗仅为18.4kWh。即使是未进行保温改造的农宅1号示范户在热泵连续运行的情况下,单位面积采暖季电耗也仅为33.7kWh,这充分说明使用热风型低环境温度空气源热泵的采暖费用是非常经济的。
采用空气源热泵冬季供暖不但对农户具有经济性,而且作为虚拟电力调峰站,可以对京津冀电网进行削峰填谷起到重要作用。具体实现的方案是为每台热泵安装可以直接接受电力调控中心命令的控制器。通过手机信号可以通过电力调度中心向安装在每个自然村的群控器发出控制状态设置命令,这一命令再通过电力载波通讯,利用现有电力线把命令送到各台空气源热泵的控制器。
由此可以实现从电力调度中心对每个自然村的全部空气源热泵的工作状态设置,每台空气源热泵增加的成本可以控制在100元以下。
通过调控的途径设置每台空气源热泵运行在强行开启运行、强行停止、自行控制调节三种状态之一。在电网调度中心可以根据电网负荷峰谷变化和风电状况向各个热泵发出命令,使热泵按照电力调峰的需要运行。如果每台热泵连续接受“强开”或“强关”的命令不超过4h,房间温度波动幅度不会超过2℃。优化地组织分散在各地的海量的空气源热泵根据电力负荷状况运行,就可以在保证各座居住建筑满足室内舒适性要求的前提下有效地对电力进行削峰填谷,几百万农户的热泵供暖系统的有机结合就可以构成一座虚拟的电力调峰站。
当然,农民的空气源热泵不能随意被启停,而是在合同下参加调控,并根据对电网调峰的贡献得到适当的补偿。可以考虑每台热泵在被强开或强停时,电网公司根据时间和功率对用户进行经济补偿。采用这种价格模式而非传统峰谷电价模式,可以使分布于各处的巨量空气源热泵相互协同对电网进行精确的调峰。实现这种主动控制式调峰,其效果远优于靠峰谷电价的“被动式”调峰。