摘要
十四五以来我国经济快速增长，综合财力的不断增强，但社会总能耗逐年增加，社会总能耗由建筑、工业、农业及交通运输能耗组成，我国建筑能耗相较于发达国家占比较高，合理高效的控制建筑能耗迫在眉睫。目前我国北方城镇供热能耗占建筑能耗20%以上，冬季采暖季北方地区一般采用燃烧煤炭的传统方式供热，燃煤过程会向大气中排放大量粉尘颗粒、CO2、SO2等污染物，导致空气污染PM2.5超标和雾霾天气，传统方式供热导致的环境恶化情况已愈演愈烈。相对于煤炭这样的不可再生能源，可再生的能源中生物质能目前引发各界关注，生物质能利用途径广泛，其中最常见的为生物质锅炉，以生物质成型燃料或生物质颗粒为燃料燃烧的供热方式，可有效解决大量消耗不可再生能源和环境污染等问题。空气源热泵作为热泵的一种，相较于传统供热方式具备适用场景地域广、运行过程节能环保的优势，在合理降低建筑能耗方面表现突出。因空气源热泵是吸收空气能向室内供热，因此在严寒地区寒冷地区室外温度较低时空气源热泵性能发生衰减，相同条件下制热量大幅降低，耗电量增高，导致室内采暖热舒适性受到影响同时采暖费用增高。 针对上述情况本文提出生物质锅炉空气源热泵联合供热系统，该系统在我国北方农村地区适用性较高。并通过对运行时间控制提出两种不同的运行策略，研究两种热源更合理高效的联合供热运行策略。以总供热面积50000m2的小区为供热建筑算例，依据建筑平面图运用DeST对建筑物采暖季负荷情况进行模拟分析，计算建筑的全年最大热负荷及累计热负荷。运用TRNSYS搭建生物质锅炉空气源热泵联合供热系统，通过对联合供热的两种运行策略进行性能模拟分析，最终发现联合供热方式较单一热源的供热方式更适宜在沈阳农村地区进行冬季采暖，且运行策略一运行更高效节能。依据建筑负荷变化和联合供热系统运行数据，研究供热水箱的供热水温度从 35℃逐渐升高至 55℃对联合供热系统的影响，在保障室内温度的情况下，确定11月、2月、3月供水温度为35℃，而12月、1月供水温度为45℃，此时系统运行性能最好能效最高。 运用情景分析法对生物质锅炉空气源热泵联合供热系统在北方不同地区（华北、西北和东北）运行情况进行模拟分析。在现有物价水平下，分别在沈阳、北京、西安地区研究生物质锅炉供热占比对供热系统初投资、运行费用和费用年值的影响。最终确定费用年值最低运行方式下的热源设备容量及运行费用。 为了将单一热源供热系统与联合供热系统对比，本文对单一热源的空气源热泵系统、燃煤锅炉系统和生物质锅炉空气源热泵联合供热系统三种供热系统的初投资、运行费用、环境效益、占地面积方面进行计算分析。并运用层次分析法建立供热系统效益评价体系，综合考虑经济指标、环境效益、节能性三种因素。评价结果表明，生物质锅炉空气源热泵联合供热系统效益最佳。此评价结果为生物质锅炉空气源热泵联合供热系统在我国北方农村地区实际工程应用中提供参考依据。
NETL