北方采暖解决之道(家用热泵篇)

是独立供暖还是集中供暖？

-土木在线应用前景剖析

我国北方传统采暖地区正在开展分户控制和计量收费的热改工程，但遇到很大阻碍，面临着重重困难。独立供暖系统在北方地区的应用可以天然解决分户控制和计量收费问题，还不用建设室外管网，避免室外逛网的输配能耗和跑冒滴漏，推广应用具有巨大优越性。我国南方广泛的传统非采暖地区，是我国经济最为发达的地区，虽然缺乏集中供暖管网，但近年来供暖需求日益扩大，独立供暖系统作为上述区域的主要选择，有着广阔的发展前景。下表是独立供暖和分户供暖的对比：

通过比较可以看出，独立供暖系统在节能保温比较严格，运行调节独立性较强，不同用热单元分界较清晰，需要按不同用热单元收取费用的以住宅为代表的居住建筑中具有巨大优势，近年来独立供暖系统在住宅建筑中突飞猛进的应用势头也很好地证明了这一点。此外，独立供暖系统的运行费用能直接反应建筑供暖的需求，对建筑物的节能保温和住户的行为节能都具有强大的推动作用。

独立供暖的热源设备主要有两种，一种是采用天然气燃烧的壁挂炉，一种是采用电驱动的热泵。热泵有分为地源热泵和空气源热泵两种，下表是两种设备的比较：

通过比较可以看出，采用热泵来做独立供暖系统，在安全性，综合造价，使用寿命，使用条件限制方面具有明显优势，特别是一套热泵系统既能满足冬季的取暖需求，又能满足夏季的空调制冷需求；使用的能源是最为普及的电力，相比之下，燃气炉受供气量，供气管网等诸多限制；而且从环保性来讲，燃气炉毕竟还是有CO2的排放，而且消耗的是可以做其他用途的高品位能源，而热泵消耗的是电力，虽然目前中国的大部分的电力来自非清洁能源-煤，但是，随着核电，风电，太阳能发电和水电的进一步发展，中国的电力也将变得越来越清洁。从这三点来看，热泵作为独立供暖系统的热源，具有巨大优势。热泵的最大缺点是其制热量和能效比随热源侧的温度下降而衰减。

如何解决热泵的制热量和能效比随热源侧的温度下降而衰减这个问题呢？目前有两种解决方案。一种解决方案是采用地源热泵，一种是采用空气源热泵+辅助热源。

地源热泵的热源是浅层地表的热量，经过实际测量，在10米以下的地层，其土壤温度恒定在10℃以上，土壤中的热量都来自太阳。采用地埋管的形式，将土壤中的热量交换到塑料管内的水中，对于热泵来讲是非常稳定的热源。地源热泵的应用很好地解决了热源稳定的问题。但是地源热泵的应用也有如下的一些缺点：

1）必须有较大的土壤面积来埋管，实际应用中，每100m2的建筑面积需要的土壤面积为25 m2以上；

2）埋管的费用较高，对于华北，东北等冲积平原的费用较低，但对于有些地质条件不佳的地方，埋管的费用要占到整个工程造价的50%以上；

3）地源热泵夏天将热量从房间转移到土壤里，冬天将热量从土壤里转移到房间里，如果这两个热量是基本平衡的，系统是安全和高效的，如果两个热量相差太远，轻则导致系统的能效比下降，重则导致系统崩溃，无法正常制冷和制热。

由于以上的缺点，地源热泵的应用受到一些限制，特别是对于我们这个人多地少的国家，即使欧洲国家，其地源热泵的应用也受到一些限制，其市场发展前景不如空气源热泵，下图是欧洲2005年-2008年各种热泵所占的市场份额。从图中可以看出，2008年，空气源热泵占据了65%份额，地源只占据不到30%的份额，空气源热泵的市场份额呈逐年增长的趋势，而地源热泵则呈下降趋势。

源自 http://www.ehpa.org信息

空气源热泵是吸收环境中空气的热量，将环境中空气的热量通过热泵转移到房间中，自然界空气的热量也来自太阳。但相比土壤比较稳定的温度而言，空气的温度波动较大，并且湿度也是变化的。空气源热泵明显地克服了地源热泵应用的极限性，具有安装简单方便，系统成本较低的特点。但空气源热泵的最大的缺点是制热量随环境温度的下降衰减较大。普通的空气源热泵的应用的最低环境温度一般不低于-5℃，如果低于-5℃，普通的热泵无法获得理想的应用效果，或者辅助热源的规律较大。如何解决空气源热泵的衰减问题，是空气源热泵能否大规模在寒冷的气候条件下应用的关键。

芬尼克兹土木在线系列产品为了解决普通空气源热泵无法适应严寒气候（<-15℃）条件而开发出来的产品。该产品采用了第二代高温喷气增焓系统，具有自主知识产权的智能控制器及高效盘管壳式（C&S）换热器,具有超低环温工作（-25℃），超高出水温度（其最高出水温度为65℃），超高能效（国标制热能效达3.8）的特点。下图是其运行范围的示意图：

从上图可以看出，土木在线的运行范围是常规热泵的两倍以上。特别是在

-15℃的条件下，其出水温度仍高于60℃，能够适应暖气片采暖的情形。

土木在线的制热量和能效比的曲线图：

上述是排气量为83.2cm3/rev（谷轮ZW61KS，5HP）压缩机组成的系统的测试值，从上表可以看出，在-15℃的条件下，其制热量仍有10KW，相当于额定工况下的57%，如果以100W/m2的负荷计算，仍可以满足100m2建筑面积的空间的采暖需求。

从上表可以看出，土木在线的能效比随出水温度的变化而变化，出水温度越低，其能效越高。所以，从系统节能的角度讲，我们希望采用出水温度较低的风机盘管制热或地暖系统制热，以获得较低的运行费用。尤其的地板取暖系统，非常合适用于冬季取暖，其舒适性是其他取暖方式无法相比的，所以尤其推荐使用。

地板取暖在欧洲的新式住宅中非常普遍，但是其采用的地暖水温是30℃左右，但房间温度都能恒定在20℃左右，由于其水温较低，所以热泵运行可以获得更高的能效。相比中国大陆，地暖的水温普遍采用45℃以上的水温，甚至有些系统水温高达60℃，究其原因，主要有两方面的原因：原因一，是最开始做地暖的热源都是燃气炉，由于其水量的限制，所以水温自然要求较高，否则达不到理想的制热效果；原因二：中国人使用地暖的习惯和使用空调的习惯一样，有人在家时才开启地暖，无人在的时候就关闭，如果地暖的水温太低，其每次开机加热的时间就很长，效果也不理想。对于集中供暖，我们使用习惯是整个采暖季节都不关闭的。所以对于土木在线的应用，我们有两个推荐的应用方式：

对于南方，其最低气温不低于0℃的区域，可以采用立式风机盘管做为末端的采暖方式或采用快速薄型地暖的方式，基本上式半个多小时可以把房间温暖起来，这样就可以采用间歇开机的方式；

对于北方，由于其最低的气温较低，所以就不合适采用间歇开机的方式，我们推荐采用标准舒适地暖的方式，其首次开启系统的暖房时间较长，但可以采用30-35℃的地暖水温，可以获得较高的综合能效。以土木在线为例，在-15℃的情况下，其机组能效仍达到3.2，综合水泵，除霜等消耗，其综合能效仍高达3.0左右，如果以全年采暖季节的平均气温为0度计算，其综合能效将达到4.0以上，以一间普通建筑物单位能耗以100W/m2计算，采暖季节以120天，每天开机时间按15小时计算，电费按0.5元/kwh计算，其每平方米的采暖费为22.5元左右，低于集中供暖的费用，但是热泵系统使用更灵活，过渡季节也可以开启热泵系统。如果配合节能建筑，其单位能耗可以降职40-50 W/m2,则条件和上述条件一样的情况下，其每平方米的采暖费可降为10-15元左右，这个结果无论是对普通用户，还是希望以降低建筑能耗由良知的开发商，都具有很大的诱惑力。

总而言之，土木在线系列热泵作为独立供暖的热源，集合节能建筑和地暖系统的应用，具有节能，环保，使用灵活的特点，它既解决了采暖问题，又解决了制冷问题，具有广泛的发展前景和巨大的市场潜力。