空气源热泵采暖技术在寒冷地区的实践

　　一、概述：


　　以空气为热泵的热源在寒冷地区进行采暖是当前研究的热点[1][2]因为它较之以往的燃煤、燃油、直接用电等取暖方式，在环保、节能、安全使用，甚至经济等方面有突出的优点，其可推广性也超过了水源、地源热泵。北京清华索兰环能技术研究所，创出了一条新思路，即在改进现有热泵低温性能的基础上，使之与低温水地板辐射采暖相结合，建立了京、津、青岛、武汉等20多个工程试点，经过两冬的详测，在保证室内18℃以上的舒适环境及无辅助热源的前提下，获得了节能50％以上的可喜结果。


　　2002年3月28日在北京通过了建设部科技司主持的专家鉴定，达到了“国内首创、国际先进水平”。


　　二、“索兰”空气热泵的低温性能及采暖设计要点：


　　经过中国家用电器研究所检测所检测，“索兰”空气热泵有如下表的低温性能：


　　表一“索兰’”空气源热泵的低温性能：


　　根据表一，得出以下的设计原则


　　1、空气热泵机组容量的选择：（用于地板采暖）


　　机组容量（W）=当地建筑采暖设计负荷（W／m2）×用户采暖的建筑面积（m2）÷（1－β）×0.85－0.9


　　2、室外机最好安装在冬季主导风的背风面，应设遮雪蓬，机组如安装在平台上，则底面应抬高至少20cm，以免化霜结冻，机组吸风口距障碍物至少25cm，双机之间距离至少20cm。


　　3、地板下埋管的设计


　　空气热泵作为热源时，供水温度或供回水平均温度应尽可能设计得低些，以使机组效率尽可能高，又由于工程实践证明本机组的供回水温差较少仅2－3℃，所以，选择地下埋管时可参照“低温热水地板辐射供暖应用技术规程”（DBJ/T01-49-2000）附录E-1至E-3中平均水温35℃一栏，按照地板所需散热量选择间距，然后，将管道直径放大到Φ20/16成间距缩小一档即可。


　　三，工程实践的分析：


　　在京、津地区建立了一些住宅用空气热泵地板采暖工程，即北京曙光花园甲11号楼405、海丰园1号楼402、天津银河公寓3号门、望京世安家园以及回龙观云趣园等住宅；现对其测试结果进行总结分析。


　　1）关于测试结果与预测的一致性：


　　曙光花园甲区11号楼405住宅建筑面积88.6m2，有南向与西向单框双玻窗、混凝土内保温外墙，估算采暖设计负荷为3101W（合35W/m2）机组设计容量为35W/m2×88.6m2÷（1—0.24）×0.9=3672W选用最小号机组2.5P（偏大）安装在西墙外壁龛内（冬季大风有不利影响）地板埋管用PB管，间距200mm，地板表面没装修。室内晚间1人值班，自2001年12月1日至2002年2月14号连续测试记录水温、外温、电耗、数据并经轻工业部家用电器计量中心校正，现以其中1月23日至2月6日计15天数据为例进行分析：1月23日至2月6日共15天，室外平均气温十4.8℃，室内平均气温（20.3℃温度波动＜2℃），室内外温差15.5℃，以上述设计负荷为依据，得出此间总计采暖负荷为640.873KWH，总耗电量为260.5KW，则热泵的C.O.P＝2.46（其间开机时供水平均湿度为33℃，说明测试结果与预测基本吻合。
　　2）关于使用空气热泵采暖的可靠性：


　　2001年冬季12月气温低于2002年1月，将气温最低-13℃的即12月14—15日一天数据列于下表：由（表二可见，全天平均室温19.02℃，耗电11KWH，折合4.345元/天，全天开机仅5-6小时。


　　3）地板采暖的优越性：


　　地板采暖装置与普通铸铁散热器比，热容量大得多，因此，一般天气下，空气热泵均为间歇运行，但却使室温波动很小。以2002年1月26日至27日的结果分析，该天室外为-4.6℃～＋5.6℃，全天机组共开启11小时（因在这阶段，室内定温提高到22℃），且每隔40分、50分或1小时开启一次，一次不超过一小时，这就使机组有停歇时间，延长了使用寿命。


　　4）地板面层装饰材料、围护结构热阻及周围邻居有无供暖的影响：


　　仅以此次京津地区试点工程为例进行比较，列于下表


　　表三试点工程的比较（测试时间：2001年11月－2002年3月）


　　由表可见：


　　1.“曙光”与“天津”房面积相近，除朝向有区别外，“天津”的采暖耗电高46％，而且其室温设定比“曙光”低2℃，所以实际相差还要大，其差异就在于建筑保温与地面装修，其中，由于建筑保温的差异也大约是“天津”的负荷大60％，可见，装修地面砖对电耗影响不是很大。


　　2.“望京”与“回龙观”房屋面积相近，而且两者室温设定相同，就测定时间“回龙观”还要偏冷一些，但“望京”的耗电是“回龙观”的1.9倍，其差异主要在于周围采暖情况不同，以及地面装修不同。同样道理，“海丰园”周围无采暖，其耗电也是“曙光”的2.1倍。


　　3.“天津”与“海丰园”建筑面积及朝向地面装修都差不多，但“海丰园”比“天津”多耗电44％，是由于室温设定高，周围无采暖，且测试期间外温低。


　　5）空气热泵地板采暖与燃气炉采暖的经济性对比：A）当燃气采暖用普通散热器时：以回龙观小区云趣园二区10＃4单元202和302（燃气采暖）在控制室温下的运行费用对比数据列于下表（测试时间：2001年2月）


　　表中对比房中的总耗气量为122m3，其中含住户2老人，周末有孩子回家吃饭及洗浴，最多扣除20m3，则用于采暖的耗气总量为102m3，合173.4元（21.7元／天），而热泵地暖的耗电总量为184度，合73.6元（9.2元／天），比用庆东燃气炉十森德散热器采暖节省58%的采暖运行费。


　　B）当燃气采暖用辐射地板时：参考天鸿集团原已测定的燃气地板采暖费16元/m2季，以曙光花园住宅为例，作如下经济分析：


　　四、结论：


　　1、多处试点及监测、详测，对风冷热泵地板采暖在寒冷地区的应用有确定可行的结论。


　　2、经测试摸索获得了在地板辐射采暖情况下的最佳舒适室温，在实施建设部节能建筑设计标准后，如周围居住为正常情况，其采暖运行费应低于燃气、燃油，甚至燃煤的集中供暖收费。


　　3、地面装饰无论是瓷砖还是复合本地板，皆可获得舒适的效果。


　　4、随着谷值电价的推行，与燃气、燃油比，其回收年限还会缩短。


　　5、对于燃气管网铺设不到的区域，如别墅、平房区，本系统有无可替代的优越性，并能创造舒适的居住环境。


　　6、本系统在居住小区内不产生任何空气污染，对于城市的环保意义重大。