低溫空氣源熱泵與地暖組合系統是可靠的采暖系統
導讀：經住建部科技項目研究，通過對北京、上海、青島、重慶等8個地區空氣能采暖工程的運行情況監控，空氣能采暖不僅舒適、環保，而且運行費用低，性能可靠，值得大力推廣。
作者：北京建筑工程物資協會/金繼宗
一、項目概況
本課題是對低溫空氣源熱泵、太陽能與地面采暖及生活熱水組合系統，進行工程優化設計與組合，選擇典型工程進行節能能效測試和研究。
本課題的工程優化設計方案如下：
?。?）空氣源熱泵與傳統地面采暖或與預制薄型地面采暖的組合；
?。?）空氣源熱泵和太陽能復合熱源與地面采暖及生活熱水的組合；
?。?）上述系統在提供供暖和生活熱水的同時，可兼顧夏天制冷。
本課題組對低溫熱水空氣源熱泵（太陽能）與地面采暖的組合系統，與2011年~2012年的采暖季中，在北京市、秦皇島市、青島市、上海市、重慶市和長沙市等地的不同建筑中，選擇了13個項目進行了測試，得出不同地區的建筑節能能效數據。在2011年~2012年采暖季中，華北北部一月份室外平均氣溫-4℃，最低氣溫-17℃的情況下，室內平均溫度保持在18℃。當居住建筑的節能設計達到50%的標準時，該組合系統一個采暖季的平均耗電量在35kw.h/㎡以下，COP的平均值超過3.0。技術數據顯示，低溫空氣源熱泵（太陽能）與地面采暖的組合系統可以滿足華北等寒冷地區，以及華中、華東等冬冷夏熱地區冬季采暖（含生活熱水）的需求，同時還具有運行能效高，運行費用低的特點。
本課題組為了更好地推廣該項技術，編制了《住宅戶式空氣源熱泵和太陽能供熱系統應用技術導則》；
本課題組還建立了一套適合空氣源熱泵采暖組合技術的通用測試方法；研發了一套太陽能輔助空氣源熱泵地暖系統的在線監測平臺。
二、該系統的技術特點和創新
?。ㄒ唬┛諝庠礋岜眉夹g的新進展
在組合系統中，低溫空氣源熱泵分別采用了噴氣增焓壓縮機或高壓腔直流變速壓縮機，以及”“變水溫”控制等新技術之后，可使空氣源熱泵在低溫環境下啟動性能更佳。當前的運行環境氣溫可延展到-20℃，同時還可根據環境氣溫進行自動調節，使建筑的舒適性和節能性最大化。
1、直流變速技術
采用全新的直流變速高壓腔渦旋式壓縮機，可在更低的氣溫下啟動；采用壓縮機壓差油膜潤滑技術，減小了壓縮機磨損，延長壓縮機使用壽命；壓縮機的電機還采用磁力強勁的釹磁鐵材料，可更省電、節能；根據室外氣溫實時控制壓縮機轉速，做到按需輸出，提高了效率。它在不同的情況下，都可使室內溫度保持穩定及舒適性；它可以實現軟啟動，避免對電網的沖擊。
2、噴氣增焓技術
噴氣增焓壓縮機是新一代渦旋式壓縮機。它通過優化中壓段冷媒噴射技術，將單級壓縮機轉換成兩級壓縮，增加了冷凝器中制冷劑流量，加大了主循環回路的焓差，從而提高了壓縮機效率。新一代噴氣增焓渦旋式壓縮機系列產品可在環境溫度-25℃~+29℃范圍內運轉。當室外環境氣溫在-10℃時，它的制熱能力比常規渦旋式壓縮機可提高20%。
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地面輻射采暖技術的新進展是：縮小加熱管的直徑，減少加熱管的間距，增加布管密度，以便盡可能地加大整體散熱面積，降低熱媒水溫度（＜50℃）、縮小供回水溫差（＜5℃），使溫度曲線更趨平緩，熱損失更??；同時，增加鋁箔復合層，一是通過鋁箔的反射作用，增加傳熱功能，使散熱面溫度更趨均勻；二是鋁箔的防腐涂層，可阻止砂漿等填充材料的腐蝕；另外，采用高壓阻燃型擠塑保溫板可提高保溫性能，有效阻止熱量向下傳遞。
“預制溝槽薄型地面輻射采暖板”經過國家檢測試驗室（進水溫度35℃、回水溫度31.12℃、空氣基準溫度20℃）的測試，散熱量可達100W/㎡以上，是目前能效較高的供熱末端之一。
?。ㄈ┑蜏乜諝庠礋岜门c高效地暖的優化組合
空氣源熱泵的最佳工作狀態是提供50℃以下的熱水。以往，空氣源熱泵用于建筑采暖不成功的原因之一，就是在于采暖散熱器要求熱水的溫度在60℃~80℃。在這種工作狀態下，空氣源熱泵的能效比太低，不經濟。
本課題是將空氣源熱泵鎖定在最佳的狀態下工作，即提供50℃以下的熱水；與高效地暖裝置組合，如“預制溝槽薄型地面輻射采暖板”的進水溫度僅需35℃，從而優化組合成新的建筑采暖系統，即低溫空氣源熱泵與高效地暖組合式建筑采暖系統。
?。ㄋ模┛諝庠?、太陽能復合熱源組合技術
低層居住建筑和農村住宅以太陽能與空氣源熱泵作為地暖和生活熱水的復合熱源時，在白天可利用太陽能提供有效的熱能，向地暖和生活熱水系統供熱。在夜間或陰雨天沒有太陽時，自動啟動空氣源熱泵向該系統供熱，實現了太陽能零能耗+空氣源熱泵低能耗的有效結合。系統采用微電腦控制系統，實現自動判斷氣溫變化，熱水系統自動循環保溫，室溫實現分室分時段控制，太陽能和空氣源熱泵自動切換等措施之后，在該采暖系統中太陽能的供獻率可達40%以上。
其次、在實施峰/谷電價地區，可充分利用谷電時段內蓄能，享受優惠電價，減少運行費用。
還有，在低層住宅建筑中采取增設外廊等被動式太陽能采暖設施后，可使太陽能在該采暖系統中的供獻率進一步提高。
?。ㄎ澹┎膳?、生活熱水加夏天制冷的一體化設計
低溫空氣源熱泵作為地暖和生活熱水供熱熱源時，還具備夏天空調制冷的功能。通常在夏天可通過風機盤管給室內輸送舒適的涼風，實現一機多用，充分利用資源，大大節省投資費用。