住建部：低溫空氣源能泵與地暖組合系統(tǒng)是可靠的采暖系統(tǒng)
一、項(xiàng)目概述
本課題是對(duì)低溫空氣源熱泵、太陽能與地面采暖及生活熱水組合系統(tǒng)，進(jìn)行工程優(yōu)化設(shè)計(jì)與組合，選擇典型工程進(jìn)行節(jié)能能效測(cè)試和研究。
本課題的工程優(yōu)化設(shè)計(jì)方案如下：
（1）空氣源熱泵與傳統(tǒng)地面采暖或與預(yù)制薄型地面采暖的組合；
（2）空氣源熱泵和太陽能復(fù)合熱源與地面采暖及生活熱水的組合；
（3）上述系統(tǒng)在提供供暖和生活熱水的同時(shí)，可兼顧夏天制冷。
本課題組對(duì)低溫?zé)崴諝庠礋岜茫ㄌ柲埽┡c地面采暖的組合系統(tǒng)，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(zhǎng)沙市 等地的不同建筑中，選擇了13個(gè)項(xiàng)目進(jìn)行了測(cè)試，得出不同地區(qū)的建筑節(jié)能能效數(shù)據(jù)。在2011年~2012年采暖季中，華北北部一月份室外平均氣溫 -4℃，低溫-17℃的情況下，室內(nèi)平均溫度保持在18℃。當(dāng)居住建筑的節(jié)能設(shè)計(jì)達(dá)到50%時(shí)，該組合系統(tǒng)一個(gè)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(shù)數(shù)據(jù)顯示，低溫空氣源熱泵（太陽能）與地面采暖的組合系統(tǒng)可以滿足華北等寒冷地區(qū)，以及華中、華東 等冬冷夏熱地區(qū)冬季采暖（含生活熱水）的需求，同時(shí)還具有運(yùn)行能效比高，運(yùn)行費(fèi)用低的特點(diǎn)。
本課題組為了更好地推廣該項(xiàng)技術(shù)，編制了《住宅戶式空氣源熱泵和太陽能供熱系統(tǒng)應(yīng)用技術(shù)導(dǎo)則》；
本課題組還建立了一套適合空氣源熱泵采暖組合技術(shù)的通用測(cè)試方法；研發(fā)了一套太陽能輔助空氣源熱泵地暖系統(tǒng)的在線監(jiān)測(cè)平臺(tái)。
二、該系統(tǒng)的技術(shù)特點(diǎn)和升級(jí)
（一）空氣源熱泵技術(shù)的新進(jìn)展
在組合系統(tǒng)中，低溫空氣源熱泵分別采用了噴氣增焓壓縮機(jī)或高壓腔直流變速壓縮機(jī)，以及“變水溫”控制等技術(shù)之后，可使空氣源熱泵在低溫環(huán)境下啟動(dòng)性能更佳。當(dāng)前的運(yùn)行環(huán)境氣溫可延展到-20℃，同時(shí)還可根據(jù)環(huán)境氣溫進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)，使建筑的舒適性和節(jié)能性得以發(fā)揮。
1、直流變速技術(shù)
采用直流變速高壓腔渦旋式壓縮機(jī)，可在更低的氣溫下啟動(dòng)；采用壓縮機(jī)壓差油膜潤(rùn)滑技術(shù)，減小了壓縮機(jī)磨損，延長(zhǎng)壓縮機(jī)使用壽命；壓縮機(jī)的電機(jī)還采用磁 力強(qiáng)勁的釹磁鐵材料，可更省電、節(jié)能；根據(jù)室外氣溫實(shí)時(shí)控制壓縮機(jī)轉(zhuǎn)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(nèi)溫度保持穩(wěn)定及舒適性； 它可以實(shí)現(xiàn)軟啟動(dòng)，避免對(duì)電網(wǎng)的沖擊。
2、噴氣增焓技術(shù)
噴氣增焓壓縮機(jī)是渦旋式壓縮機(jī)。它通過優(yōu)化中壓段冷媒噴射技術(shù)，將單級(jí)壓縮機(jī)轉(zhuǎn)換成兩級(jí)壓縮，增加了冷凝器中制冷劑流量，加大了主循環(huán)回路的焓差，從而提高 了壓縮機(jī)效率。噴氣增焓渦旋式壓縮機(jī)系列產(chǎn)品可在環(huán)境溫度-25℃~+29℃范圍內(nèi)運(yùn)轉(zhuǎn)。當(dāng)室外環(huán)境氣溫在-10℃時(shí)，它的制熱能力比常規(guī)渦旋式壓 縮機(jī)可提高20%。
（二）地暖技術(shù)
地面輻射采暖技術(shù)的新進(jìn)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(shí)，增加鋁箔復(fù)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，阻止熱量向下傳遞。
“預(yù)制溝槽薄型地面輻射采暖板”經(jīng)過國家檢測(cè)試驗(yàn)室（進(jìn)水溫度35℃、回水溫度31.12℃、空氣基準(zhǔn)溫度20℃）的測(cè)試，散熱量可達(dá)100W/㎡以上，是目前能效較高的供熱末端之一。
（三）低溫空氣源熱泵與地暖的優(yōu)化組合
空氣源熱泵的合理工作狀態(tài)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(tài)下，空氣源熱泵的能效比低，不經(jīng)濟(jì)。
本課題是將空氣源熱泵鎖定在合理的狀態(tài)下工作，即提供50℃以下的熱水；與地暖裝置組合，如“預(yù)制溝槽薄型地面輻射采暖板”的進(jìn)水溫度為35℃，從而優(yōu)化組合成新的建筑采暖系統(tǒng)，即低溫空氣源熱泵與地暖組合式建筑采暖系統(tǒng)。
（四）空氣源、太陽能復(fù)合熱源組合技術(shù)
低層居住建筑和農(nóng)村住宅以太陽能與空氣源熱泵作為地暖和生活熱水的復(fù)合熱源時(shí)，在白天可利用太陽能提供熱能，向地暖和生活熱水系統(tǒng)供熱。在夜間或陰雨 天沒有太陽時(shí)，自動(dòng)啟動(dòng)空氣源熱泵向該系統(tǒng)供熱，實(shí)現(xiàn)了太陽能零能耗+空氣源熱泵低能耗的有機(jī)結(jié)合。系統(tǒng)采用微電腦控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)判斷氣溫變化，熱水 系統(tǒng)自動(dòng)循環(huán)保溫，室溫實(shí)現(xiàn)分室分時(shí)段控制，太陽能和空氣源熱泵自動(dòng)切換等措施之后，在該采暖系統(tǒng)中太陽能的供獻(xiàn)率可達(dá)40%以上。
其次，在實(shí)施峰/谷電價(jià)地區(qū)，可充分利用谷電時(shí)段內(nèi)蓄能，享受優(yōu)惠電價(jià)，減少運(yùn)行費(fèi)用。
還有，在低層住宅建筑中采取增設(shè)外廊等被動(dòng)式太陽能采暖設(shè)施后，可使太陽能在該采暖系統(tǒng)中的供獻(xiàn)率進(jìn)一步提高。
（五）采暖、生活熱水加夏天制冷的一體化設(shè)計(jì)
低溫空氣源熱泵作為地暖和生活熱水供熱熱源時(shí)，還具備夏天空調(diào)制冷的功能。通常在夏天可通過風(fēng)機(jī)盤管給室內(nèi)輸送舒適的涼風(fēng)，實(shí)現(xiàn)一機(jī)多用，充分利用資源，節(jié)省投資費(fèi)用。
三、節(jié)能能效測(cè)試結(jié)果
2011 年~2012年采暖季，課題組針對(duì)不同建筑類型、不同經(jīng)濟(jì)水平、不同氣候區(qū)，其中居住建筑既有經(jīng)濟(jì)適用房，城鎮(zhèn)別墅還有農(nóng)村住宅，以及小型公建等有代表性 的項(xiàng)目，進(jìn)行了相關(guān)測(cè)試。提取了近萬個(gè)低溫空氣源熱泵（太陽能）與地暖的組合系統(tǒng)建筑采暖能效數(shù)據(jù)。測(cè)試項(xiàng)目分類如下：
其中課題組在北京市跟蹤測(cè)試了多個(gè)項(xiàng)目。例如：北京城區(qū)南四環(huán)的鴻博家園小區(qū)測(cè)試項(xiàng)目（該建筑為2011年竣工經(jīng)適房項(xiàng)目，高層板樓，圍護(hù)結(jié)構(gòu)按 65%節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)）。2011年~2012年采暖季，室外：低溫-9.8℃，日平均溫度-4℃，月平均溫度-2.52℃。室內(nèi)：整個(gè)冬季平 均溫度保持在20℃~22℃。地板采暖供水溫度35℃。按采暖季125天，以每戶建筑面積平均82㎡計(jì)算，采暖總耗電量不超過2000kw.h，約為 33kw.h/㎡。空氣源熱泵能效比（COP）在3.2以上。采暖季電費(fèi)15元/㎡左右。低于同期同戶型壁掛爐散熱器采暖運(yùn)行費(fèi)用。
北京郊區(qū)的幾個(gè)測(cè)試項(xiàng)目中：其中室外溫度較低的一個(gè)別墅項(xiàng)目，冬季室外平均溫度-6.2℃，低溫-18.8℃。室內(nèi)平均溫度保持在20℃，空氣源熱泵的 冬季采暖平均COP值仍可達(dá)3以上，冬季取暖加生活熱水所用電費(fèi)19.7元/㎡。與北京市燃?xì)忮仩t集中供暖收費(fèi)30元/㎡比，低30%以上。
北 京郊區(qū)農(nóng)村新建和舊房改造項(xiàng)目，采用空氣源熱泵、太陽能復(fù)合熱源作為冬季地面輻射采暖和生活熱水的熱源，取得比較好的效果。如房山區(qū)西白岱村項(xiàng)目測(cè)試數(shù) 據(jù)：2011年~2012年采暖季，一月份室外平均溫度-4℃，低溫-17℃，室內(nèi)平均溫度保持在18℃。系統(tǒng)采暖和生活熱水總耗電量 5367kw.h，制熱能效比（COP）3.16，其中太陽能集熱器面積16㎡，冬季太陽能制熱供獻(xiàn)率占總制熱量約30%~40%。冬季采暖+生活熱水費(fèi) 用16元/㎡。
通過對(duì)大量測(cè)試數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)和分析，與六種常用的住宅建筑不同的供熱方式相比較。折合一次能源采暖消耗量排序如下：燃煤熱電聯(lián)產(chǎn)供熱方式＜低溫空氣源熱泵供熱方式＜燃?xì)獗趻鞝t＜大型燃煤鍋爐供熱 方式＜區(qū)域燃煤鍋爐供熱方式＜直接電采暖供熱方式。低溫空氣源熱泵僅略高于燃煤熱電聯(lián)產(chǎn)供熱是一種低能耗的供熱方式。采暖運(yùn)行費(fèi)用也是相對(duì)較低的一種。
在華北地區(qū)北部，2011年~2012年采暖季，一月份室外平均溫度-4℃，低溫-17℃，采暖室內(nèi)平均溫度保持在18℃，凡達(dá)到50%節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的 建筑，使用空氣源熱泵、太陽能、地板采暖+生活熱水的運(yùn)行費(fèi)用為每平方米14元~16元；使用空氣源熱泵地板采暖+生活熱水的為每平方米18元~20元。 以上電費(fèi)均是以用戶按當(dāng)時(shí)北京電費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)（0.49元/度）實(shí)際費(fèi)用計(jì)算。2013年電價(jià)調(diào)整后如選用峰谷電，費(fèi)用基本相當(dāng)。如選用階梯電價(jià)每平方米費(fèi)用增 加4-5元。
目前使用這一技術(shù)的初投資較大一些。用于采暖的低溫空氣源熱泵，國內(nèi)品牌每平方米的初始投資約200多元，進(jìn)口品牌約近300元。但運(yùn)行費(fèi)用低，幾年內(nèi)可收回成本。如考慮該系統(tǒng)可兼顧夏季制冷的特性，相比其他供熱方式其綜合性價(jià)比的優(yōu)勢(shì)更為明顯。
四、一項(xiàng)值得推廣的節(jié)能減排技術(shù)
“低溫空氣源熱泵與地暖組合系統(tǒng)”和“低溫空氣源熱泵、太陽能與地暖組合系統(tǒng)”，是一種較完善的節(jié)能、舒適又環(huán)保的采暖與生活熱水組合技術(shù)。推廣該技術(shù)可以減少采暖能源消耗，節(jié)省客觀的運(yùn)行費(fèi)用，取得較高的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。
該采暖系統(tǒng)不產(chǎn)生溫室氣體和粉塵等污染物質(zhì)；該系統(tǒng)中熱水循環(huán)使用，不產(chǎn)生有害廢水，綠色環(huán)保。一套空氣源熱泵（太陽能）三聯(lián)供系統(tǒng)，既能解決3-5口之家 一年的正常生活取暖和熱水需求，據(jù)粗略測(cè)算，與電熱水器加燃煤鍋爐相比，非采暖季可節(jié)電約1640kw.h，采暖季可節(jié)煤約1.6~2噸，京郊有110多 萬戶需要節(jié)能改造的農(nóng)村住宅，如有三分之一的農(nóng)戶改用該課題的“低品位可再生的清潔能源”，即可減排300萬噸二氧化碳；2891噸二氧化硫；2814噸 煤煙粉塵，將為北京地區(qū)的“藍(lán)天碧水工程”中發(fā)揮重要作用。
對(duì)住宅建筑不同供熱方式的二氧化碳排放量計(jì)算結(jié)果顯示： 空氣源熱泵是二氧化碳排放量較低的幾種供熱方式之一。目前我國相當(dāng)多的中小城市、城鎮(zhèn)，解決采暖和生活熱水仍以燃煤為主，污染嚴(yán)重。此項(xiàng)技術(shù)如向國內(nèi)有條 件的地區(qū)推廣，將會(huì)大大減少二氧化碳排放量，為我國“節(jié)能減排”的戰(zhàn)略目標(biāo)作出重要貢獻(xiàn)。它可為非集中供暖地區(qū)的住戶提供一種“住戶自助式節(jié)能環(huán)保的采暖 與熱水供應(yīng)方式”。有助于解決集中采暖地區(qū)采暖費(fèi)收繳困難的窘境。隨著城鎮(zhèn)化進(jìn)程的加快，居民對(duì)經(jīng)濟(jì)和環(huán)保需求的不斷提高，推廣清潔能源的采暖方式勢(shì)在必 行。低溫空氣源熱泵、太陽能能作為建筑采暖技術(shù)加以推廣，將具有非常大的現(xiàn)實(shí)意義。
本課題所研究的太陽能與空氣源熱泵復(fù)合熱源技術(shù)，特別是在太陽能的貢獻(xiàn)率和系統(tǒng)的運(yùn)行能效上，有待進(jìn)一步完善與提高。同時(shí)，推動(dòng)低溫空氣源熱泵的產(chǎn)業(yè)化、規(guī)模化生產(chǎn)，降低成本與初投資是我們的奮斗目標(biāo)。
五、對(duì)該科研項(xiàng)目研究成果的建議
國務(wù)院主管部門將“低溫空氣源熱泵、太陽能與地暖組合式建筑采暖系統(tǒng)”納入可再生能源利用的范疇，加大扶持力度，在經(jīng)濟(jì)上給予政策性補(bǔ)貼；在推廣新型熱泵采暖方式地區(qū)，根據(jù)當(dāng)?shù)氐碾娏Ψ骞惹闆r，享受一定的分時(shí)電價(jià)政策或補(bǔ)貼政策。
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