河南省建筑科學研究院有限公司      李杰   杜永恒

摘   要：持續嚴重的霧霾污染、越來越不容忽視的空氣污染治理以及“宜電則電”、“宜氣則氣”的指示，使得空氣源熱泵直膨式輻射供暖這種清潔取暖技術以其高效、節能、環保、舒適的特點獲得更廣闊的發展空間。在各方努力下，該技術將不斷趨于成熟、節能效果更加顯著、使用方式更加靈活、應用范圍更加廣泛，將對全社會節能減排工作做出更大貢獻。

關鍵詞：清潔取暖；空氣源熱泵；輻射供暖；以電代煤

       0   引言

       為貫徹落實國家能源結構調整和大氣環境治理的相關政策，推廣普及可再生能源取暖技術，實現清潔能源電能替代，提高可再生能源在區域能源消費中的比重，在摒棄蜂窩煤、土暖氣等傳統的低效采暖模式的同時，應大力發展空氣源熱泵、地源熱泵、蓄熱電鍋爐、碳晶供暖等電驅動采暖模式。而空氣源熱泵直膨式輻射供暖技術以其系統簡單、節能高效、舒適度高、適用范圍廣等優勢，可作為推動清潔取暖工作的首選技術。

       1   系統特點

       空氣源熱泵直膨式輻射供暖系統是以電能驅動、空氣源熱泵提供熱源、冷劑直接通過敷設于地面（或墻面和頂板）的盤管散熱進行供暖的高效采暖系統。系統工作時，冷劑通過空氣源熱泵（以下簡稱熱源機），降壓蒸發吸收低品位熱能（空氣熱能），經壓縮機壓縮為過熱氣體，進入末端盤管進行冷凝放熱并液化，液化后的低溫冷劑進入膨脹閥降壓，并進入蒸發器繼續吸收低品位熱能，如此循環工作。

     （1）簡單

       由圖1可以看出，整個空氣源熱泵直膨式輻射供暖系統構造簡單，整個毛細盤管末端及附件可看作冷凝器，高壓高溫的氣態制冷劑進入末端系統，液化放熱進行供暖。系統減少了常規空調系統中冷凝器與末端的二次換熱裝置及附件，運行維護簡單。

1-壓縮機；2-四通閥；3-過濾器；4-截止閥；5-膨脹閥；6-換熱器；7-電機及風扇；8-輸氣連接管；9-輸液連接管；10-分集氣器；11-分集液器；12-輸配液管；13-輸配氣管；14-分檢修盒；15-毛細盤管；16-主檢修盒

圖1   空氣源熱泵直膨式輻射供暖系統

     （2）低溫

       根據空氣源熱泵直膨式輻射供暖系統的實際工程經驗及毛細盤管地板輻射的傳熱計算結果，供暖工況下，熱泵的冷凝溫度為35~40℃，為低溫供暖；常規的風冷式機組的冷凝溫度為50℃，水冷式機組的冷凝溫度則在45℃左右，以風機盤管為末端的空調系統冷凝溫度則高達60℃。

       當使用空氣源熱泵與不同的末端系統組合時，在蒸發溫度相同的條件下，冷凝溫度越低，機組運行效率越高，因此以空氣源熱泵直膨式輻射供暖系統為代表的低溫供暖是一項值得推廣的清潔取暖技術。

     （3）舒適

       空氣源熱泵直膨式輻射供暖系統的末端采用地板輻射供暖，熱量主要以輻射形式進行傳遞，熱量散發均勻，且自下而上傳遞，供暖區域形成一個下暖上涼的溫度場，熱量主要集中在人體活動的區域，符合人體生理需求曲線；而普通的采暖方式，通常為通過對流換熱，氣流掠過人體，帶走皮膚水分，同時降低功能區空氣濕度，給人干熱的不舒適感。山東建筑大學的李永斌等人使用COMSOL軟件對使用空氣源熱泵直膨式輻射供暖系統的某功能區進行了舒適性分析，結果顯示：在室外溫度為0℃，室內設計溫度為18℃，地面溫度為26℃的設定條件下，房間溫度在19~21℃范圍內^[2]，且房間空氣流速低至0.1m/s，完全符合要求，可見使用空氣源熱泵直膨式輻射供暖系統能夠滿足人們冬季采暖需求的舒適性。

     （4）供冷

       由空氣源熱泵直膨式輻射供暖系統的工作原理可知，通過調整四通換向閥，該系統亦可以進行夏季供冷，可結合新風系統或除濕系統同時使用，原理見圖2；

1-壓縮機；2-四通閥；3-過濾器；4-截止閥；5-膨脹閥；6-換熱器；7-電機及風扇；8-輸氣連接管；9-輸液連接管；10-分集氣器；11-分集液器；12-輸配液管；13-輸配氣管；14-檢修盒；15-毛細盤管；16-除濕機或新風機；17-送風管；
18-送風口；19-回風口；20-回風管；21-檢修盒；

圖2   直膨式輻射供暖供冷系統原理圖

       也可以使用空調室內機作為末端，通過制冷劑換向器進行夏季供冷，原理見圖3。

1-壓縮機；2-四通閥；3-過濾器；4-截止閥；5-膨脹閥；6-換熱器；7-電機及風扇；8-輸氣連接管；9-輸液連接管；10-制冷劑換向器；11-分集氣器；12-分集液器；13-輸配氣管；14-輸配液管；15、16-檢修盒； 17-毛細盤管；
18-空調室內機

圖3   直膨式輻射供暖空調供冷系統原理圖
 

       2   與其他系統比較

     （1）節能

       由空氣源熱泵直膨式輻射供暖系統的工作原理可知，只需少量電能驅動壓縮器、膨脹閥、電機和風扇等，系統即可開機運行，相較于其他采暖系統經濟性較好。以寒冷地區總建筑面積為207.4m2的某農村兩層住宅為例，對初投資費用、采暖季運行費用、費用年值等將空氣源熱泵直膨式輻射供暖系統、區域燃煤鍋爐供熱的地板輻射供暖、空氣源熱泵低溫熱水地板輻射供暖、空氣源熱泵風機盤管送風供暖等幾種采暖方式進行對比[1]，詳見表1。

表1  幾種采暖方式經濟性比較

       由表1可以看出，幾種采暖方式中空氣源熱泵直膨式輻射供暖系統的初投資費用最小，區域燃煤鍋爐供熱的地板輻射供暖系統的運行費用及費用年值最小。綜合比較單位面積初投資和運行費用，經濟性最好的是區域燃煤鍋爐供熱的地板輻射供暖系統，其次為空氣源熱泵直膨式輻射供暖系統。但是單獨比較不同供暖方式的經濟性并不能全面評價最佳供暖方式，可結合單位供暖面積所需煤耗量來綜合評價節能性最好的供暖方式，詳見表2。

表2   幾種采暖方式的折合耗標煤量比較

       由表2可以看出，經濟性最好的區域燃煤鍋爐供熱的地板輻射供暖系統標準煤耗量較大，使用過程中會產生較多的環境污染物，因此從環保效益角度出發，不推薦該系統的使用。幾種采暖方式中，空氣源熱泵直膨式輻射供暖系統不僅有較好的經濟性，而且使用可持續清潔能源來提供熱源，發展前景很好。

     （2）環保

       空氣源熱泵直膨式輻射供暖系統在使用過程中，只需投入部分電力驅動熱泵機組即可，無需電力增容，也不產生任何污染物排放；此外，由于該系統換熱效率高，在相同的熱負荷需求下，標準煤耗量最少。數據顯示，空氣源熱泵直膨式輻射供暖系統與燃煤供暖系統相比較，每個采暖季單位供暖面積能減少排放CO₂  33.8kg、減少排放SO₂  274g，減少排放粉塵137g，減少排放NOx 20g。按照中國農村能源行業協會的調研數據，我國1.6億農戶中，共有6600萬戶使用散煤供暖，爐具保有量為1.2億臺，以每戶面積80m²，10%的用戶改用該系統，總的減排量見表3。

表3   空氣源熱泵直膨式輻射供暖較燃煤供暖的減排量

       由表3可以看出，10%的散煤供暖用戶改用空氣源熱泵直膨式輻射供暖系統供暖的污染物減排量非常可觀，這對改善空氣質量、減少霧霾揚塵天氣意義重大。

       3   總結

       空氣源熱泵直膨式輻射供暖技術是一項高效利用可再生能源的方法，是實現國家“以電代煤”、“清潔取暖”，實現節能減排目標，改善環境污染，提高空氣品質的重要技術途徑。具有節能環保、能源利用率高、經濟性較好、符合人體熱舒適度等優勢，可以在市政熱網沒有覆蓋的城區、縣市、鄉鎮和農村等地區積極推廣該技術。

參考文獻

       [1] 杜彥. 空氣源熱泵直接地板輻射供暖系統運行方式及經濟性研究[D].太原理工大學, 2015.

       [2] 李永斌,莊兆意. 空氣源熱泵無水地暖系統經濟性舒適性分析[J]. 建筑熱能通風空調,2017(01):45–48.

       [3] 空氣源熱泵無水地暖系統產品研發成功節能超過50%[J]. 黑龍江科技信息,2014(01):17.

       [4] 張寅,王璜,陳啟,李海平. 空氣源熱泵-地板供暖系統測試分析[J]. 暖通空調,2014(12):45–48.

       [5] 李哲,田琦,郭衛強. 華北地區空氣源熱泵無水地板采暖系統節能經濟性研究[J]. 科學技術與工程,2014(02):228–232.

       [6] 曾章傳,吳錦京,魏新利. 空氣源熱泵直接地板輻射采暖系統實驗研究及熱力性能分析[J]. 太陽能學報,2011(08):1151–1157.

       [7] GBT 19232—2003,風機盤管機組[S].北京:鄒月琴,李成孝,錢榮華,2003.

備注：本文收錄于《建筑環境與能源》2017年2月刊總第2期。
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