背景

北方地區(qū)城鎮(zhèn)建筑多采用集中供暖，而遠(yuǎn)郊區(qū)縣的建筑，由于集中供暖網(wǎng)絡(luò)無法覆蓋，以前多采用燃煤等方式進(jìn)行冬季供暖。然而，在我國(guó)北方地區(qū)冬季霧霾嚴(yán)重的大背景下，多個(gè)省市出臺(tái)了嚴(yán)格的地方法規(guī)以實(shí)現(xiàn)減排。在這些法規(guī)中，嚴(yán)格限制甚至禁止使用燃煤供暖。因此，使用何種熱源進(jìn)行供熱是這些地區(qū)亟待解決的問題。

一般而言，除了燃煤，可用于建筑供暖的熱源主要包括：水源熱泵、地源熱泵、空氣源熱泵、燃?xì)?、電熱等。地源和水源熱泵由于容量大、造價(jià)高和需要更好的運(yùn)行管理，一般僅用于較大規(guī)模的公共建筑。電供暖由于一次能源效率遠(yuǎn)低于其他熱源，所以規(guī)范中規(guī)定在極為特殊的場(chǎng)合才能使用。燃?xì)馐且环N相對(duì)清潔、且可靠性高的供暖熱源，在有燃?xì)夤芫€鋪設(shè)的地區(qū)應(yīng)該是可選的住宅供暖方式之一。相對(duì)而言，空氣源熱泵的容量較小、一次能源效率較高、生命周期費(fèi)用低，與低溫供熱末端相結(jié)合，是一種適宜遠(yuǎn)郊區(qū)縣使用的清潔供暖熱源。

低溫空氣源熱泵

提及空氣源熱泵或者低溫空氣源熱泵，網(wǎng)絡(luò)上最多的爭(zhēng)論或用戶最大的疑慮是 ：在低環(huán)境溫度下熱泵系統(tǒng)是否還能保證充足的供熱量，是否還能保證良好的能效系數(shù)？

分析表明 ：，導(dǎo)致空氣源熱泵在低溫下性能變差的主要原因有 ：1）蒸發(fā)溫度降低導(dǎo)致單位質(zhì)量制冷劑蒸發(fā)器換熱量減小，壓縮機(jī)功耗增大 ；2）吸氣比容增大導(dǎo)致系統(tǒng)制冷劑流量減小 ；3）在大壓縮比下，壓縮機(jī)效率下降 ；4）頻繁除霜導(dǎo)致除霜能耗增加 ；5）排氣溫度升高導(dǎo)致系統(tǒng)的可靠性降低。

因此，對(duì)空氣源熱泵性能的改善應(yīng)該針對(duì)以上幾個(gè)方面入手，其優(yōu)化目標(biāo)主要包括 ：降低蒸發(fā)器進(jìn)口制冷劑比焓、增加壓縮機(jī)排氣量、提高壓縮機(jī)內(nèi)容積比效率、減小壓縮機(jī)泄漏和降低排氣溫度。

當(dāng)下，在低溫空氣源熱泵中較常采用的增容增效技術(shù)包括：變頻技術(shù)、補(bǔ)氣技術(shù)、雙級(jí)壓縮技術(shù)、噴液技術(shù)等。其中，補(bǔ)氣技術(shù)在低溫空氣源熱泵中有廣泛應(yīng)用。所謂補(bǔ)氣是指將凝器出口的部分制冷劑經(jīng)節(jié)流后將其攜帶的絕大部分冷量傳遞給主回路制冷劑后，利用自身較高壓力能，噴射進(jìn)入壓縮機(jī)壓縮腔，實(shí)現(xiàn)二次吸氣的制冷 / 制熱循環(huán)。大量的實(shí)驗(yàn)和模擬分析表明 ：補(bǔ)氣不但能大幅度提高低溫空氣源熱泵的制熱量，有效提升其在低溫環(huán)境下的能效水平，而且能降低壓縮機(jī)排氣溫度，保證系統(tǒng)安全運(yùn)行。

因此，雖然低溫空氣源熱泵技術(shù)復(fù)雜、開發(fā)難度高，但經(jīng)過 20 多年的發(fā)展，我國(guó)低溫空氣源熱泵技術(shù)和產(chǎn)品已經(jīng)較為成熟，能滿足北方地區(qū)供暖的需要。

供暖末端

可與空氣源熱泵結(jié)合的供暖末端形式包括 ：風(fēng)機(jī)盤管、輻射地板、房間空調(diào)器和多聯(lián)機(jī)等。地板輻射供暖由于熱舒適性高（腳暖頭冷、不躁熱）、需求供水溫度低（一般35～45 ℃）等優(yōu)點(diǎn)，被認(rèn)為是適合低溫空氣源熱泵的最佳供暖末端。

圖 1 空氣源熱泵＋風(fēng)機(jī)盤管

圖 2 空氣源熱泵＋輻射地板

圖 3 熱泵型房間空調(diào)器

圖 4 熱泵型多聯(lián)機(jī)

建議

雖然低溫空氣源熱泵技術(shù)和產(chǎn)品已較為成熟，且與地板輻射供暖配合能實(shí)現(xiàn)溫度匹配，有較好的熱舒適性，但在北方地區(qū)住宅供暖實(shí)際應(yīng)用中，當(dāng)選用低溫空氣源熱泵＋地板輻射供暖時(shí)還需要注意以下選型、設(shè)計(jì)和運(yùn)行問題 ：

1）對(duì)于低溫空氣源熱泵

①將低溫空氣源熱泵只應(yīng)用于有合適的室外溫度的地區(qū)，不建議室外溫度長(zhǎng)時(shí)間低于－ 20 ℃的地區(qū)采用空氣源熱泵 ；

②寒冷地區(qū)宜選用采用補(bǔ)氣和變頻等增容增效技術(shù)的低溫空氣源熱泵 ；

③選用的低溫空氣源熱泵應(yīng)具有快速、高效、長(zhǎng)期可靠以及現(xiàn)場(chǎng)適應(yīng)性好的除霜能力 ；

④在選型時(shí)，低溫空氣源熱泵應(yīng)按照運(yùn)行溫度范圍進(jìn)行修正，不能按照標(biāo)稱選型 ；

⑤在系統(tǒng)設(shè)計(jì)和運(yùn)行時(shí)，應(yīng)有效降低輸配能耗和非供暖時(shí)段的防凍能耗。

2）關(guān)于低溫空氣源熱泵＋地板輻射供暖

①建筑應(yīng)先作好門窗密封和外墻保溫。調(diào)研顯示 ：遠(yuǎn)郊區(qū)縣住宅建筑滲風(fēng)負(fù)荷很大。由于地板輻射單位面積散熱量有限（尤其在供水溫度不高的情況下），只有先做好圍護(hù)結(jié)構(gòu)的密封和保溫工作，才能較好地維持室內(nèi)溫度。

②在正常的供暖期間，供水溫度不應(yīng)過高。適宜水溫為35～45 ℃，此時(shí)地表溫度限制在 24～32 ℃范圍內(nèi)，過高的水溫將導(dǎo)致地板變形、VOC 散發(fā)加劇等問題。

③提高布管密度。使用低溫水輻射供暖時(shí)，布管密度應(yīng)增加，一方面提高地表溫度均勻性 ；另一方面增加向室內(nèi)的供熱量。

④對(duì)于地板輻射供暖熱慣性大、啟動(dòng)速度等問題，可借助機(jī)組自控或 APPs 等技術(shù)手段提前啟動(dòng)和關(guān)閉，也可采用連續(xù)運(yùn)行＋變室溫設(shè)定等方法來提高舒適性，并降低能耗。

摘自《暖通空調(diào)?專輯》第1期《低溫空氣源熱泵及其在北方地區(qū)供暖中的應(yīng)用》

作者：清華大學(xué) 王寶龍

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