空气源热泵地板采暖技术在民用住宅上的应用

辛 宏

(黑龙江省节能技术服务中心，哈尔滨 150001)

空气源热泵地板采暖技术在民用住宅上的应用

辛 宏

(黑龙江省节能技术服务中心，哈尔滨 150001)

文中介绍了空气源热泵地板采暖技术在民用住宅上的应用，并说明了其工作原理。该系统不仅具有节能环保效益，而且在改善能源结构等方面上提供了有效的措施。

空气源热泵；节能环保

0 引 言

在建筑业迅猛发展之际，采暖空调热水供应逐渐成为建筑用能的大户，由于环保要求的提高，我国北方越来越多的城市限制燃煤采暖，何种清洁节能的采暖系统可替代燃煤采暖成为关系到国计民生的课题。

空气源热泵是一种适用广泛、便于分户管理的节能产品，特别是在没有实现集中供热的地区，属可再生能源利用范畴。

1 案例源单位简介

装甲兵工程学院的前身是1953年成立的军事工程学院“装甲兵工程系”。1961年以该系为基础，在西安组建成立装甲兵工程学院。1969年迁址北京。学院隶属于总装备部，是全国重点工科院校、全军学历教育院校。

长安新城是北京市一个大型生活社区，位于长安街南畔，东部的“健身、休闲广场”紧邻西四环绿化带，用地47.3 ha，总建筑面积约100×104m2，是目前北京市西部的经济适用房。为了贯彻国家节约能源的政策，装甲兵工程学院职工在该小区购房多套，统一安装了空气源热泵+地板辐射采暖设备。

2 对比房采暖系统的运行状况、技术水平、能耗情况

以回龙观云趣园二区10号楼4单元302室作为对比房，对比房和实验房结构相同，建筑面积122 m2，房体均设置内保温结构。

对比房采用电热膜作为采暖系统，每平方米电热膜费用150元，采暖设备总投资150×122=18 300万元。室温设定为20 ℃。采暖对比数据典型日(8 d×24 h)，耗电量为301 kWh，换算成一个采暖期120 d为4 515 kWh，北京地区电费按0.48元/kWh计算，冬季采暖期费用为0.48×4 515=2167.2元。

3 节能改造系统及方案的选择

3.1 系统方案的选择

热泵用少量高品位能将大部分低品位能提升为可用于采暖空调热水供应的能源，其效率大于1.0，是一种替代高位能源直接利用的装置。

空气源热泵与水源热泵、地源热泵相比的优点是：以空气为热源，清洁、可再生、可小型化的装置。

实现空气源热泵在寒冷地区采暖的方案：

(1)通过降低热泵机组的出水温度，使压缩机运行在可行的压缩比内。并保证较高的供热效率及运行的稳定性，采用空气源热泵+地板辐射采暖系统。该系统机组特点是分体式(防冻)，具有双末端机即地板辐射采暖和风盘送风降温。

(2)空气源热泵采暖系统技术。

①水温的范围：当地面面层为陶瓷砖时，维持室温18 ℃，使用管材PEX-D20/16，管间距为200 mm，水温35 ℃，可以提供的供热量为90.4 W/m2，大于建筑的采暖负荷，所以水温可以适当低于35 ℃(按建设部节能标准，节能50%的建筑采暖负荷为54 W/m2)。

②当压缩机出水温度为35 ℃，其冷凝温度为40 ℃左右，当环境温度为-15 ℃，对应的蒸发温度为-20 ℃左右，其压缩机的压差小于1.4 MPa，是安全运行的范围，并以样本数据7P机为例，该压缩机输入功率为5 600 W(含水泵和风机)，机组输出热量为8 580 W，COP为1.53，即压缩机工作在-15 ℃环境下，产生35 ℃的水，能效比为1.53。

③空气源热泵机组，经中国家电所测试结果见表1。

表1 中国家电所检验结果

3.2 空气源热泵采暖技术介绍

空气源热泵采暖技术，以空气源热泵作为冷热源，冬季与辐射地板结合用于采暖，借助电能从空气中取热、取冷，清洁、安全、节能。

空气源热泵与地板辐射技术结合时该系统由两部分组成：

(1)空气源热泵机组

由室外机和室内机两部分组成，它在冬季作为热源，提供热水给地板辐射采暖。室外机与空气进行热交换，通过氟22介质将冷热传送到室内机，室内机通过板式换热器将氟22的冷热转化为冷热水，由冷热水在居室内循环。这种设计优点有：

①氟系统与水系统分别放在室外、室内，避免冬季采暖时冻结隐患。

②室内系统以水作为输送冷热的媒介，安全可靠，大大减少氟泄漏。

③压缩机在室外，噪音小。

(2)地板辐射采暖

低温热水地板辐射采暖的工作原理是使加热的低温热水流经铺设在地板层中的管道，并通过管壁的热传导对其周围的混凝土地板加热，低温地板以辐射方式向室内传热，从而达到舒适的采暖效果。

辐射地板一般由供暖埋管和覆盖混凝土层构成，基层为钢筋混凝土楼板，上铺高效保温材料隔热层，隔热层上敷设塑铝复合管，塑铝复合管上铺钢筋加强网，其上为混凝土地面和装修层。

该技术的主要特点是采用分体结构和模块设计，具有防冻、布置方便、噪声小等优点；整个系统实现智能控制，可按需要分时段分室调控。

3.3 空气源热泵采暖技术的关键技术及创新点

(1)关键技术

热泵是一种能从自然界的空气、水或土壤中获取低品位热，经过电力做功，输出高品位热能的设备。如水源热泵从16 ℃的井水中提取热，经电力压缩机对循环工质做功，可以达到输出热水温度52 ℃，其输出热量与输入电功率之比为3.51。这种热水可以利用风机盘管向房间供暖。夏季又可利用同一装置制冷，做到一机多用，即节省初投资，又节省运行费。在有条件提供地下水源的情况下，是一种理想的节能系统装置。但在大部分城市地区，由于受到水源开采的限制，实际推广过程中难度大。

另一类热泵是以空气为热源，理论上可以不受资源限制，在任何地区运用。供热是通过直接产生热风或产生45 ℃热水后再产生热风实现的。在寒冷气候下，选用低温性能好的高效压机的基础上，降低冷凝温度，选择一种可行的末端采暖装置配合使用。空气源热泵机组在气温-15 ℃下稳定运行，通过向辐射地板采暖供出35～38 ℃左右的热水，使得在寒冷地区的室内温度达到舒适要求，即18～20 ℃。在上述的气温、水温条件下，热泵的蒸发温度至少是-20 ℃，蒸发压力是1.455 kg/cm2，冷凝温度是40～43 ℃，冷凝压力是14.2～15.4 kg/cm2，即压缩机的压缩比为9.8～10.58。

空气源热泵研究所通过太阳能集热器产生低温热水供辐射地板采暖，水温30～40 ℃，可满足北京地区冬季需求，辐射地板是一种配合气源热泵的散热末端。

(2)创新点

①低温性能好：压缩机能够保证系统-16 ℃正常运行。

②供热效率较高：与地板辐射采暖匹配，利用35 ℃低品位热，在0～-15 ℃的环境温度下，COP平均达2.0以上，地板的蓄能作用使得系统可以利用白天的较高温空气，进一步提高系统供热效果。

③分体结构设计：氟系统和水系统分离，冬季防止冻结，室内机体积小、噪音低。

④模块设计：双室外机可有效节能。用户可以根据负荷的情况，运行单/双机，解决能耗大的问题。

⑤使用220V民用电：8～16 kW大功率机组可以使用220 V民用电。

3.5 实验房的实际运行状况及现场监测

实验房为长安新城4号楼6单元0704室，公寓面积122 m2，做内保温。安装使用了空气源热泵采暖系统设备FRS-12D机组一套：12D主机，地板辅设管线。机组额定输入功率4.8 kW，制热量为13.4 kW。地板埋管为PEX管，地板表面为木质地板。

表2 现场监测数据记录表

通过累计数据统计，8 d×24 h用电量为137 kWh，换算成一个采暖期120 d为2 055 kWh，电费按0.48元/kWh计算，费用为0.48×2 055=986.4元。

5 节能量的测量

节能量的测量见表3。

表3 典型月实验房与对比房的耗能量测试对比表

由上表可推，北京地区一个采暖期120 d，建筑面积为122 m2的住房，采用空气源热泵+地板辐射采暖，较电热膜采暖要节电量为2 460 kWh，折合节热量8 856 MJ。

6 项目节能效益及其它非能源效益

6.1 节能效益

空气源热泵采暖技术投入运行后，北京地区每年采暖期120 d，一套建筑面积为122 m2的住房，采用空气源+地板辐射采暖，电费按0.48元/kWh计算，费用986.4元。采用电热膜技术采暖，冬季采暖期费用为2 167.2元。前者年可节省采暖运行费用1 180.8元。

6.2 非能源效益

该系统投入运行后，年可节电量2 460 kWh，一年可减排碳含量561.13 kg(计算根据国家发展和改革委员会节能信息传播中心提供的减排标准，1吨标煤减排710.6千克碳)。

表3 住宅类建筑采暖空调系统综合比较表(以北京地区为例)

7 总投资及经济评价

7.1 投资回收期

不同采暖系统投资费用比较见表4。

表4 不同采暖系统投资费用比较表

在初投资上，空气源热泵+地板辐射采暖系统投资费用要高出对比房电热膜采暖3 660元。运行费用上，年可节约1 180.8元，计算回收期为：

投资回收期=增加投资/年节约额=3 660/1 180.8=3.10年

项目可在3.10年即3.1个采暖期收回全部投资。

电的价格是影响投资回收期的主要因素，其关系如图1所示。

表5 回收期—电价

图1 电价影响回收期图

根据我国现有的通涨情况，选择贴现率8%，项目寿命期10年。

表5 净现值计算表 元(RMB)

10年累计收益11 808元，折现值4 263.26元。

内部收益率计算见表6。

表6 贴现率—净现值关系图 万元(RMB)

图2 贴现率—净现值关系图

计算内部收益率IRR=29.90%，大于设定的期望利率，节能效益显著。

8 适用对象

空气源热泵采暖技术采用辐射地板作为散热末端后，扩大了风冷热泵采暖的应用领域，由夏热冬冷地区推进到寒冷地区，使得在北方寒冷地区除了目前常规的燃煤、燃气、燃油及电热直接采暖方式外，又出现了一种新的采暖方式。

我国寒冷地区人口约3亿，新系统的市场潜力大。系统初投资约180元/m2，在价位上适合中高档住宅楼盘和别墅采用，因此在经济发达同时环保要求高的大中城市及沿海发达地区有着一定的市场。

此系统与寒冷地区其他常规采暖方式比较，也表现出自己的特点。在环保方面，采用R22型绿色制冷剂，借助电能从空气中取热，在居住小区内不造成任何空气污染，是一种清洁、安全的采暖系统；在节能方面，它综合了空调的高效率和地板辐射采暖的舒适性特点，在环境温度0～-15 ℃下，系统供热效率COP平均达2.0以上。对于非节能建筑，在京津地区冬季运行费与燃煤采暖收费基本一致；对于节能建筑，在北京冬季运行费比北京市燃油、燃气及电锅炉采暖收费节省60%左右的费用，比燃煤采暖收费省37%左右的费用。

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Application of Air Source Heat Pump Floor Heating Technology in the Civil Residence

XIN Hong

(Energy Conservation Service Center of Heilongjiang Province, Harbin 150001, China)

This article introduces the application of air source heat pump floor heating technology in the civil residence, and describes its working principle. This system is not only benefits to the energy conservation and environmental protection, but also provides the effective measures on aspects of improvement in energy structure and the others.

Air source heat pump; Energy conservation and environmental protection

2015-06-11

2015-07-10

辛宏(1983-)，女，毕业哈尔滨商业大学，国际经济贸易专业，现从事节能方面研究与测试工作。

10.3969/j.issn.1009-3230.2015.08.009

TU823.1

B

1009-3230(2015)08-0032-05