居住建筑中应用空气源热泵热水系统的探讨与建议

谭庆 邓焕腾

柳州市建筑设计科学研究院 广西 柳州 545000

目前国家大力推进可再生能源利用，空气源热泵热水器作为近年来大力发展的可再生能源利用技术，与传统热水器相比有显著的节能减排效果，市场份额逐年提高，全国各地市也纷纷出台了对空气源热泵的鼓励政策并纳入可再生能源应用范围，空气源热泵热水系统将得到大量应用。但在住宅建筑中如何合理利用这种新型的可再生能源利用技术，本文通过对空气源热泵热水系统的系统选择、设计参数、热泵类型选择等分析，探讨空气源热泵热水系统在住宅建筑中的应用。

1 集中式空气源热泵热水系统与分散式空气源热泵热水系统的选择

集中式空气源热泵热水系统是指空气源热泵机组、储热水箱（罐）及循环管路共享向多个用户提供热水的空气源热泵热水系统。集中式空气源热泵热水系统优点是换热设备的热效率高，但由于系统复杂、管线长热损失大、总体造价高、使用成本高、公摊管理费用高（特别是在入住率低时）、住户使用管理不便等原因不易被住户接纳。另外，集中大型空气源热泵机组和循环热水泵产生的噪音和振动也容易对住户的居住环境产生不利影响，全文强条的《城镇给水排水技术规范》GB50788-2012第3.6.6条指出“给水加压、循环冷却等设备不得布置在居住用房的上层、下层和毗邻的房间内，不得污染居住环境”。集中式空气源热泵热水系统由于其优缺点更适宜应用于热水用量大、热水用水集中的建筑，如旅馆、公共浴室、医院、疗养院、体育馆、游泳池、大型饭店、集体宿舍等。

分散式空气源热泵热水系统是指空气源热泵机组、储热水箱（罐）及循环管路均为各户独立的空气源热泵热水系统，也称家用型空气源热泵热水系统。分散式空气源热泵热水系统与集中式空气源热泵热水系统相比具有系统简单、管线短热损失小、使用成本低、无公摊管理费用、运行控制分散独立互不干扰等优点，住户容易接受。2017年1月1日开始实施的浙江省工程建设标准《太阳能与空气源热泵热水系统应用技术规程》DB33-2016第4.2.1条第4点也指出“住宅建筑中安装的空气源热泵热水系统宜选择家用型空气源热泵热水机组。”

由此可见，在住宅建筑中采用分散式空气源热泵热水系统是必然的选择。

2 分散式空气源热泵机组和蓄热水箱的设计参数

如住宅的热水用水定额按50L/人·日，C=4.187kj/kg·℃，ρr=0.983，热水温度tr=55℃，冷水温度tl=15℃，热泵工作时间T1取8小时，设计小时耗热量持续时间T取4小时，安全系数k1、k2均取1.1，《建筑给水排水设计规范》GB50015-2003（2009年版）第5.4.2B条给出了空气源热泵机组和蓄热水箱设计参数的计算公式：

Qg=k1mqrC(tr-tl) ρr/T1

Vr=k2(Qh-Qg)T/[ηC(tr-tl) ρr]

其中Qg——设计小时供热量(kj/h)

Vr——蓄热水箱有效容积（L）

按该公式计算得空气源热泵机组和蓄热水箱的设计参数如表1。

表1 分散式空气源热泵机组和蓄热水箱的设计参数

由于住宅的热水用水时间比较集中，与定时热水供应系统更接近，根据《建筑给水排水设计规范》GB50015-2003（2009年版）第5.4.2B条，定时热水供应系统的蓄热水箱的有效容积宜为定时供应最大时段的全部热水量。空气源热泵机组和热水箱的设计参数修正如表2：

表2 分散式空气源热泵机组和蓄热水箱的设计参数

浙江省工程建设标准《太阳能与空气源热泵热水系统应用技术规程》DB33-2016对空气源热泵机组的参数设计提出更细致的分类和要求，根据该标准第5.3.2条，当空气源热泵机组为分散独立式系统且不设辅助加热设备时，热泵机组设计工作时间建议取5小时。对蓄热水箱的有效容积计算则提出了另一个计算公式：Vr=kmqr(1-T1/24)

其中Vr——蓄热水箱有效容积（L）

根据浙江省工程建设标准《太阳能与空气源热泵热水系统应用技术规程》DB33-2016对空气源热泵机组和蓄热水箱的设计参数计算结果如表3。

对比国标和浙江地标的计算结果发现，浙江地标的计算结果在蓄热水箱有效容积减少很小的情况下对热泵机组的供热能力提出了较高的要求，这将导致空气源热泵热水系统使用的舒适性大幅提高。一般情况下空气源热泵机组和蓄热水箱的设计参数建议按国标进行设计即可满足要求，如别墅、联排别墅、大户型住宅和对热水供水舒适性要求较高的住户可参照浙江地标对空气源热泵机组和热水箱进行设计。

表3 分散式空气源热泵机组和蓄热水箱的设计参数

3 分体式空气源热泵机组和蓄热水箱的设置

分散式空气源热泵分为分体式空气源热泵和整体式空气源热泵两种。分体式空气源热泵已经在南方市场得到了较为成熟的发展，随着主流热泵企业规模化的发展，分体式产品的技术已经较为稳定，生产成本也相对降低，目前分体式产品的终端售价已经逐渐接近大众消费者的可接受范围。

分体式空气源热泵的蓄热水箱可以放置在搁板、公共平台或阳台上，在建筑设计方案阶段即要明确预留蓄热水箱及机组放置的位置，做到空气源热泵热水系统与建筑的一体化设计，既要满足住宅建筑外观和使用功能的要求，也要满足建筑防护功能的要求。随着人们对居住空间和生活品质的要求越来越高，生活中使用的各种物件越来越多，现在的住宅室内已经是寸土寸金，目前不少住户选择把蓄热水箱及机组放置在厨房或阳台内，占用了户内的有限空间，影响了住户居住的舒适性，而且由于住户对热泵机组安装的随意性，既造成建筑外观杂乱无章，影响了城市的美观，也留下了高空坠物等安全隐患。

在建筑外观上建议参照室外空调机主机遮挡隐蔽的做法做好空气源热泵机组和蓄热水箱的遮挡隐蔽设计，避免影响建筑外观效果。但由于蓄热水箱需要清洗排污，热泵机组需要排冷凝水，故在空气源热泵机组和蓄热水箱设置的位置应预留排水接口或排水地漏。

广西属于中强地震活动区，按照《建筑机电工程抗震设计规范》GB50981-2014的要求，分体式空气源热泵的蓄热水箱和机组应与主体结构牢固连接。

4 热水回水管与热水循环泵

《住宅设计规范》GB 50096-2011第8.2.4规定“集中生活热水系统热水表后或户内热水器不循环的热水供水支管，长度不宜超过8m。”，对于别墅、联排别墅、大户型住宅和对热水供水品质要求较高的住户建议设置热水回水管与热水循环泵。热水给水管管径建议按DN20设计，热水回水管管径比热水给水管管径小一号，一般按DN15设计。热水管做聚氨酯保温棉保温层。

热水循环泵的设计流量可按下式计算：qx=Qs/(CρrΔt)其中qx——热水循环流量（L/h）Qs——配水管道的热损失(kj/h)，按3%Qh计算Δt——配水管道的热水温度差(℃)，按5℃计算热水循环泵的计算结果详见表4。热水循环泵的扬程可按下式计算：Hb=hp+hx其中 Hb——热水循环水泵的扬程(kpa)

表4 分散式空气源热泵热水系统热水循环水泵的设计参数

hp——循环水量通过配水管网的水头损失(kpa)

hx——循环水量通过回水管网的水头损失(kpa)

热水循环泵由于流量扬程均较小，可以选用小型低噪音的家用泵，如格兰富、威乐、新界等品质较好的水泵。热水循环泵不宜设置在有安静要求的卧室附近，建议设置在方便安装检修、有排水设施处。

热水循环泵的启动控制可以使用定时循环和水流开关相结合的控制方式，其中回水温度的设定值建议比热水器的加热温度低3度。

实践证明，在住宅建筑分散式空气源热泵热水系统中安装使用热水循环泵不仅可以提高热水使用的舒适性，热水随时开随时有，而且可以有效地节水节能。

5 空气源热泵热水系统实施中的几点建议

在2012年国家和各个省市陆续出台了对于空气源热泵的鼓励政策，特别是有些地区如广西把空气源热泵列为可再生能源应用技术以后，空气源热泵热水系统已经得到越来越多的应用。《广西壮族自治区民用建筑节能条例》自2017年1月1日起实施，其中第三十六条要求在城市规划区内具备可再生能源利用条件的指定建筑至少应用一种可再生能源，并要求与主体建筑同时设计、同时施工、同时验收。至此，在住宅建筑中特别是高层住宅建筑中分散式空气源热泵热水系统开始得到大规模的设计应用。

但由于目前大多数的住宅建筑属于毛坯房，房开公司交房时仅仅预留了空气源热泵机组及水箱的安装位置，设备留待住户入住时自行购买安装，而许多住户由于空气源热泵一次性投资大，目前使用人数较少，对使用效果有疑惑等原因而不愿使用，让《广西壮族自治区民用建筑节能条例》的良好愿望付诸流水。对此，笔者提出以下几点建议：

（1）及时制定空气源热泵热水系统的设计、安装及验收标准。

（2）向全社会做好宣传工作，算好经济账，吸引住户主动选择使用空气源热泵热水系统。通过对空气源热泵投资回收期的计算分析，让住户对空气源热泵卓越的省钱能力有更理性直观的认识。分散式空气源热泵投资回收期的计算详见表5。

表5 分散式空气源热泵投资回收期（以美的牌空气源热泵为例）

从表5可以看出，除100L空气源热泵热水器投资回收期稍长外，其余空气源热泵热水器的投资回收期均为5年，经济性较好。

（3）调整居民生活用电阶梯电价，提高基础电量。随着2017年大力推广可再生能源应用后，使用空气源热泵热水系统的住户将大量增加，这将使住户全年用电量会有不同程度的提高，具体提高量根据使用的空气源热泵热水器型号不同略有差异，详见表6。

表6 分散式空气源热泵全年用电量（以美的牌空气源热泵为例）

从表6的数据可以看出，用电量增加最多的是5口之家，一年用电量增加了1209度， 平均每个月增加了100度用电量。这对于按《桂价格〔2016〕63号广西壮族自治区物价局关于调整居民生活用电阶梯电价政策有关问题的通知》中第一档电量：每户年用电量≤2040千瓦时（每户月均用电量≤170千瓦时）来说明显不合理，建议有关部门积极组织调研，提高基础电量，让住户买得放心，用得安心。

（4）对设计有空气源热泵热水系统的住宅建筑，建议有关部门在售房合同中增加要求安装使用空气源热泵热水系统的条款，并在交房时收取安装使用空气源热泵热水系统的押金，待住户安装使用空气源热泵热水系统后再将押金退回住户。

（5）建议明确规定精装房应该按要求将分散式空气源热泵热水系统安装到位，毛坯房应该按要求将分散式空气源热泵热水系统的预留安装位置、供电容量、排水设施等施工预留到位。

6 结束语

在广西可再生能源利用中，住宅建筑采用分散式分体空气源热泵热水系统不管在经济性、便利性和舒适性上都是适宜的，根据住户人数确定空气源热泵的选用参数，安装使用分散式空气源热泵热水系统宜安装热水回水管和热水循环泵，通过制定标准、加大宣传、提高基础电量、加强管理、明确安装要求等来切实推进广西可再生能源的利用。