某博物馆空气源热泵供暖优缺点分析

王天宇

(故宫博物院, 北京 100009)

0 引言

空气源热泵是从室外空气中提取热量，通过风机驱动室外空气流过安装在室外的采暖装置(热泵的蒸发器)，获取室外空气中的热量再经热泵的冷凝器制取热水或热风，提供用户用于房间供热。近年来，在我国清洁能源取暖政策的驱动下，空气源热泵供暖技术正在得到迅速发展应用。

1 北方采暖主要方式

北方采暖城市集中采暖主要方式：(1)供热集中式供暖：集中式的供暖城市通常较普遍采用的主要有两种城市集中采暖供热方式，一种采暖通常都是指由含燃煤、燃油、燃气能源的大型或者小锅炉提供单独的供暖方式采暖；但是还有的一种供暖就是使用中央空调的独立锅炉供暖，即是采用热泵单独进行供暖。(2)采暖分用户用热户供暖：用热的面积一般单独计算，如家用的小型的燃气、燃油锅炉，家用小型中央空调，壁挂炉，电热膜等供暖方式或接入市政小区热力管网采暖等。目前在中国大多数北方城市内，仍是使用集中管网供热或以小区市政的集中供暖等形式供热或以接入社区公共小区热力管网取暖的用户居多，而且城市供暖依然以采用大、小型锅炉的采暖方法为主，对周围气候环境质量等多方面影响程度仍然较大。

2 空气源热泵供暖热泵技术应用的新特点及优势

2.1 特点

(1)绿色环保节能清洁和环保高效，空气源热泵集中取暖技术相比其他火电联合采暖、燃气、燃煤热电混合联产采暖、太阳能供热综合经济采暖方法都能更安全经济环保节能，更绿色清洁节能高效。

(2)系统安全运行的安全系数相对较高，相比其它普通建筑燃气、煤电综合采暖，空气源热泵技术更加可靠，而且不容易发生重大爆炸火灾隐患事故和因火灾意外引发爆炸及着火事故的次生事故危险。

(3)容易快速得到广泛普及，相对应于普通的风能、太阳光伏，空气能量源供暖，能更容易地被大规模和迅速有效地使用并普及。

(4)设备长期使用运行后维护寿命长，只要保证正常稳定运行时间或维修管理及保养操作得当，通常一般设备可安全稳定持续运行时间近15年。

2.2 技术体系健全

(1)在空气源热泵系统供暖方案的实际研发设计与成功应用运行之前，经过了大量严格的技术测试及分析。供暖设备对于大多数我国及北方居民用户而言，是非常特别重要的能源组成关键部分，即便只是出现了个别很细微小部分的供电不足，都会导致对其日常用户的基本生产、生活需求造成特大程度的直接影响。在当前此种特殊情况环境下，空气源热泵系统供暖市场的大量调查、研究等数据、信息储备是非常丰富庞大有效的，因此我们在采取具体应用技术手段后的实施操作指导过程中，能够更加充分的考虑到用户切身感受，这对于整个空气源热泵供暖系统的运营体系逐步健全，奠定了较为坚实可信的基础[1]。

(2)在实施空气源热泵系统供暖整体技术方案操作实施过程中，能够注重对当下社会环境所关注的和一些重要时事热点做出积极正面的分析借鉴、吸收，这样也就能够保证针对各个不同目标区域实施的整体工作任务圆满完成。如图1是我单位供暖系统。

2.3 技术相对便捷

(1)在空气源热泵系统供暖方式的研究应用实践过程中，能够更加充分地结合当前地方采暖工作特点的迫切需求，加强区域供暖网络体系功能的集成有效和改造。空气源热泵系统供暖工程的实践操作，与以往一般采暖技术有很大的创新上的不同，其主要致力于将整个供暖体系实现长久、稳定且持续的循环改造，这样不仅能够保证对系统以往所积累的一些重大问题及时有效的解决，同时亦能保障在其未来的运行发展变化中，能够持续的创造出较高的应用价值，不会再次造成较为严重的环境隐患。

(2)公司在进行空气源热泵供暖项目的前期研发测试中，已经分别针对很多地方的供暖试点和区域做出实际应用，从最终得到应用的数据结果来看，大部分地方供暖的试点或者区域，都已能够在其空气源热泵供暖方式的开发应用推广上取得了较好的应用效果，整体性能上都未再表现出明显的功能不足[2]。

(3)对比传统铺设供热管网，在空气源热泵集中供暖系统工程的实施操作中，能够更加快速及时的按时完成全部工作任务，基本上不会出现过于严重的拖沓现象，能够减少路面开挖，管网铺设造成的建筑物破坏，空气源热泵供暖在很多方面都取得了良好发展，为整个区域集供暖建设事业的快速进步，提供了更多积极的发展动力支持。

3 空气源热泵的缺点

3.1 制热能力随温度下降

根据国家有关规定，空气能热泵产品在-12℃左右的工作环境下，也要始终保持2.0。以上的高能效比；在-25℃以下的恶劣环境中要能够维持正常工作启动并运行；部分超冷低温型的空气能热泵甚至还能在-35℃以下的寒冷环境中运行。因此，环境温度系数越低，空气能热泵设备的保温制热能力也会出现下降，不过随着国内外空气能热泵设备技术的不断发展突破，空气能热泵机组的运行能效会越来越高，节能性也会越来越强，适应环境的能力也会变强。

3.2 体积较大，安装困难

空气能热泵的外形相对较大，安装过程中还需要水泵、缓冲水箱、膨胀管等零部件，因此需要较大的安装空间。不过空气能热泵根据采暖面积的大小，有着不同型号来对应，相应的体积也有大小之分，根据不同型号，需要的安装面积则不同，选用时要具体分析。

3.3 维护麻烦

空气能热泵受到水温和水质的双重影响。当环境温度低于零下的时候，如果热泵主机没有运行或者长时间停电，容易导致采暖管道以及热泵主机出现结冰冻坏设备和管道的情况。当系统中的水质比较差，维护不及时，系统中容易结成水垢，进而腐蚀金属部件，堵塞管道等，从而造成系统循环不畅、热效率低以及出现漏水等问题。当然，对于水温和水质的问题，也有相应的解决方式，当出现水温过低有结冰风险的时候，可以将系统中的水排空(长时间不用的情况下),减少管道结冰的风险；当使用区域水质较差的情况下，可以通过软水净化水质，也可以增加系统清洗保养的频率，从而提高系统的稳定性[3]。

4 空气源热泵供暖技术的应用对策

4.1 加强技术方案的有效拟定

对于新型空气源热泵集中供暖新技术体系而言，其在前期研发工作和开发应用推广的实施过程中，目的是在于要更好地提高地区供暖的综合水平。经过我们大量的讨论归纳与实证分析，认为在新型空气源热泵集供暖项目的具体应用中，必须确保所拟定新技术方案的科学有效。具体有如下几方面：

(1)新型空气源热泵集供暖工程的具体技术及操作指导方案，要切实结合当前地方工作环境的现实需求来完成。如我国北方区域在冬季冷空气来临时，供暖使用的气候区域数量非常地庞大，受恶劣环境影响等因素的干扰较多，这往往就更要加强空气源热泵进行供暖效果的研究应用，要考虑到该地方寒冷的各种特殊变化情况，尤其西北区域，该区域气候受冬季严寒影响非常突出，应重点在北方空气源热泵冬季供暖效果的实际应用及其效果监测上加强深入有效的把控。

(2)在冬季技术方案的详细拟定和设计中，要加强对季节动态变化影响供热因素进行积极动态的跟踪把握，尤其应当对天气发生的各类极端恶劣现象、季节发生的某些特殊异常情况变化等，重点跟踪，以防止出现微小的疏忽。

4.2 完善设备体系

在如何提高空气源热泵供暖设备的各项实际经济功能及整体综合效益方面，应始终坚持不断地对整个热泵设备体系补充完善，只有这样才能够确保在发展该系列设备方面取得较多经济方面上的技术支持，才能真正使得设备在后续各项实际应用中，不断地创造并体现出较高的价值。

(1)对各类空气源热泵装置及中央供暖工程机组等的系统安装以及设备选用，要尽可能地确保这些设备总体结构承载力均能在相对较高的水平上，在有效保证这些设备总体安装应用成本及生产效率、应用系统安装使用质量方面的基础上，取得经济效果上的总体综合性能提升，这样系统设备整体才能得到有效地使用及再创造，从而发挥其相对较高的综合应用价值，不会由此产生具有任何严重社会后果的技术隐患。如图2工作人员在进行设备维护。

图2 设备维护图

(2)同时强调，在对这些设备体系的设计与完善以及安装维护中，一定要考虑到可能给使用者在将来的实际工作环境中所产生的影响。伴随着中国居住人口数量逐年的增加，空气源热泵系统和供暖一体化技术设备的技术实施应用任务难度也将会持续快速的提升，这也就要求设备用户能够在产品与用户设备技术应用任务的合理搭配以及使用过程中，不断地的取得设备在使用中的技术反馈，从而可以在实际应用环境中去进行使用巩固。

(3)在对空气源热泵系统供暖装置中的生产和设备体系细节的具体完善等各个层面内容的把握上，需要我们充分注意并考虑到企业生产与设备体系中的各具体生产细节，各企业应与各设备厂家之间一直保持着紧密和良好的交流合作，促使整个生产及设备细节控制与完善等方面都能得到更大幅度的提升。

4.3 优化末端设计

选用暖气末端设备时应同时统筹考虑各房间功能、生活习惯等各种因素和当地暖气设施运行与安装结构方式，从安装环境舒适性角度和安装采暖设施经济性方面综合选择一套比较适合当地采暖需求的干式地板无辐射炉集中供暖、风机盘管式供暖、散热器集中供暖三种安装设计形式。在既有商业建筑住宅中，规划增设采用干式辐射地板的辐射型集体供暖小区项目时，应充分考虑集中采暖的荷载，尽量做到多批次采用大面积干式辐射地板以实现辐射式供暖，并能合理地考虑商业住宅局部的辐射式供暖的要求，应避免大面积家具被集中的摆放与遮挡。从上述这一点的综合考察来看，空气源热泵系统整体供暖方案下的各环节末端的整体设计及工作机制在获得进一步完善健全和支持后，整体方案基础上所完成的系统设计落实工作取得的实质性进步与推进幅度都是比较大的。从另一角度考虑，系统设计从实际出发，其所创造的实际效益会相对较为明显。

4.4 供暖区域设计

应把重点落在空气源热泵系统集中供暖区域的规划设计及管理上，按照一套更科学的规划模式来组织设计，才能对区域相关的采暖管理问题更合理更彻底地加以改善并解决，从而表现出更加完善的整体设计效果。空气源热泵系统能以自身极少量的低温电能，吸收悬浮在周围空气介质颗粒中产生的极大量的低温热能，通过其高效冷却压缩机，可以有效地的将能量压缩或加热变为其他的高温热能，传输至循环水箱，加热并生成高温热水。所以，其能耗低、效率高、速度快、安全性能极好、环保性更强，能源源不断的高效循环和供应高温的热水。

5 结 语

空气能热泵有着众多的优点，同时也有着少数的缺点，空气能热泵凭借着节能、环保的特性成为北方“煤改电”项目的主力军，北方正在大面积的普及应用，而在南方使用还能避免低温环境带来的能效下降的风险，今后应继续注重在空气源热泵供暖等方面进行持续性改进，这样我们才更可能在供热工作中的系统可靠性、可行性方面继续取得更为显著的质量改善及效果。