住建部：低溫空氣源能泵與地暖組合系統(tǒng)是可靠的采暖系統(tǒng)
一、項目概述
本課題是對低溫空氣源熱泵、太陽能與地面采暖及生活熱水組合系統(tǒng)，進行工程優(yōu)化設(shè)計與組合，選擇典型工程進行節(jié)能能效測試和研究。
本課題的工程優(yōu)化設(shè)計方案如下：
（1）空氣源熱泵與傳統(tǒng)地面采暖或與預(yù)制薄型地面采暖的組合；
（2）空氣源熱泵和太陽能復(fù)合熱源與地面采暖及生活熱水的組合；
（3）上述系統(tǒng)在提供供暖和生活熱水的同時，可兼顧夏天制冷。
本課題組對低溫熱水空氣源熱泵（太陽能）與地面采暖的組合系統(tǒng)，與2011年~2012年的采暖季中，在北京市、秦皇島市、青島市、上海市、重慶市和長沙市 等地的不同建筑中，選擇了13個項目進行了測試，得出不同地區(qū)的建筑節(jié)能能效數(shù)據(jù)。在2011年~2012年采暖季中，華北北部一月份室外平均氣溫 -4℃，低溫-17℃的情況下，室內(nèi)平均溫度保持在18℃。當居住建筑的節(jié)能設(shè)計達到50%時，該組合系統(tǒng)一個采暖季的平均耗電量在 35kw.h/㎡以下，COP的平均值超過3.0。技術(shù)數(shù)據(jù)顯示，低溫空氣源熱泵（太陽能）與地面采暖的組合系統(tǒng)可以滿足華北等寒冷地區(qū)，以及華中、華東 等冬冷夏熱地區(qū)冬季采暖（含生活熱水）的需求，同時還具有運行能效比高，運行費用低的特點。
本課題組為了更好地推廣該項技術(shù)，編制了《住宅戶式空氣源熱泵和太陽能供熱系統(tǒng)應(yīng)用技術(shù)導則》；
本課題組還建立了一套適合空氣源熱泵采暖組合技術(shù)的通用測試方法；研發(fā)了一套太陽能輔助空氣源熱泵地暖系統(tǒng)的在線監(jiān)測平臺。
二、該系統(tǒng)的技術(shù)特點和升級
（一）空氣源熱泵技術(shù)的新進展
在組合系統(tǒng)中，低溫空氣源熱泵分別采用了噴氣增焓壓縮機或高壓腔直流變速壓縮機，以及“變水溫”控制等技術(shù)之后，可使空氣源熱泵在低溫環(huán)境下啟動性能更佳。當前的運行環(huán)境氣溫可延展到-20℃，同時還可根據(jù)環(huán)境氣溫進行自動調(diào)節(jié)，使建筑的舒適性和節(jié)能性得以發(fā)揮。
1、直流變速技術(shù)
采用直流變速高壓腔渦旋式壓縮機，可在更低的氣溫下啟動；采用壓縮機壓差油膜潤滑技術(shù)，減小了壓縮機磨損，延長壓縮機使用壽命；壓縮機的電機還采用磁 力強勁的釹磁鐵材料，可更省電、節(jié)能；根據(jù)室外氣溫實時控制壓縮機轉(zhuǎn)速，做到按需輸出，提高了效率。它在不同的情況下，都可使室內(nèi)溫度保持穩(wěn)定及舒適性； 它可以實現(xiàn)軟啟動，避免對電網(wǎng)的沖擊。
2、噴氣增焓技術(shù)
噴氣增焓壓縮機是渦旋式壓縮機。它通過優(yōu)化中壓段冷媒噴射技術(shù)，將單級壓縮機轉(zhuǎn)換成兩級壓縮，增加了冷凝器中制冷劑流量，加大了主循環(huán)回路的焓差，從而提高 了壓縮機效率。噴氣增焓渦旋式壓縮機系列產(chǎn)品可在環(huán)境溫度-25℃~+29℃范圍內(nèi)運轉(zhuǎn)。當室外環(huán)境氣溫在-10℃時，它的制熱能力比常規(guī)渦旋式壓 縮機可提高20%。
（二）地暖技術(shù)
地面輻射采暖技術(shù)的新進展是：縮小加熱管的直徑，減少加熱管的間距，增加布管密度，以便盡可能地加大整體散熱面積，降低熱媒水溫度（＜50℃）、縮小供回水 溫差（＜5℃），使溫度曲線更趨平緩，熱損失更?。煌瑫r，增加鋁箔復(fù)合層，一是通過鋁箔的反射作用，增加傳熱功能，使散熱面溫度更趨均勻；二是鋁箔的防腐 涂層，可阻止砂漿等填充材料的腐蝕；另外，采用高壓阻燃型擠塑保溫板可提高保溫性能，阻止熱量向下傳遞。
“預(yù)制溝槽薄型地面輻射采暖板”經(jīng)過國家檢測試驗室（進水溫度35℃、回水溫度31.12℃、空氣基準溫度20℃）的測試，散熱量可達100W/㎡以上，是目前能效較高的供熱末端之一。
（三）低溫空氣源熱泵與地暖的優(yōu)化組合
空氣源熱泵的合理工作狀態(tài)是提供50℃以下的熱水。以往，空氣源熱泵用于建筑采暖不成功的原因之一，就是在于采暖散熱器要求熱水的溫度在60℃~80℃。在這種工作狀態(tài)下，空氣源熱泵的能效比低，不經(jīng)濟。
本課題是將空氣源熱泵鎖定在合理的狀態(tài)下工作，即提供50℃以下的熱水；與地暖裝置組合，如“預(yù)制溝槽薄型地面輻射采暖板”的進水溫度為35℃，從而優(yōu)化組合成新的建筑采暖系統(tǒng)，即低溫空氣源熱泵與地暖組合式建筑采暖系統(tǒng)。
（四）空氣源、太陽能復(fù)合熱源組合技術(shù)
低層居住建筑和農(nóng)村住宅以太陽能與空氣源熱泵作為地暖和生活熱水的復(fù)合熱源時，在白天可利用太陽能提供熱能，向地暖和生活熱水系統(tǒng)供熱。在夜間或陰雨 天沒有太陽時，自動啟動空氣源熱泵向該系統(tǒng)供熱，實現(xiàn)了太陽能零能耗+空氣源熱泵低能耗的有機結(jié)合。系統(tǒng)采用微電腦控制系統(tǒng)，實現(xiàn)自動判斷氣溫變化，熱水 系統(tǒng)自動循環(huán)保溫，室溫實現(xiàn)分室分時段控制，太陽能和空氣源熱泵自動切換等措施之后，在該采暖系統(tǒng)中太陽能的供獻率可達40%以上。
其次，在實施峰/谷電價地區(qū)，可充分利用谷電時段內(nèi)蓄能，享受優(yōu)惠電價，減少運行費用。
還有，在低層住宅建筑中采取增設(shè)外廊等被動式太陽能采暖設(shè)施后，可使太陽能在該采暖系統(tǒng)中的供獻率進一步提高。
（五）采暖、生活熱水加夏天制冷的一體化設(shè)計
低溫空氣源熱泵作為地暖和生活熱水供熱熱源時，還具備夏天空調(diào)制冷的功能。通常在夏天可通過風機盤管給室內(nèi)輸送舒適的涼風，實現(xiàn)一機多用，充分利用資源，節(jié)省投資費用。
三、節(jié)能能效測試結(jié)果
2011 年~2012年采暖季，課題組針對不同建筑類型、不同經(jīng)濟水平、不同氣候區(qū)，其中居住建筑既有經(jīng)濟適用房，城鎮(zhèn)別墅還有農(nóng)村住宅，以及小型公建等有代表性 的項目，進行了相關(guān)測試。提取了近萬個低溫空氣源熱泵（太陽能）與地暖的組合系統(tǒng)建筑采暖能效數(shù)據(jù)。測試項目分類如下：
其中課題組在北京市跟蹤測試了多個項目。例如：北京城區(qū)南四環(huán)的鴻博家園小區(qū)測試項目（該建筑為2011年竣工經(jīng)適房項目，高層板樓，圍護結(jié)構(gòu)按 65%節(jié)能標準設(shè)計）。2011年~2012年采暖季，室外：低溫-9.8℃，日平均溫度-4℃，月平均溫度-2.52℃。室內(nèi)：整個冬季平 均溫度保持在20℃~22℃。地板采暖供水溫度35℃。按采暖季125天，以每戶建筑面積平均82㎡計算，采暖總耗電量不超過2000kw.h，約為 33kw.h/㎡?？諝庠礋岜媚苄П龋–OP）在3.2以上。采暖季電費15元/㎡左右。低于同期同戶型壁掛爐散熱器采暖運行費用。
北京郊區(qū)的幾個測試項目中：其中室外溫度較低的一個別墅項目，冬季室外平均溫度-6.2℃，低溫-18.8℃。室內(nèi)平均溫度保持在20℃，空氣源熱泵的 冬季采暖平均COP值仍可達3以上，冬季取暖加生活熱水所用電費19.7元/㎡。與北京市燃氣鍋爐集中供暖收費30元/㎡比，低30%以上。
北 京郊區(qū)農(nóng)村新建和舊房改造項目，采用空氣源熱泵、太陽能復(fù)合熱源作為冬季地面輻射采暖和生活熱水的熱源，取得比較好的效果。如房山區(qū)西白岱村項目測試數(shù) 據(jù)：2011年~2012年采暖季，一月份室外平均溫度-4℃，低溫-17℃，室內(nèi)平均溫度保持在18℃。系統(tǒng)采暖和生活熱水總耗電量 5367kw.h，制熱能效比（COP）3.16，其中太陽能集熱器面積16㎡，冬季太陽能制熱供獻率占總制熱量約30%~40%。冬季采暖+生活熱水費 用16元/㎡。
通過對大量測試數(shù)據(jù)的統(tǒng)計和分析，與六種常用的住宅建筑不同的供熱方式相比較。折合一次能源采暖消耗量排序如下：燃煤熱電聯(lián)產(chǎn)供熱方式＜低溫空氣源熱泵供熱方式＜燃氣壁掛爐＜大型燃煤鍋爐供熱 方式＜區(qū)域燃煤鍋爐供熱方式＜直接電采暖供熱方式。低溫空氣源熱泵僅略高于燃煤熱電聯(lián)產(chǎn)供熱是一種低能耗的供熱方式。采暖運行費用也是相對較低的一種。
在華北地區(qū)北部，2011年~2012年采暖季，一月份室外平均溫度-4℃，低溫-17℃，采暖室內(nèi)平均溫度保持在18℃，凡達到50%節(jié)能設(shè)計標準的 建筑，使用空氣源熱泵、太陽能、地板采暖+生活熱水的運行費用為每平方米14元~16元；使用空氣源熱泵地板采暖+生活熱水的為每平方米18元~20元。 以上電費均是以用戶按當時北京電費標準（0.49元/度）實際費用計算。2013年電價調(diào)整后如選用峰谷電，費用基本相當。如選用階梯電價每平方米費用增 加4-5元。
目前使用這一技術(shù)的初投資較大一些。用于采暖的低溫空氣源熱泵，國內(nèi)品牌每平方米的初始投資約200多元，進口品牌約近300元。但運行費用低，幾年內(nèi)可收回成本。如考慮該系統(tǒng)可兼顧夏季制冷的特性，相比其他供熱方式其綜合性價比的優(yōu)勢更為明顯。
四、一項值得推廣的節(jié)能減排技術(shù)
“低溫空氣源熱泵與地暖組合系統(tǒng)”和“低溫空氣源熱泵、太陽能與地暖組合系統(tǒng)”，是一種較完善的節(jié)能、舒適又環(huán)保的采暖與生活熱水組合技術(shù)。推廣該技術(shù)可以減少采暖能源消耗，節(jié)省客觀的運行費用，取得較高的經(jīng)濟效益和社會效益。
該采暖系統(tǒng)不產(chǎn)生溫室氣體和粉塵等污染物質(zhì)；該系統(tǒng)中熱水循環(huán)使用，不產(chǎn)生有害廢水，綠色環(huán)保。一套空氣源熱泵（太陽能）三聯(lián)供系統(tǒng)，既能解決3-5口之家 一年的正常生活取暖和熱水需求，據(jù)粗略測算，與電熱水器加燃煤鍋爐相比，非采暖季可節(jié)電約1640kw.h，采暖季可節(jié)煤約1.6~2噸，京郊有110多 萬戶需要節(jié)能改造的農(nóng)村住宅，如有三分之一的農(nóng)戶改用該課題的“低品位可再生的清潔能源”，即可減排300萬噸二氧化碳；2891噸二氧化硫；2814噸 煤煙粉塵，將為北京地區(qū)的“藍天碧水工程”中發(fā)揮重要作用。
對住宅建筑不同供熱方式的二氧化碳排放量計算結(jié)果顯示： 空氣源熱泵是二氧化碳排放量較低的幾種供熱方式之一。目前我國相當多的中小城市、城鎮(zhèn)，解決采暖和生活熱水仍以燃煤為主，污染嚴重。此項技術(shù)如向國內(nèi)有條 件的地區(qū)推廣，將會大大減少二氧化碳排放量，為我國“節(jié)能減排”的戰(zhàn)略目標作出重要貢獻。它可為非集中供暖地區(qū)的住戶提供一種“住戶自助式節(jié)能環(huán)保的采暖 與熱水供應(yīng)方式”。有助于解決集中采暖地區(qū)采暖費收繳困難的窘境。隨著城鎮(zhèn)化進程的加快，居民對經(jīng)濟和環(huán)保需求的不斷提高，推廣清潔能源的采暖方式勢在必 行。低溫空氣源熱泵、太陽能能作為建筑采暖技術(shù)加以推廣，將具有非常大的現(xiàn)實意義。
本課題所研究的太陽能與空氣源熱泵復(fù)合熱源技術(shù)，特別是在太陽能的貢獻率和系統(tǒng)的運行能效上，有待進一步完善與提高。同時，推動低溫空氣源熱泵的產(chǎn)業(yè)化、規(guī)模化生產(chǎn)，降低成本與初投資是我們的奮斗目標。
五、對該科研項目研究成果的建議
國務(wù)院主管部門將“低溫空氣源熱泵、太陽能與地暖組合式建筑采暖系統(tǒng)”納入可再生能源利用的范疇，加大扶持力度，在經(jīng)濟上給予政策性補貼；在推廣新型熱泵采暖方式地區(qū)，根據(jù)當?shù)氐碾娏Ψ骞惹闆r，享受一定的分時電價政策或補貼政策。
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