空氣源太陽(yáng)能與低溫?zé)崴嘏M合建筑采暖系統(tǒng)節(jié)能效率研究（一）

1 項(xiàng)目概述 　　本課題是對(duì)低溫空氣源熱泵、太陽(yáng)能與地面采暖及生活熱水組合系統(tǒng)，進(jìn)行工程優(yōu)化設(shè)計(jì)與組合，選擇典型工程進(jìn)行節(jié)能能效測(cè)試和研究。 　　本課題的工程優(yōu)化設(shè)計(jì)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(yáng)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(shí)，可兼顧夏天制冷。 　　本課題組對(duì)低溫?zé)崴諝庠礋岜茫ㄌ?yáng)能）與地面采暖的組合系統(tǒng)，于2011 年~2012 年的采暖季中，在北京市、河北省秦皇島市、山東省青島市、上海市、重慶市和長(zhǎng)沙市等地的不同建筑中，選擇了13 個(gè)項(xiàng)目進(jìn)行了測(cè)試，采集了10000 多個(gè)不同地區(qū)的建筑采暖能效數(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℃ ，最低氣溫-17℃的情況下，室內(nèi)平均溫度保持在18℃。當(dāng)居住建筑的節(jié)能設(shè)計(jì)達(dá)到50%標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，該組合系統(tǒng)一個(gè)采暖季的平均耗電量為35kW·h/ m2~45kW·h/m2，COP 的平均值超過(guò)3.0。技術(shù)數(shù)據(jù)顯示，低溫空氣源熱泵（太陽(yáng)能）與地面采暖的組合系統(tǒng)可以滿(mǎn)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(shí)還具有運(yùn)行能效高，運(yùn)行費(fèi)低的特點(diǎn)。 　　本課題組為了更好地推廣該項(xiàng)技術(shù)，編制了《住宅戶(hù)式空氣源熱泵和太陽(yáng)能供熱系統(tǒng)應(yīng)用技術(shù)導(dǎo)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(cè)試方法；研發(fā)了一套太陽(yáng)能輔助空氣源熱泵地暖系統(tǒng)的在線(xiàn)監(jiān)測(cè)平臺(tái)。本課題是住建部科技計(jì)劃項(xiàng)目，已于2012年11月通過(guò)了住建部科技成果驗(yàn)收。該項(xiàng)技術(shù)獲得建筑科技全國(guó)推廣證書(shū)。 　　2 該系統(tǒng)的技術(shù)特點(diǎn)與創(chuàng)新 　　2.1 空氣源熱泵技術(shù)的新進(jìn)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(jī)或高壓腔直流變速壓縮機(jī)，以及“變水溫”控制等新技術(shù)之后，可使空氣源熱泵在低溫環(huán)境下啟動(dòng)性能更佳。當(dāng)前的運(yùn)行環(huán)境氣溫可延展到-20℃，同時(shí)還可根據(jù)環(huán)境氣溫進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)，使建筑的舒適性和節(jié)能性最大化。 　　2.1.1 直流變速技術(shù) 　　采用全新的直流變速高壓腔渦旋式壓縮機(jī)，可在更低的氣溫下啟動(dòng)；采用壓縮機(jī)壓差油膜潤(rùn)滑技術(shù)，減小了壓縮機(jī)磨損，延長(zhǎng)壓縮機(jī)使用壽命；壓縮機(jī)的電機(jī)還采用磁力強(qiáng)勁的釹磁鐵材料，可更省電、節(jié)能；根據(jù)室外氣溫實(shí)時(shí)控制壓縮機(jī)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(shí)現(xiàn)軟啟動(dòng)，避免對(duì)電網(wǎng)的沖擊。 　　2.1.2 噴氣增焓技術(shù) 　　噴氣增焓壓縮機(jī)是新一代渦旋式壓縮機(jī)。它通過(guò)優(yōu)化中壓段冷媒噴射技術(shù)，將單級(jí)壓縮機(jī)轉(zhuǎn)換成兩級(jí)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(jī)效率。新一代噴氣增焓渦旋式壓縮機(jī)系列產(chǎn)品可在環(huán)境溫度-20℃時(shí)正常運(yùn)轉(zhuǎn)。當(dāng)室外環(huán)境氣溫在-10℃時(shí)，它的制熱能力比常規(guī)渦旋式壓縮機(jī)可提高近20%。 　　2.2 高效地暖技術(shù) 　　地面輻射采暖技術(shù)的新進(jìn)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，可降低熱媒水溫度（＜ 40℃）、縮小供回水溫差（＜5℃），使溫度曲線(xiàn)更趨平緩，熱損失更??；同時(shí)，增加鋁箔復(fù)合層，一是通過(guò)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，有效阻止熱量向下傳遞。 　　“預(yù)制溝槽薄型地面輻射采暖板”經(jīng)過(guò)國(guó)家檢測(cè)試驗(yàn)室（進(jìn)水溫度35℃、回水溫度31.12℃、空氣基準(zhǔn)溫度20℃）的測(cè)試，散熱量可達(dá)100W/m2以上，是目前能效較高的供熱末端之一。 　　2.3 低溫空氣源熱泵與高效地暖的優(yōu)化組合 　　空氣源熱泵的理想工作狀態(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太低，不經(jīng)濟(jì)。 　　本課題是將空氣源熱泵鎖定在最佳的狀態(tài)下工作，即提供45℃以下的熱水；與高效地暖裝置組合，如“預(yù)制溝槽薄型地面輻射采暖板”的進(jìn)水溫度僅需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高效地暖組合式建筑采暖系統(tǒng)。 　　2.4 空氣源、太陽(yáng)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(yáng)能與空氣源熱泵作為地暖和生活熱水的復(fù)合熱源時(shí)，在白天可利用太陽(yáng)能提供有效的熱能，向地暖和生活熱水系統(tǒng)供熱。在夜間或陰雨天沒(méi)有太陽(yáng)時(shí)，自動(dòng)啟動(dòng)空氣源熱泵向該系統(tǒng)供熱，實(shí)現(xiàn)了太陽(yáng)能零能耗+空氣源熱泵低能耗的有效結(jié)合。系統(tǒng)采用微電腦控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)判斷氣溫變化，熱水系統(tǒng)自動(dòng)循環(huán)保溫，室溫實(shí)現(xiàn)分室分時(shí)段控制，太陽(yáng)能和空氣源熱泵自動(dòng)切換等措施之后，在該采暖系統(tǒng)中太陽(yáng)能的貢獻(xiàn)率可達(dá)到40%以上。 　　其次，在實(shí)施峰/ 谷電價(jià)地區(qū)，可充分利用谷電時(shí)段內(nèi)蓄能，享受優(yōu)惠電價(jià)，減少運(yùn)行費(fèi)用。 　　還有，在低層住宅建筑中采取增設(shè)外廊等被動(dòng)式太陽(yáng)能采暖設(shè)施后，可使太陽(yáng)能在該采暖系統(tǒng)中的貢獻(xiàn)率進(jìn)一步提高。（北京建設(shè)工程物資協(xié)會(huì)建筑采暖分會(huì)/金繼宗）（未完待續(xù)）