節(jié)能供暖系統(tǒng)：空氣源熱泵-水地暖系統(tǒng)

空氣源熱泵在我國寒冷地區(qū)和夏熱冬冷地區(qū)許多工程中的應用實踐表明：該設備在冬季可提供50℃左右的低溫熱水，節(jié)能效果非常明顯。  　　空氣源熱泵之所以節(jié)能，是因為它可以從室外空氣中獲取大量大自然的免費能源，并通過電能將其轉(zhuǎn)移到室內(nèi)。其節(jié)能原理是：使用1度的電能，可以同時從室外空氣中獲取2倍以上免費的空氣能，能產(chǎn)生3倍以上的熱能，使用效率可以達到3倍以上。目前，空氣源熱泵技術(shù)在國內(nèi)有了新的進展———高壓腔直流變速壓縮機或噴氣增焓技術(shù)在該設備中得到了成功的應用。這種技術(shù)的應用使空氣源熱泵的運行范圍擴大到－20℃。2000年以來，隨著熱泵技術(shù)的成熟，歐洲諸國出現(xiàn)了將熱泵技術(shù)應用于低溫熱水地面輻射供暖（以下簡稱“水地暖”）系統(tǒng)的熱潮，至今已經(jīng)銷售出了幾十萬套。歐洲EN14511標準就是在這種情況下出臺的。   　　目前，水地暖技術(shù)也取得了新的進展：散熱效率提高，熱媒水溫可低于50℃，進回水溫差可控制在5℃；升溫響應時間快，只需30分鐘～40分鐘，可控性高。其中預制溝槽薄型水地暖系統(tǒng)的進水溫度可控制在35℃，回水溫度可控制在31.12℃。在空氣基準溫度為20℃的條件下，實驗室檢測散熱量值可達每平方米100瓦。通過縮小加熱管管徑，增大加熱管網(wǎng)敷設密度，以大流量、小溫差、低水溫進行輻射供暖，該系統(tǒng)的供暖效果更好。測試數(shù)據(jù)表明：末端溫度越低，系統(tǒng)效率越高———每降低1度，效率提高0.5%。因此，用該系統(tǒng)與空氣源熱泵組成供暖系統(tǒng)，是確保該供暖技術(shù)節(jié)能能效比高的關(guān)鍵因素。太陽能熱水技術(shù)在國內(nèi)外也取得了新的進展，熱效率比過去有了大幅提高。過去，空氣源熱泵、水地暖系統(tǒng)、太陽能熱利用系統(tǒng)通常各自在建筑中發(fā)揮節(jié)能作用，互不關(guān)聯(lián)，未能發(fā)揮綜合效益。現(xiàn)在可以把上述系統(tǒng)有機結(jié)合起來，優(yōu)化組合成一個新的建筑采暖（生活熱水）系統(tǒng)，形成新的建筑節(jié)能系統(tǒng)。   　　調(diào)研發(fā)現(xiàn)，空氣源熱泵-太陽能設備-水地暖系統(tǒng)運行狀況良好   　　從2011年初開始，北京市建設工程物資協(xié)會組織大專院校、設計科研單位、企業(yè)等共同完成了由住房和城鄉(xiāng)建設部立項的“空氣源熱泵、太陽能與低溫熱水地暖組合建筑采暖系統(tǒng)的節(jié)能能效研究”科技項目，并于2012年11月26日通過了成果驗收。該課題完成了空氣源熱泵、太陽能與水地暖及生活熱水的不同組合系統(tǒng)技術(shù)的優(yōu)化設計與示范，并在多個工程項目中得到推廣與應用。其中，在北京、秦皇島、青島、上海、重慶和長沙等地的房屋建筑（八項工程）中進行了重點測試，得出了華北、華東、華中等寒冷和冬冷夏熱地區(qū)的建筑采暖與供熱能效數(shù)據(jù)?？諝庠礋岜门c水地暖的組合系統(tǒng)能效比（COP）均超過3.0，具有運行能效高、運行費低的特點。這種系統(tǒng)完全可以滿足華北及周邊寒冷地區(qū)，以及華中、華東等冬冷夏熱地區(qū)冬季采暖的需求。   　　我們對住宅建筑中不同供熱方式模擬計算及測試的結(jié)果發(fā)現(xiàn)，不同供熱方式的一次能源消耗量排序如下：燃煤熱電聯(lián)產(chǎn)供熱方式<低溫空氣源熱泵供熱方式<燃氣壁掛爐供熱方式<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。該課題示范項目測試結(jié)果顯示：在華北地區(qū)北部，2011年～2012年采暖季期間，1月份室外平均溫度是-4℃，最低溫度是-17℃，采暖室內(nèi)平均溫度保持在18℃；凡達到50%節(jié)能設計標準的建筑，冬季采暖和生活熱水使用空氣源熱泵和太陽能的費用為每平方米13元～15元左右；使用空氣源熱泵的為每平方米18元～20元，低于其它采暖方式的運行費用。   　　課題組在北京跟蹤、測試了十多個項目，上述系統(tǒng)的運行狀況都比較理想。其中北京城區(qū)南四環(huán)的鴻博家園小區(qū)測試項目，2011年～2012年采暖季期間的測試情況如下：室外最低溫度為-9.8℃，最冷日平均溫度為-4℃，最冷月平均溫度為-2.52℃，室內(nèi)整個冬季平均溫度保持在20℃～22℃，水地暖供水溫度為35℃。按采暖季125天、每戶建筑面積平均82平方米計算，采暖總耗電量不超過2000度,每平方米約為33 度?？諝庠礋岜媚苄П仍?.2以上。采暖季電費為每平方米15元左右，低于同期同戶型壁掛爐加散熱器的采暖運行費用。 　　北京郊區(qū)的幾個測試項目的情況如下：在室外溫度最低的一個別墅項目中，冬季室外平均溫度為-6.2℃，最低溫度為-18.8℃。室內(nèi)平均溫度保持在20℃，空氣源熱泵的COP值仍可達到3.0以上。冬季取暖和生活熱水所用電費為每平方米19.7元，低于北京市燃氣鍋爐采暖費。在北京郊區(qū)農(nóng)村新建和舊房改造項目中，采用空氣源熱泵、太陽能復合熱源作為冬季水地暖系統(tǒng)和生活熱水的熱源，也取得了很好的效果。其中，房山區(qū)西白岱村項目的測試數(shù)據(jù)為：2011年～2012年采暖季期間，1月份室外平均溫度為-4℃，最低溫度為-17℃，室內(nèi)平均溫度保持在18℃。 　　系統(tǒng)采暖和生活熱水總制熱量為16960千瓦，總耗電量為5367 度，制熱能效比為3.16。其中冬季太陽能制熱貢獻率占總制熱量約30%。如果在太陽能集熱器主動式采暖的同時，從結(jié)構(gòu)設計上增加房屋太陽能被動式采暖技術(shù)設施，如加大向陽窗采光面積，安裝日落后使用的保暖窗簾（擋板），并使用蓄熱材料，太陽能的采暖貢獻率可超過40%。農(nóng)村凡達到50%節(jié)能設計標準的房屋，冬季采暖和生活熱水使用空氣源熱泵加太陽能的費用為每平方米13元～15元；僅使用空氣源熱泵的費用為每平方米18元～20元。  　　空氣源熱泵-太陽能設備-水地暖系統(tǒng)有助于落實國家節(jié)能減排目標   　　我國北方寒冷地區(qū)，冬季太陽光照資源較豐富。依靠目前的技術(shù)，太陽能主要用于生活熱水，還不能單獨解決采暖問題。采用太陽能和電鍋爐輔助采暖，實際上還是以耗電為主。采用太陽能和空氣源復合熱源解決冬季采暖和生活熱水供應，則是一個節(jié)能減排的好舉措。尤其是在沒有集中供熱設施及燃氣管網(wǎng)的郊區(qū)村鎮(zhèn)，使用這一技術(shù)的初投資雖然較大，但運行費用很低，幾年內(nèi)即可收回成本。若考慮該系統(tǒng)可兼顧夏季制冷的特性，其綜合性價比的優(yōu)勢則更為明顯。   　　通過對住宅建筑不同供熱系統(tǒng)的二氧化碳排放量計算，結(jié)果顯示：空氣源熱泵是幾種供熱系統(tǒng)中二氧化碳排放量最低的供熱系統(tǒng)之一。目前我國相當多的中小城市、村鎮(zhèn)解決采暖和生活熱水的手段仍以燃煤為主。顯然，這種手段污染比較嚴重。 　　因此，空氣源熱泵若能在國內(nèi)有條件的地區(qū)推廣，將會大大減少二氧化碳的排放量，為我國 “節(jié)能減排”的戰(zhàn)略目標的實施作出重要貢獻。以北京郊區(qū)農(nóng)村為例，據(jù)近年京郊新農(nóng)村規(guī)劃調(diào)查中統(tǒng)計，京郊農(nóng)村一個采暖季需用煤347萬噸；排放900萬噸二氧化碳、8675噸二氧化硫、8443噸煤煙粉塵。如果一個農(nóng)村家庭安裝一套空氣源熱泵（太陽能）三聯(lián)供系統(tǒng)，就能解決3口～5口之家一年正常的生活取暖和熱水需求。這樣，每年可節(jié)約燃煤3噸左右；節(jié)電230 度，節(jié)省費用2500元，并減少二氧化碳排放量5～8噸、減少煙粉塵排放72公斤、減少二氧化硫排放75公斤。 　　京郊110萬戶需要節(jié)能改造的農(nóng)村住宅中，若有1/3的住宅采用這項供熱技術(shù)，即可減少排放二氧化碳296萬噸、二氧化硫2775噸、煙粉塵2664噸。顯然，這將在北京市落實“藍天工程”的目標中發(fā)揮重要作用。   　　目前，該項采暖技術(shù)已在北京及周邊地區(qū)的民用建筑項目中得到應用。《住宅戶式空氣源熱泵和太陽能生活熱水系統(tǒng)技術(shù)導則》（以下簡稱《導則》）也已經(jīng)編制完畢。《導則》提供了該系統(tǒng)的性能參數(shù)、應用條件、該系統(tǒng)的優(yōu)化組合及選配方案。