導讀：經(jīng)住建部科技項目研究，通過(guò)對北京、上海、青島、重慶等8個(gè)地區空氣能采暖工程的運行情況監控，空氣能采暖不僅環(huán)保，而且運行費用低，性能可靠，值得大力推廣。

作者：北京建筑工程物資協(xié)會(huì )/金繼宗

一、項目概況

本課題是對低溫空氣源熱泵、太陽(yáng)能與地面采暖及生活熱水組合系統，進(jìn)行工程優(yōu)化設計與組合，選擇典型工程進(jìn)行節能能效測試和研究。

本課題的工程優(yōu)化設計方案如下：

（1）空氣源熱泵與傳統地面采暖或與預制薄型地面采暖的組合；

（2）空氣源熱泵和太陽(yáng)能復合熱源與地面采暖及生活熱水的組合；

（3）上述系統在提供供暖和生活熱水的同時(shí)，可兼顧夏天制冷。

本課題組對低溫熱水空氣源熱泵（太陽(yáng)能）與地面采暖的組合系統，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(cháng)沙市等地的不同建筑中，選擇了13個(gè)項目進(jìn)行了測試，得出不同地區的建筑節能能效數據。在2011年~2012年采暖季中，華北北部一月份室外平均氣溫-4℃，氣溫-17℃的情況下，室內平均溫度保持在18℃。當居住建筑的節能設計達到50%的標準時(shí)，該組合系統一個(gè)采暖季的平均耗電量在35kw.h/㎡以下，COP的平均值超過(guò)3.0。技術(shù)數據顯示，低溫空氣源熱泵（太陽(yáng)能）與地面采暖的組合系統可以滿(mǎn)足華北等寒冷地區，以及華中、華東等冬冷夏熱地區冬季采暖（含生活熱水）的需求，同時(shí)還具有運行能效高，運行費用低的特點(diǎn)。

本課題組為了更好地推廣該項技術(shù)，編制了《住宅戶(hù)式空氣源熱泵和太陽(yáng)能供熱系統應用技術(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(yáng)能輔助空氣源熱泵地暖系統的在線(xiàn)監測平臺。

二、該系統的技術(shù)特點(diǎn)和創(chuàng )新

（一）空氣源熱泵技術(shù)的新進(jìn)展

在組合系統中，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。當前的運行環(huán)境氣溫可延展到-20℃，同時(shí)還可根據環(huán)境氣溫進(jìn)行自動(dòng)調節，使建筑的舒適性和節能性更大。

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，可在更低的氣溫下啟動(dòng)；采用壓縮機壓差油膜潤滑技術(shù)，減小了壓縮機磨損，延長(cháng)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、節能；根據室外氣溫實(shí)時(shí)控制壓縮機轉速，做到按需輸出，提高了效率。它在不同的情況下，都可使室內溫度保持穩定及舒適性；它可以實(shí)現軟啟動(dòng)，避免對電網(wǎng)的沖擊。

2、噴氣增焓技術(shù)

噴氣增焓壓縮機是新一代渦旋式壓縮機。它通過(guò)優(yōu)化中壓段冷媒噴射技術(shù)，將單級壓縮機轉換成兩級壓縮，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。新一代噴氣增焓渦旋式壓縮機系列產(chǎn)品可在環(huán)境溫度-25℃~+29℃范圍內運轉。當室外環(huán)境氣溫在-10℃時(shí)，它的制熱能力比常規渦旋式壓縮機可提高20%。

（二）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，降低熱媒水溫度（＜50℃）、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。

“預制溝槽薄型地面輻射采暖板”經(jīng)過(guò)國家檢測試驗室（進(jìn)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）低溫空氣源熱泵與高效地暖的優(yōu)化組合

空氣源熱泵的較好工作狀態(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。

本課題是將空氣源熱泵鎖定在較好的狀態(tài)下工作，即提供50℃以下的熱水；與高效地暖裝置組合，如“預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，即低溫空氣源熱泵與高效地暖組合式建筑采暖系統。

（四）空氣源、太陽(yáng)能復合熱源組合技術(shù)

低層居住建筑和農村住宅以太陽(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供熱，實(shí)現了太陽(yáng)能零能耗+空氣源熱泵低能耗的有效結合。系統采用微電腦控制系統，實(shí)現自動(dòng)判斷氣溫變化，熱水系統自動(dòng)循環(huán)保溫，室溫實(shí)現分室分時(shí)段控制，太陽(yáng)能和空氣源熱泵自動(dòng)切換等措施之后，在該采暖系統中太陽(yáng)能的供獻率可達40%以上。

其次、在實(shí)施峰/谷電價(jià)地區，可充分利用谷電時(shí)段內蓄能，享受優(yōu)惠電價(jià)，減少運行費用。

還有，在低層住宅建筑中采取增設外廊等被動(dòng)式太陽(yáng)能采暖設施后，可使太陽(yáng)能在該采暖系統中的供獻率進(jìn)一步提高。

（五）采暖、生活熱水加夏天制冷的一體化設計

低溫空氣源熱泵作為地暖和生活熱水供熱熱源時(shí)，還具備夏天空調制冷的功能。通常在夏天可通過(guò)風(fēng)機盤(pán)管給室內輸送舒適的涼風(fēng)，實(shí)現一機多用，充分利用資源，大大節省投資費用。

三、節能能效測試結果

2011年~2012年采暖季，課題組針對不同建筑類(lèi)型、不同經(jīng)濟水平、不同氣候區，其中居住建筑既有經(jīng)濟適用房，城鎮別墅還有農村住宅，以及小型公建等有代表性的項目，進(jìn)行了重點(diǎn)測試。提取了近萬(wàn)個(gè)低溫空氣源熱泵（太陽(yáng)能）與地暖的組合系統建筑采暖能效數據。

   其中課題組在北京市跟蹤測試了多個(gè)項目。例如：北京城區南四環(huán)的鴻博家園小區測試項目（該建筑為2011年竣工經(jīng)適房項目，高層板樓，圍護結構按65%節能標準設計）。2011年~2012年采暖季，室外：最低溫度-9.8℃，最冷日平均溫度-4℃，最冷月平均溫度-2.52℃。室內：整個(gè)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(hù)建筑面積平均82㎡計算，采暖總耗電量不超過(guò)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(hù)型壁掛爐散熱器采暖運行費用。

北京郊區的幾個(gè)測試項目中：其中室外溫度最低的一個(gè)別墅項目，冬季室外平均溫度-6.2℃，最低溫度-18.8℃。室內平均溫度保持在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。

北京郊區農村新建和舊房改造項目，采用空氣源熱泵、太陽(yáng)能復合熱源作為冬季地面輻射采暖和生活熱水的熱源，取得很好的效果。如房山區西白岱村項目測試數據：2011年~2012年采暖季，一月份室外平均溫度-4℃，最低溫度-17℃，室內平均溫度保持在18℃。系統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(yáng)能集熱器面積16㎡，冬季太陽(yáng)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(guò)對大量測試數據的統計和分析，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。

在華北地區北部，2011年~2012年采暖季，一月份室外平均溫度-4℃，最低溫度-17℃，采暖室內平均溫度保持在18℃，凡達到50%節能設計標準的建筑，使用空氣源熱泵、太陽(yáng)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(hù)按當時(shí)北京電費標準（0.49元/度）實(shí)際費用計算。2013年電價(jià)調整后如選用峰谷電，費用基本相當。如選用階梯電價(jià)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，國內品牌每平方米的初始投資約200多元，進(jìn)口品牌約近300元。但運行費用低，幾年內可收回成本。如考慮該系統可兼顧夏季制冷的特性，相比其他供熱方式其綜合性?xún)r(jià)比的優(yōu)勢更為明顯。

四、一項值得推廣的節能減排技術(shù)

“低溫空氣源熱泵與地暖組合系統”和“低溫空氣源熱泵、太陽(yáng)能與地暖組合系統”，是一種節能、環(huán)保的采暖與生活熱水組合技術(shù)。推廣該技術(shù)可以減少大量采暖能源消耗，節省客觀(guān)的運行費用，取得較高的經(jīng)濟效益和社會(huì )效益。

該采暖系統不產(chǎn)生溫室氣體和粉塵等污染物質(zhì)；該系統中熱水循環(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(yáng)能）三聯(lián)供系統，既能解決3-5口之家一年的正常生活取暖和熱水需求，據粗略測算，與電熱水器加燃煤鍋爐相比，非采暖季可節電約1640kw.h，采暖季可節煤約1.6~2噸，京郊有110多萬(wàn)戶(hù)需要節能改造的農村住宅，如有三分之一的農戶(hù)改用該課題的“低品位可再生的清潔能源”，即可減排300萬(wàn)噸二氧化碳；2891噸二氧化硫；2814噸煤煙粉塵，將為北京地區的“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，解決采暖和生活熱水仍以燃煤為主，污染嚴重。此項技術(shù)如向國內有條件的地區推廣，將會(huì )大大減少二氧化碳排放量，為我國“節能減排”的戰略目標作出重要貢獻。它可為非集中供暖地區的住戶(hù)提供一種“住戶(hù)自助式節能環(huán)保的采暖與熱水供應方式”。有助于解決集中采暖地區采暖費收繳困難的窘境。隨著(zhù)城鎮化進(jìn)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(yáng)能作為建筑采暖技術(shù)加以推廣，將具有非常大的現實(shí)意義。

本課題所研究的太陽(yáng)能與空氣源熱泵復合熱源技術(shù)，特別是在太陽(yáng)能的貢獻率和系統的運行能效上，有待進(jìn)一步完善與提高。同時(shí)，推動(dòng)低溫空氣源熱泵的產(chǎn)業(yè)化、規?；a(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(mén)將“低溫空氣源熱泵、太陽(yáng)能與地暖組合式建筑采暖系統”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，根據當地的電力峰谷情況，享受一定的分時(shí)電價(jià)政策或補貼政策。

原文標題《住建部科技計劃項目“空氣源熱泵、太陽(yáng)能與低溫熱水地暖組合建筑采暖系統節能能效研究”課題成果匯報》。