河南省建筑科学研究院有限公司      李杰   杜永恒

摘   要：持续严重的雾霾污染、越来越不容忽视的空气污染治理以及“宜电则电”、“宜气则气”的指示，使得空气源热泵直膨式辐射供暖这种清洁取暖技术以其高效、节能、环保、舒适的特点获得更广阔的发展空间。在各方努力下，该技术将不断趋于成熟、节能效果更加显著、使用方式更加灵活、应用范围更加广泛，将对全社会节能减排工作做出更大贡献。

关键词：清洁取暖；空气源热泵；辐射供暖；以电代煤

       0   引言

       为贯彻落实国家能源结构调整和大气环境治理的相关政策，推广普及可再生能源取暖技术，实现清洁能源电能替代，提高可再生能源在区域能源消费中的比重，在摒弃蜂窝煤、土暖气等传统的低效采暖模式的同时，应大力发展空气源热泵、地源热泵、蓄热电锅炉、碳晶供暖等电驱动采暖模式。而空气源热泵直膨式辐射供暖技术以其系统简单、节能高效、舒适度高、适用范围广等优势，可作为推动清洁取暖工作的首选技术。

       1   系统特点

       空气源热泵直膨式辐射供暖系统是以电能驱动、空气源热泵提供热源、冷剂直接通过敷设于地面（或墙面和顶板）的盘管散热进行供暖的高效采暖系统。系统工作时，冷剂通过空气源热泵（以下简称热源机），降压蒸发吸收低品位热能（空气热能），经压缩机压缩为过热气体，进入末端盘管进行冷凝放热并液化，液化后的低温冷剂进入膨胀阀降压，并进入蒸发器继续吸收低品位热能，如此循环工作。

     （1）简单

       由图1可以看出，整个空气源热泵直膨式辐射供暖系统构造简单，整个毛细盘管末端及附件可看作冷凝器，高压高温的气态制冷剂进入末端系统，液化放热进行供暖。系统减少了常规空调系统中冷凝器与末端的二次换热装置及附件，运行维护简单。

1-压缩机；2-四通阀；3-过滤器；4-截止阀；5-膨胀阀；6-换热器；7-电机及风扇；8-输气连接管；9-输液连接管；10-分集气器；11-分集液器；12-输配液管；13-输配气管；14-分检修盒；15-毛细盘管；16-主检修盒

图1   空气源热泵直膨式辐射供暖系统

     （2）低温

       根据空气源热泵直膨式辐射供暖系统的实际工程经验及毛细盘管地板辐射的传热计算结果，供暖工况下，热泵的冷凝温度为35~40℃，为低温供暖；常规的风冷式机组的冷凝温度为50℃，水冷式机组的冷凝温度则在45℃左右，以风机盘管为末端的空调系统冷凝温度则高达60℃。

       当使用空气源热泵与不同的末端系统组合时，在蒸发温度相同的条件下，冷凝温度越低，机组运行效率越高，因此以空气源热泵直膨式辐射供暖系统为代表的低温供暖是一项值得推广的清洁取暖技术。

     （3）舒适

       空气源热泵直膨式辐射供暖系统的末端采用地板辐射供暖，热量主要以辐射形式进行传递，热量散发均匀，且自下而上传递，供暖区域形成一个下暖上凉的温度场，热量主要集中在人体活动的区域，符合人体生理需求曲线；而普通的采暖方式，通常为通过对流换热，气流掠过人体，带走皮肤水分，同时降低功能区空气湿度，给人干热的不舒适感。山东建筑大学的李永斌等人使用COMSOL软件对使用空气源热泵直膨式辐射供暖系统的某功能区进行了舒适性分析，结果显示：在室外温度为0℃，室内设计温度为18℃，地面温度为26℃的设定条件下，房间温度在19~21℃范围内^[2]，且房间空气流速低至0.1m/s，完全符合要求，可见使用空气源热泵直膨式辐射供暖系统能够满足人们冬季采暖需求的舒适性。

     （4）供冷

       由空气源热泵直膨式辐射供暖系统的工作原理可知，通过调整四通换向阀，该系统亦可以进行夏季供冷，可结合新风系统或除湿系统同时使用，原理见图2；

1-压缩机；2-四通阀；3-过滤器；4-截止阀；5-膨胀阀；6-换热器；7-电机及风扇；8-输气连接管；9-输液连接管；10-分集气器；11-分集液器；12-输配液管；13-输配气管；14-检修盒；15-毛细盘管；16-除湿机或新风机；17-送风管；
18-送风口；19-回风口；20-回风管；21-检修盒；

图2   直膨式辐射供暖供冷系统原理图

       也可以使用空调室内机作为末端，通过制冷剂换向器进行夏季供冷，原理见图3。

1-压缩机；2-四通阀；3-过滤器；4-截止阀；5-膨胀阀；6-换热器；7-电机及风扇；8-输气连接管；9-输液连接管；10-制冷剂换向器；11-分集气器；12-分集液器；13-输配气管；14-输配液管；15、16-检修盒； 17-毛细盘管；
18-空调室内机

图3   直膨式辐射供暖空调供冷系统原理图
 

       2   与其他系统比较

     （1）节能

       由空气源热泵直膨式辐射供暖系统的工作原理可知，只需少量电能驱动压缩器、膨胀阀、电机和风扇等，系统即可开机运行，相较于其他采暖系统经济性较好。以寒冷地区总建筑面积为207.4m2的某农村两层住宅为例，对初投资费用、采暖季运行费用、费用年值等将空气源热泵直膨式辐射供暖系统、区域燃煤锅炉供热的地板辐射供暖、空气源热泵低温热水地板辐射供暖、空气源热泵风机盘管送风供暖等几种采暖方式进行对比[1]，详见表1。

表1  几种采暖方式经济性比较

       由表1可以看出，几种采暖方式中空气源热泵直膨式辐射供暖系统的初投资费用最小，区域燃煤锅炉供热的地板辐射供暖系统的运行费用及费用年值最小。综合比较单位面积初投资和运行费用，经济性最好的是区域燃煤锅炉供热的地板辐射供暖系统，其次为空气源热泵直膨式辐射供暖系统。但是单独比较不同供暖方式的经济性并不能全面评价最佳供暖方式，可结合单位供暖面积所需煤耗量来综合评价节能性最好的供暖方式，详见表2。

表2   几种采暖方式的折合耗标煤量比较

       由表2可以看出，经济性最好的区域燃煤锅炉供热的地板辐射供暖系统标准煤耗量较大，使用过程中会产生较多的环境污染物，因此从环保效益角度出发，不推荐该系统的使用。几种采暖方式中，空气源热泵直膨式辐射供暖系统不仅有较好的经济性，而且使用可持续清洁能源来提供热源，发展前景很好。

     （2）环保

       空气源热泵直膨式辐射供暖系统在使用过程中，只需投入部分电力驱动热泵机组即可，无需电力增容，也不产生任何污染物排放；此外，由于该系统换热效率高，在相同的热负荷需求下，标准煤耗量最少。数据显示，空气源热泵直膨式辐射供暖系统与燃煤供暖系统相比较，每个采暖季单位供暖面积能减少排放CO₂  33.8kg、减少排放SO₂  274g，减少排放粉尘137g，减少排放NOx 20g。按照中国农村能源行业协会的调研数据，我国1.6亿农户中，共有6600万户使用散煤供暖，炉具保有量为1.2亿台，以每户面积80m²，10%的用户改用该系统，总的减排量见表3。

表3   空气源热泵直膨式辐射供暖较燃煤供暖的减排量

       由表3可以看出，10%的散煤供暖用户改用空气源热泵直膨式辐射供暖系统供暖的污染物减排量非常可观，这对改善空气质量、减少雾霾扬尘天气意义重大。

       3   总结

       空气源热泵直膨式辐射供暖技术是一项高效利用可再生能源的方法，是实现国家“以电代煤”、“清洁取暖”，实现节能减排目标，改善环境污染，提高空气品质的重要技术途径。具有节能环保、能源利用率高、经济性较好、符合人体热舒适度等优势，可以在市政热网没有覆盖的城区、县市、乡镇和农村等地区积极推广该技术。

参考文献

       [1] 杜彦. 空气源热泵直接地板辐射供暖系统运行方式及经济性研究[D].太原理工大学, 2015.

       [2] 李永斌,庄兆意. 空气源热泵无水地暖系统经济性舒适性分析[J]. 建筑热能通风空调,2017(01):45–48.

       [3] 空气源热泵无水地暖系统产品研发成功节能超过50%[J]. 黑龙江科技信息,2014(01):17.

       [4] 张寅,王璜,陈启,李海平. 空气源热泵-地板供暖系统测试分析[J]. 暖通空调,2014(12):45–48.

       [5] 李哲,田琦,郭卫强. 华北地区空气源热泵无水地板采暖系统节能经济性研究[J]. 科学技术与工程,2014(02):228–232.

       [6] 曾章传,吴锦京,魏新利. 空气源热泵直接地板辐射采暖系统实验研究及热力性能分析[J]. 太阳能学报,2011(08):1151–1157.

       [7] GBT 19232—2003,风机盘管机组[S].北京:邹月琴,李成孝,钱荣华,2003.

备注：本文收录于《建筑环境与能源》2017年2月刊总第2期。
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