空氣源熱泵制熱與未端系統(tǒng)存在問題的剖析 

“空氣源熱泵”作為冬季提供熱水供暖、夏季提供制冷冷水空調(diào)、一年四季制備生活熱水，愈來愈受到更多人的關注。另外，空氣源熱泵拓展我國目前可再生能源建筑應用領域，隨著國家節(jié)能減排政策的大力推行，作為一種節(jié)能技術，在節(jié)約能源、保護環(huán)境資源諸多方面具有獨特的優(yōu)勢。

當前，國內(nèi)沒有制定“空氣源熱泵產(chǎn)品、設計、施工、檢查及驗收等相關的規(guī)程規(guī)范”來指導產(chǎn)品質(zhì)量、工程設計、施工安裝、施工監(jiān)理、工程驗收，嚴重制約了“空氣源熱泵”在冬季供暖領域往前發(fā)展。

另外，無章可循的情況下，有部分制造商利益誘蠱下降低或更改產(chǎn)品性能、有部分制造對自己生產(chǎn)的產(chǎn)品性能在對外宣傳上夸大事實(特別在產(chǎn)品樣本上機組標出冬季制熱量為標準工況（名義工況）下的制熱量，COP高達3.5以上，忽悠不知情者。

眾所周知，“空氣源熱泵”冬季供暖必須有熱源(空氣源熱泵室外機) 、還有供暖未端(將熱源釋放到需要房間空氣中)還有能夠確保從熱源(室外)到供暖未端(室內(nèi))連接管道、管道之間有循環(huán)水泵、膨脹水箱，有的還有貯水箱等，見附圖：

根椐附圖，對空氣源熱泵冬季供暖系統(tǒng)談幾點看法

1、空氣源熱泵冬季供暖“標況”與“工況”的區(qū)別，

怎樣確定室外機制熱量。

眾所周知, 空氣源熱泵冬季制熱有“標況”與“工況”之分。

◆ 什么是空氣源熱泵冬季標準工況制熱量

◇ 標準工況也稱之為名義工況;

★ 制熱量標準工況：干球溫度7℃，濕球溫度6℃；

★ 制冷量標準工況：干球溫度43℃，濕球溫度26℃；

冷熱水熱泵機組名義工況的最低制冷性能系數(shù)，COP不應低于2.6。

單獨制熱、制冷名義工況室內(nèi)、外氣象參數(shù)(℃)

結(jié)論

1、無論增焓、變頻、雙級壓縮技術，不設計者能根據(jù)標工下的制熱量選用機組，應按照當?shù)囟�季空調(diào)室外計算干球溫度、供水溫度選用機組，實現(xiàn)它的節(jié)能效果;

2、應滿足冬季供暖負荷和夏季空調(diào)負荷二者中的較大規(guī)格選型；

3、空氣源熱泵獨有二個缺點

★ 北方寒冷地區(qū)怕低溫環(huán)境，溫度低環(huán)境制熱COP低;

★ 南方潮濕地區(qū)怕潮濕環(huán)境，潮濕環(huán)境下蒸發(fā)器表面極易結(jié)霜；應根據(jù)當?shù)厝谒�情況采用融霜修正系數(shù)進行修正。

4.案例

■ 室外環(huán)境溫度相同變低，7℃變?yōu)?15℃時；

■ 出水溫度變化(55.4℃，53.44℃)溫差變化（5.4℃，3.44℃）；

▼ 制熱量低(55.4℃時16.6KW，53.44℃時12.4 KW；

   70℃時18.27 KW，73.54℃時12.78 KW)；

▼ 輸入功率xx (55.4℃時6.14 KW，53.44℃時5.98 KW；

   70℃時9.25 KW，8.29 KW,) 

▼ 能效比(COP)低(55.4℃時2.56，2.56；53.44℃時2.08，2.07)；

根椐附圖，對空氣源熱泵冬季供暖系統(tǒng)談幾點看法

2、空氣源熱泵供暖及未端系統(tǒng)的設計

◆ 空氣能熱泵是一種較新的冷暖熱源。早期的熱泵主要是用在熱水系統(tǒng)上，是缺少燃氣能源的地區(qū)非常高效的一種新能源設備。

隨著地暖這種低溫供暖技術的成熟和發(fā)展，使得熱泵這種低溫熱源的作為采暖系統(tǒng)熱源得到了關注和發(fā)展。但由于的熱泵工況及未端系統(tǒng)（輻射地面采暖、散熱器、風機盤管）工況了解不夠，使得應用中也出現(xiàn)了許多問題。我們需要討論如何優(yōu)化和提高熱泵匹配系統(tǒng)，充分發(fā)揮熱泵節(jié)能和未端舒適的優(yōu)勢。

◆空氣源熱泵安裝系統(tǒng)

◆ 熱泵與地暖系統(tǒng)工況 

在熱泵及地暖系統(tǒng)的應用中，我們形容熱泵主機是“大流量、小溫差”（熱泵工況△T=5℃），而地暖末端則是“小流量、大溫差”（地暖工況△T=10℃）。相比較壁掛爐地暖系統(tǒng)（壁掛爐工況△T=25℃，地暖工況△T=10℃）而言，熱泵及地暖系統(tǒng)需要更大的循環(huán)流量，地暖系統(tǒng)的最初應用也同樣出現(xiàn)了大量的應用失敗案例。這甚至是早期一些大型企業(yè)推廣熱泵及地暖系統(tǒng)不利的主要原因。

◆ 熱泵與散熱器系統(tǒng)工況 

空氣源熱泵一般供水溫度在45℃左右，（熱泵工況△T=5℃）,而暖氣片設計進水溫度在95℃，（工況△T=25℃）。

眾所周知，空氣源熱泵與散熱器組合, 能效比較差，效果不會很理想。

據(jù)資料介紹，散熱量是散熱器的一項重要技術參數(shù)，每一種散熱器出廠時都標有標準散熱量（即△T=64.5℃時的散熱量）。但是工程所提供的熱媒條件不同，因此我們必須根據(jù)工程所提供的熱媒條件，如進水溫度、出水溫度和室內(nèi)溫度，計算出溫差△T，然后根據(jù)各種不同的溫差來計算散熱量。

◆散熱器散熱量熱工計算公式

                       Q=K×F×△T

式中K—傳熱系數(shù);  F—散熱面積; △T—溫差。

例： 銅鋁復合74×60的熱工計算公式（十柱）是：K×F=5.8259，

★ 標準散熱熱量：

Q=5.8259×△，當進水溫度95℃，出水溫度70℃，室內(nèi)溫度18℃時，△T =（95℃+70℃）/2-18℃=64.5℃ Q=5.8259×64.5=1221.4W 每柱散熱量 1224.4 W÷10柱＝122 W／柱。

★ 進水溫度80℃,出水溫度60℃,室內(nèi)溫度18℃時： 

△T =（80℃+60℃）/2-18℃=52℃ ，Q=5.8259×52=926W 每柱散熱量 926 W÷10柱＝92.6W／柱。

 ★ 進水溫度70℃,出水溫度50℃,室內(nèi)溫度18℃時： 

△T =（70℃+50℃）/2-18℃=42℃ ，Q=5.8259×42=704.4W 每柱散熱量704.4W ÷10柱＝70.4W／柱。

★ 進水溫度45℃,出水溫度40℃,室內(nèi)溫度18℃時： 

△T =（45℃+40℃）/2-18℃=24.5℃ ，Q=5.8259×24.5=142.7W 每柱散熱量 142.7W÷10柱＝14.3W／柱。

◆ 推算每柱散熱量122 W／柱, 14.3W／柱, 每柱散熱量18﹪,據(jù)資料介紹, 假如原來散熱片是配壁掛爐、按95℃供水/75℃回水房間溫度按20℃選型設計的，其轉(zhuǎn)化系數(shù)是1.01，熱源用熱泵替代后，如按55℃供水/50℃回水，房間溫度按20℃設計，對應轉(zhuǎn)化系數(shù)是0.43,也就是說，需要增加約60%的散熱片。

◆ 熱泵與風機盤管系統(tǒng)工況 

   低溫進水（T=60℃）溫差大（△T=10℃）

結(jié)論

、空氣源熱源與地暖系統(tǒng)工況特點： 

   ★ 空氣源熱泵出水（T≤45℃），溫差小（△T=5℃），小溫差，大流量運行； 

   ★ 地暖末端低溫進水（T＞60℃）溫差大（△T=10℃），溫差大； 

2、空氣源熱源與其它系統(tǒng)工況特點：散熱器末端及風機盤管系統(tǒng)

3、★ 散熱器末端系統(tǒng) 

   a.散熱片供暖供水溫度常規(guī)95℃/70℃，二次網(wǎng)設計參數(shù)75℃/50℃，供回水溫差不宜小于20℃。 

4 、★ 風機盤管系統(tǒng) 

   b.低溫進水（T=60℃）溫差大（△T=10℃）

◆ 比較

a.空氣源熱泵出水（T≤45℃），溫差�。ā鱐=5℃），小溫差，大流量運行；

b.地板輻射供暖規(guī)程60℃/50℃,地板輻射供暖每平方米散熱量與什么有關？規(guī)程JGJ142-2012附錄B1.3給出地面采用不同的導熱系數(shù)、不同加熱管的種類、不同的供回水平均溫度（35、40、45、50、55℃）、不同的室內(nèi)溫度、不同的加熱管間矩。

問題的提出：

空氣源熱泵供水溫度45℃，供回水溫差3～5℃，而地板輻射供暖規(guī)程60℃/50℃，兩者之間怎樣處理。 

熱水混凝土填充式熱水供暖地面單位面積散熱量 

當采用導熱系數(shù)為0.38W/（m•K）的PE-X管時，單位地面面積的向上的有效散熱量和向下傳熱損失可按下表選用 

PE-X管單位地面面積的向上的有效散熱量和向下傳熱損失（W/m2） 

（面層為水泥、石材或陶瓷熱阻R=0.02(m2·K/W)）

上表內(nèi)容：

1)相同點：

導熱系數(shù)； 混凝土填充式；面熱阻層；PE-X管； 加熱管間距；室內(nèi)空氣溫度。 

2)不同點：

平均水溫與供水水溫（沒有溫差概念）；有效散熱量和向下傳熱損失； 

3)案例：

向上134.3-119.9/134.3=10.72﹪；向下28.5-27.3/28.5=4.2﹪；

結(jié)論

▼空氣源熱泵供水溫度45℃，采用熱水混凝土填充式熱水供暖地面單位（6同）時，向上面積散熱量之比10.72﹪，向下面積散熱量之比4.2﹪。 

▼空氣源熱泵冬季供暖與地面輻射供暖未端是最好的組合。 

經(jīng)驗教訓:表內(nèi)容加熱管間距(500、400、300、200、150)? 

設計中選用產(chǎn)品時應注意幾點：

◆ 供水溫度一定時，空氣源熱泵機組的出力（能效比）隨室外干球溫度變化而隨之變化的，干球溫度越低，能效比越低，制熱量少； 

◆ 廠家樣本上的標出冬季制熱量、能效比（不加說明）一般指標準工況（名義工況）下的制熱量、能效比（干球溫度7℃，濕球溫度6℃）

◆ 如果選擇空氣源熱泵機組單臺制熱量時，應參照當?shù)氐臍庀筚Y料，查當?shù)囟�季空調(diào)室外計算干球溫度相適應制熱量，并計算出能效比；當室外計算干球溫度-10℃的地區(qū)，應采用低溫空氣源熱泵機組。 

◆“住宅戶式空氣源熱泵和太陽能供熱系統(tǒng)應用技術導則”頒布實施， 

機組應能夠在不低于—15℃的環(huán)境里進行供熱、設計工況的供熱性能系數(shù)COP不低于2.0。是確定空氣源熱泵熱水機組可作為北京地區(qū)供暖熱源的一個重要參數(shù)。

★ 綜上所述，熱泵匹配地暖系統(tǒng)也需要進行合理匹配和優(yōu)化。我們需要認真了解熱泵熱源工況及地暖末端工況，精確水力計算和合理建構(gòu)熱泵地暖系統(tǒng)。只有這樣才能夠打造出充分發(fā)揮熱泵節(jié)能效能和地暖舒適效果的冷暖系統(tǒng)。

小結(jié)

通過以上分析，我們了解了熱泵應用于低溫熱水地暖系統(tǒng)的常見問題。

◆ 通過了解熱泵的運行工況及低溫熱水地暖系統(tǒng)的工況條件，我們認識到造成以上諸多問題的原因就是熱源與末端的應用沖突，所以，過去的熱泵直供地暖末端的形式是不合理的，需要對系統(tǒng)進行合理匹配和優(yōu)化。

◆熱泵熱水地暖系統(tǒng)選型注重幾點

1. 地暖管外徑宜�。―N13mm)；    

2. 地暖模塊管道間距宜（100mm)左右；

   3.地暖模塊厚度不宜小于30mm；

   4.地暖管鋪設長度范圍（80-100m）；

   5.進水溫度適合45℃左右，供回水溫差5℃。