空氣源熱泵供暖系統(tǒng)的末端設(shè)備設(shè)計(jì)

  一、熱泵供暖末端設(shè)備

  由于空氣源熱泵的特點(diǎn)和能效比的關(guān)系，空氣源熱泵供應(yīng)的熱水溫度應(yīng)處在技術(shù)經(jīng)濟(jì)合理的工況，這就決定了供暖末端宜采用低溫的散熱設(shè)備。目前采用的末端設(shè)備有：地板輻射供暖、風(fēng)機(jī)盤管供暖、散熱器供暖，它們各有不同的特點(diǎn)，適合不同需求。

  低溫地板供暖提高了舒適度，可有效節(jié)約能源;不占房間的有效使用面積，可以自由地裝修墻面、地面和擺放家具;具有非常好的隔音效果，減少樓層噪音。但地板供暖系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)繁雜，有8cm填充層的占用層高，會(huì)給人以壓抑感;在二次裝修時(shí)易被破壞，修復(fù)則會(huì)留有埋在地下的接頭，留下隱患。構(gòu)造層蓄熱使得房間升溫時(shí)間較長，熱惰性大。

  散熱器供暖安裝容易、維修簡單，色彩多樣、外觀優(yōu)雅、極易與家裝融合，房間可利用散熱器上的溫控閥單獨(dú)調(diào)節(jié)房間溫度，管路少、無立管、泄露亦少，設(shè)計(jì)計(jì)算較簡單，房間升溫快、溫度調(diào)節(jié)靈活。但散熱器供暖占用室內(nèi)空間，一般熱媒供水溫度較高，影響熱泵供暖的能效比。

  風(fēng)機(jī)盤管供暖升溫快、調(diào)節(jié)靈活、空調(diào)供暖兩用、冷暖兩用、節(jié)省投資，可根據(jù)需要安裝在地面或頂棚。但是，熱空氣在頂部有效利用差、運(yùn)行容易產(chǎn)生噪音。

  二、末端設(shè)備熱媒溫度

  空氣源熱泵供應(yīng)的熱水溫度越高，能效比越低，表1是空氣源熱泵在某一工況下出口熱水溫度升高COP的變化情況。熱泵供暖末端采用的地板輻射供暖、散熱器供暖、風(fēng)機(jī)盤管供暖由于散熱方式不同，采用的熱水溫度也有所不同。

  表1 空氣源熱泵出口熱水溫度與COP變化情況

  COP值2.202.362.562.803.083.423.854.40

  GB 50736-2012《民用建筑供暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)規(guī)范》第3.1.1條規(guī)定：熱水地面輻射供暖系統(tǒng)的供、回水溫度應(yīng)由計(jì)算確定，供水溫度不應(yīng)大于60℃，供回水溫差不宜大于10℃且不宜小于5℃。民用建筑供水溫度宜采用35℃～45℃。

  JGJ 242-2012《輻射供暖供冷技術(shù)規(guī)程》中規(guī)定：熱水地面輻射供暖系統(tǒng)供水溫度宜采用35℃～45℃，不應(yīng)超過60℃;供回水空氣源熱泵供暖技術(shù)應(yīng)用分析溫差不宜大于10℃，且不宜小于5℃;風(fēng)機(jī)盤管供暖一般采用的熱水溫度進(jìn)水60℃，回水50℃;對于空氣源熱泵供暖進(jìn)水溫度為45℃，回水溫度為45℃。地板輻射供暖、風(fēng)機(jī)盤管供暖熱水溫度對于空氣源熱泵供暖具有合理的能效比。

  GB 50736-2012《民用建筑供暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)規(guī)范》第5.3.1散熱器供暖系統(tǒng)應(yīng)采用熱水作為熱媒;散熱器集中供暖系統(tǒng)宜按75℃/50℃連續(xù)供暖進(jìn)行設(shè)計(jì)，且供水溫度不宜大于85℃，供回水溫差不宜小于20℃。對于散熱器集中供暖，空氣源熱泵供暖熱水溫度按75℃/50℃設(shè)計(jì)仍使能效比處在不合理的工況下。

  然而，通過對供暖系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行調(diào)查，目前北方地區(qū)大多數(shù)城市集中供熱系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)，就是在最冷月運(yùn)行參數(shù)也遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于設(shè)計(jì)工況。對北方幾十個(gè)城市調(diào)查結(jié)果是：二次網(wǎng)供水溫度約在47℃～63℃，回水溫度約在40℃～50℃，運(yùn)行溫差約為7.8℃～14.7℃，溫差均小于設(shè)計(jì)溫差20℃。圖1是哈爾濱某小區(qū)測試整個(gè)供暖季溫度變化曲線，供暖初期供熱溫度低于40℃，最冷天氣供熱溫度為60℃。

  空氣源熱泵的最佳工作狀態(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，就是在于供暖散熱器要求熱水溫度為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)。散熱器低溫供暖研究認(rèn)為：60℃/45℃具有技術(shù)經(jīng)濟(jì)合理性和可行性。而針對空氣源熱泵供暖熱媒參數(shù)完全可以降至和生活熱水供應(yīng)的溫度一致。

  三、空氣源熱泵供暖末端設(shè)計(jì)

  空氣源熱泵供暖具有諸多優(yōu)點(diǎn)。但使用受到環(huán)境溫度的限制，不同區(qū)域、不同末端裝置設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮以下問題。

  室內(nèi)供暖計(jì)算溫度：根據(jù)GB 50736-2012《民用建筑供暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定，南北方室內(nèi)設(shè)計(jì)溫度不同：嚴(yán)寒和寒冷地區(qū)主要房間應(yīng)采用18℃～24℃;夏熱冬冷地區(qū)主要房間宜采用16℃～22℃。

  選用末端設(shè)備時(shí)應(yīng)考慮房間功能、生活習(xí)慣和運(yùn)行方式，從舒適性和經(jīng)濟(jì)性方面考慮，選擇適合住戶需求的地板輻射供暖、風(fēng)機(jī)盤管供暖、散熱器供暖形式。新建與既有建筑增設(shè)供暖設(shè)施要加以區(qū)別：新建住宅可完全按設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定進(jìn)行，而既有建筑增設(shè)供暖設(shè)施要考慮住戶的具體要求，可進(jìn)行局部主要房間加裝供暖設(shè)施。既有建筑增設(shè)地板輻射供暖時(shí)應(yīng)考慮荷載，盡量采用干式地板供暖，并考慮局部供暖和家具擺放遮擋。地面飾面層應(yīng)采用熱阻小的材料。各環(huán)路長度應(yīng)盡可能一致，并加設(shè)調(diào)節(jié)和環(huán)路關(guān)斷閥門。加熱管布置方式可采用圖2的形式。

  風(fēng)機(jī)盤管冷暖兩用，供水溫度可降低，用于住宅供暖時(shí)宜立式安裝，宜靠外窗設(shè)置。散熱器用于空氣源熱泵供暖系統(tǒng)，熱媒溫度可降低與熱水供應(yīng)溫度55℃一致。其散熱量計(jì)算完全可按各類散熱器給出的實(shí)驗(yàn)公式，代入ΔT℃進(jìn)行計(jì)算即可。圖3是對同一組散熱器分別對溫差ΔT=15℃～65℃進(jìn)行分段實(shí)驗(yàn)和連續(xù)實(shí)驗(yàn)的結(jié)果，低溫工況的散熱量可視為ΔT=40℃～65℃試驗(yàn)曲線的延長線。

  散熱器供暖按低溫參數(shù)設(shè)計(jì)，會(huì)增加散熱器數(shù)量，但是低溫供暖的特點(diǎn)是舒適和節(jié)能。

  對于分戶獨(dú)立供暖系統(tǒng)，考慮到管道布置、家具擺放和空間使用等因素，散熱器完全可在內(nèi)墻布置，不必強(qiáng)調(diào)靠外窗布置。

  空氣源熱泵同時(shí)用于生活熱水供應(yīng)和供暖應(yīng)對生活熱水單獨(dú)設(shè)置管道，避免對供暖系統(tǒng)產(chǎn)生腐蝕。對于分戶獨(dú)立閉式系統(tǒng)幾乎可以不顧慮散熱器的腐蝕問題，由于供暖的熱負(fù)荷計(jì)算是按累年平均不保證5d統(tǒng)計(jì)確定的供暖室外空氣溫度計(jì)算參數(shù)，因此，當(dāng)室外溫度減低房間需要供應(yīng)的熱負(fù)荷增大，而空氣源熱泵COP值會(huì)下降時(shí)，為解決這一矛盾，必要時(shí)應(yīng)考慮采取耦合熱泵系統(tǒng)優(yōu)勢互補(bǔ)或輔助熱源的經(jīng)濟(jì)可行性。

  對于空氣源熱泵作為集中供暖的熱源，由于空氣源熱泵的特點(diǎn)，為減少輸送熱損失和管網(wǎng)造價(jià)，不宜較長距離輸送熱媒。