空气源太阳能与低温热水地暖组合建筑采暖系统节能效率研究（一）

1 项目概述 　　本课题是对低温空气源热泵、太阳能与地面采暖及生活热水组合系统，进行工程优化设计与组合，选择典型工程进行节能能效测试和研究。 　　本课题的工程优化设计方案如下： 　　1.空气源热泵与传统地面采暖或与预制薄型地面采暖的组合； 　　2.空气源热泵和太阳能复合热源与地面采暖及生活热水的组合； 　　3.上述系统在提供供暖和生活热水的同时，可兼顾夏天制冷。 　　本课题组对低温热水空气源热泵（太阳能）与地面采暖的组合系统，于2011 年~2012 年的采暖季中，在北京市、河北省秦皇岛市、山东省青岛市、上海市、重庆市和长沙市等地的不同建筑中，选择了13 个项目进行了测试，采集了10000 多个不同地区的建筑采暖能效数据。在2011 年~2012年采暖季中，华北北部一月份室外平均气温-4℃ ，最低气温-17℃的情况下，室内平均温度保持在18℃。当居住建筑的节能设计达到50%标准时，该组合系统一个采暖季的平均耗电量为35kW·h/ m2~45kW·h/m2，COP 的平均值超过3.0。技术数据显示，低温空气源热泵（太阳能）与地面采暖的组合系统可以满足华北等寒冷地区, 以及华中、华东等冬冷夏热地区冬季采暖（含生活热水）的需求，同时还具有运行能效高，运行费低的特点。 　　本课题组为了更好地推广该项技术，编制了《住宅户式空气源热泵和太阳能供热系统应用技术导则》；本课题组还建立了一套适合空气源热泵采暖组合技术的通用测试方法；研发了一套太阳能辅助空气源热泵地暖系统的在线监测平台。本课题是住建部科技计划项目，已于2012年11月通过了住建部科技成果验收。该项技术获得建筑科技全国推广证书。 　　2 该系统的技术特点与创新 　　2.1 空气源热泵技术的新进展 　　在组合系统中，低温空气源热泵分别采用了喷气增焓压缩机或高压腔直流变速压缩机，以及“变水温”控制等新技术之后，可使空气源热泵在低温环境下启动性能更佳。当前的运行环境气温可延展到-20℃，同时还可根据环境气温进行自动调节，使建筑的舒适性和节能性最大化。 　　2.1.1 直流变速技术 　　采用全新的直流变速高压腔涡旋式压缩机，可在更低的气温下启动；采用压缩机压差油膜润滑技术，减小了压缩机磨损，延长压缩机使用寿命；压缩机的电机还采用磁力强劲的钕磁铁材料，可更省电、节能；根据室外气温实时控制压缩机转速，做到按需输出，提高了效率。它在不同的情况下，都可使室内温度保持稳定及舒适性；它可以实现软启动，避免对电网的冲击。 　　2.1.2 喷气增焓技术 　　喷气增焓压缩机是新一代涡旋式压缩机。它通过优化中压段冷媒喷射技术，将单级压缩机转换成两级压缩，增加了冷凝器中制冷剂流量，加大了主循环回路的焓差，从而提高了压缩机效率。新一代喷气增焓涡旋式压缩机系列产品可在环境温度-20℃时正常运转。当室外环境气温在-10℃时，它的制热能力比常规涡旋式压缩机可提高近20%。 　　2.2 高效地暖技术 　　地面辐射采暖技术的新进展是：缩小加热管的直径，减少加热管的间距，增加布管密度，以便尽可能地加大整体散热面积，可降低热媒水温度（＜ 40℃）、缩小供回水温差（＜5℃），使温度曲线更趋平缓，热损失更小；同时，增加铝箔复合层，一是通过铝箔的反射作用，增加传热功能，使散热面温度更趋均匀；二是铝箔的防腐涂层，可阻止砂浆等填充材料的腐蚀；另外，采用高压阻燃型挤塑保温板可提高保温性能，有效阻止热量向下传递。 　　“预制沟槽薄型地面辐射采暖板”经过国家检测试验室（进水温度35℃、回水温度31.12℃、空气基准温度20℃）的测试，散热量可达100W/m2以上，是目前能效较高的供热末端之一。 　　2.3 低温空气源热泵与高效地暖的优化组合 　　空气源热泵的理想工作状态是提供50℃以下的热水。以往,空气源热泵用于建筑采暖不成功的原因之一，就是在于采暖散热器要求热水的温度在60℃~80℃。在这种工作状态下，空气源热泵的能效比太低，不经济。 　　本课题是将空气源热泵锁定在最佳的状态下工作，即提供45℃以下的热水；与高效地暖装置组合，如“预制沟槽薄型地面辐射采暖板”的进水温度仅需35℃，从而优化组合成新的建筑采暖系统，即低温空气源热泵与高效地暖组合式建筑采暖系统。 　　2.4 空气源、太阳能复合热源组合技术 　　低层居住建筑和农村住宅以太阳能与空气源热泵作为地暖和生活热水的复合热源时，在白天可利用太阳能提供有效的热能，向地暖和生活热水系统供热。在夜间或阴雨天没有太阳时，自动启动空气源热泵向该系统供热，实现了太阳能零能耗+空气源热泵低能耗的有效结合。系统采用微电脑控制系统，实现自动判断气温变化，热水系统自动循环保温，室温实现分室分时段控制，太阳能和空气源热泵自动切换等措施之后，在该采暖系统中太阳能的贡献率可达到40%以上。 　　其次，在实施峰/ 谷电价地区，可充分利用谷电时段内蓄能，享受优惠电价，减少运行费用。 　　还有，在低层住宅建筑中采取增设外廊等被动式太阳能采暖设施后，可使太阳能在该采暖系统中的贡献率进一步提高。（北京建设工程物资协会建筑采暖分会/金继宗）（未完待续）