空氣源熱泵供暖系統(tǒng)的末端設備設計

  一、熱泵供暖末端設備

  由于空氣源熱泵的特點和能效比的關系，空氣源熱泵供應的熱水溫度應處在技術經(jīng)濟合理的工況，這就決定了供暖末端宜采用低溫的散熱設備。目前采用的末端設備有：地板輻射供暖、風機盤管供暖、散熱器供暖，它們各有不同的特點，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)的結構繁雜，有8cm填充層的占用層高，會給人以壓抑感;在二次裝修時易被破壞，修復則會留有埋在地下的接頭，留下隱患。構造層蓄熱使得房間升溫時間較長，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調(diào)節(jié)房間溫度，管路少、無立管、泄露亦少，設計計算較簡單，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。

  風機盤管供暖升溫快、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、運行容易產(chǎn)生噪音。

  二、末端設備熱媒溫度

  空氣源熱泵供應的熱水溫度越高，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、風機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《民用建筑供暖通風與空氣調(diào)節(jié)設計規(guī)范》第3.1.1條規(guī)定：熱水地面輻射供暖系統(tǒng)的供、回水溫度應由計算確定，供水溫度不應大于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℃，不應超過60℃;供回水空氣源熱泵供暖技術應用分析溫差不宜大于10℃，且不宜小于5℃;風機盤管供暖一般采用的熱水溫度進水60℃，回水50℃;對于空氣源熱泵供暖進水溫度為45℃，回水溫度為45℃。地板輻射供暖、風機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《民用建筑供暖通風與空氣調(diào)節(jié)設計規(guī)范》第5.3.1散熱器供暖系統(tǒng)應采用熱水作為熱媒;散熱器集中供暖系統(tǒng)宜按75℃/50℃連續(xù)供暖進行設計，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℃設計仍使能效比處在不合理的工況下。

  然而，通過對供暖系統(tǒng)的實際運行調(diào)查，目前北方地區(qū)大多數(shù)城市集中供熱系統(tǒng)運行參數(shù)，就是在最冷月運行參數(shù)也遠遠小于設計工況。對北方幾十個城市調(diào)查結果是：二次網(wǎng)供水溫度約在47℃～63℃，回水溫度約在40℃～50℃，運行溫差約為7.8℃～14.7℃，溫差均小于設計溫差20℃。圖1是哈爾濱某小區(qū)測試整個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。散熱器低溫供暖研究認為：60℃/45℃具有技術經(jīng)濟合理性和可行性。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的溫度一致。

  三、空氣源熱泵供暖末端設計

  空氣源熱泵供暖具有諸多優(yōu)點。但使用受到環(huán)境溫度的限制，不同區(qū)域、不同末端裝置設計時應考慮以下問題。

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

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

  風機盤管冷暖兩用，供水溫度可降低，用于住宅供暖時宜立式安裝，宜靠外窗設置。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溫度55℃一致。其散熱量計算完全可按各類散熱器給出的實驗公式，代入ΔT℃進行計算即可。圖3是對同一組散熱器分別對溫差ΔT=15℃～65℃進行分段實驗和連續(xù)實驗的結果，低溫工況的散熱量可視為ΔT=40℃～65℃試驗曲線的延長線。

  散熱器供暖按低溫參數(shù)設計，會增加散熱器數(shù)量，但是低溫供暖的特點是舒適和節(jié)能。

  對于分戶獨立供暖系統(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，不必強調(diào)靠外窗布置。

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

  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，為減少輸送熱損失和管網(wǎng)造價，不宜較長距離輸送熱媒。