專題：分戶低溫空氣源熱泵供暖系統設計（一）

  本期簡介：分戶低溫空氣源熱泵供暖系統設計針對農村“煤改空氣源熱泵”中的分戶式選用低溫空氣源熱泵供暖系統的困惑，全面介紹空氣源+地暖、空氣源+暖風機、空氣源+散熱器系統中的主機選型、水泵選型、管網設計、末端設計等技巧和方法。本文篇幅較長，將相關內容分為三期連載，本篇為笫一期內容，敬請關注下期。

  一、概述

  在“煤改清潔能源”的大潮下，空氣源熱泵成為政府推廣的重要清潔能源形式。2018年6月7日，生態(tài)環(huán)境部印發(fā)《2018～2019年藍天保衛(wèi)戰(zhàn)重點區(qū)域強化督查方案》，提出堅決打贏藍天保衛(wèi)戰(zhàn)，2018年以“2+26”及汾渭平原11個冬季清潔取暖城市的燃煤替代為重點。今年上半年，“2+26”及汾渭平原11個冬季清潔取暖城市紛紛出臺了相應的政策，其中空氣源熱泵得到了政府的大力支持。

  針對農村“煤改空氣源熱泵”分戶式選用低溫空氣源熱泵供暖系統中的困惑，全面掌握空氣源熱泵供暖系統中的主機選型、水泵選型、管網設計、末端設計等技巧和方法。

  空氣源熱泵供暖系統不是單純的安裝一臺熱泵，它涉及到制熱(空氣源熱泵設備)、輸送系統(包含循環(huán)水泵、蓄水箱、補水系統、膨脹系統、控制系統)、末端散熱系統(地面輻射供暖、散熱器、暖風機)等。因此，將空氣源熱泵供暖系統稱之為技術含量高、涉及面廣、責任心強、服務周期長等諸多特點于一身的綜合性系統。

  另外，空氣源熱泵供暖系統不盡于將制熱設備、輸送系統及末端的產品材料組合起來，還得根據不同的戶型尤其是農村地區(qū)，分戶式“煤改空氣源熱泵”大部分是既有建筑，外圍護保溫性能差，不同的房屋布局、朝向、保溫要求、散熱末端，都需要不同的設計方案，難以一刀切的搞標準化。

  因此，要重設計，要求一戶一設計。同時重視施工、調試、驗收及售后服務等大量的維保工作(三年、六年)。還要深刻理解空氣源熱泵供暖“要裝得起，用得起”的深刻含義。為此，圍繞設計、設備選型、施工安裝、末端等問題談幾點自己的看法。

  二、熱負荷計算是基礎，只有執(zhí)行正確的基礎數據才能保證系統設計正確

  熱負荷計算與外圍護建筑有關，外圍護建筑因素包括：外墻、屋頂保溫材料的熱阻;外門、窗的選型;外墻高度、外門、窗的面積;外門、外窗開啟沖入冷風的耗熱量。

  熱負荷損耗應與房間面積有關，外墻多，外門、外窗尺寸大，房間面積大，熱損耗大，熱量用得多，反之則小。

  準確測量戶內有效的取暖面積，根據每一住戶的取暖面積認真測量，制作平面圖，做到“一戶一設計”，科學認真計算戶內供暖實際熱負荷。

  三、室外氣象資料與室內設計參數

  室外氣象資料應根據《工業(yè)建筑供暖通風與空氣調節(jié)設計規(guī)范》(GB 50019-2015)、附錄A室外空氣設計參數采用，或《民用建筑供暖通風與空氣調節(jié)設計規(guī)范》(GB 50736-2012)、附錄A室外空氣設計參數進行選用。由于我國地理面積較大，各地氣溫相差較大，為設計用室外空氣計算參數，應從兩本規(guī)范附錄A中與建設地地理和氣象條件接近的氣象站中選取。

  1、選用室外空氣設計參數(以北京市為例)

  冬季室外采暖(平原)-7.9℃，冬季室外采暖計算溫度(山區(qū))延慶-13℃，密云-11℃。建議：延慶、密云、門頭溝等山區(qū)，室外設計參數應與平原有所不同。室外設計參數密云地區(qū)-10℃;延慶地區(qū)-12℃左右。

  2、選用室內空氣設計參數

  根據《民用建筑供暖通風與空氣調節(jié)設計規(guī)范》(GB 50736)和《住宅設計規(guī)范》(GB 50096)，對流散熱器供暖的室內設計溫度，嚴寒和寒冷地區(qū)主要房間應采用18℃～24℃(最低設計溫度：臥室、起居室和衛(wèi)生間18℃，廚房15℃)。采用地面輻射供暖時，則應比上述溫度低2℃取值進行負荷計算;同時對地面散熱量計算表時，“室內空氣溫度”也應是低2℃的地面供暖的“室內計算溫度”。

  室內溫度為18℃時，每增加1℃，能耗可能要增加5%～10%，每平方米一個采暖季增加1～2元左右。

  四、空氣源+地暖、空氣源+暖風機、空氣源+散熱器的主機選型方法

  1、空氣源熱泵主機選型要求

  1)空氣源熱泵主機選型應與空氣源熱泵功能有關

  冬季采暖：產熱水45℃，也可產60℃高溫水，供回水溫差3℃～5℃;夏季空調：產冷水7℃，回水溫度12℃，供回水溫差5℃;一年四季提供45℃生活熱水。

  2)空氣源熱泵獨有兩個缺點

  特點一：北方地區(qū)冬季制熱時怕低環(huán)境溫度，環(huán)境溫度越低，制熱效果越差，能效比(COP)越低。

  特點二：蒸發(fā)器冬季結霜問題。

  a、冬季結霜，這不但導致系統供熱性能的急劇下降，還將對壓縮機等重要部件產生不良影響(如冰堵)，嚴重時將損壞壓縮機，使系統不能正常運轉。

  b、結霜還將使機組運行費用增加。為了對空氣源熱泵結霜除霜所帶來的損失進行量化分析，有研究提出了不同地區(qū)、不同使用情況下的平均結霜除霜損失系數的概念，平均結霜除霜損失系數越大的地區(qū)，應用空氣源熱泵越不經濟。

  c、設計選型時應根據當地融霜時間采用融霜修正系數。

  2、如何選擇熱泵類型及空氣源熱泵機組

  1)選擇熱泵類型

  選擇熱泵類型非常重要，有的工程由于將熱泵類型選錯，造成長期壓縮機工作不停機，運行費用高但室內溫度難以滿足設計要求。目前冬季選擇熱泵類型共有三個標準：低環(huán)境溫度空氣源熱泵(冷水)機組(GB/T 25127);冷水(熱泵)機組(GB/T 18430);空氣源熱泵熱水器(GB/T 21362)。以上三個標準是有區(qū)別的，應引起重視。

  低環(huán)境溫度空氣源熱泵(冷水)機組(GB/T 25127)的暫行標準為《低環(huán)境溫度空氣源熱泵(冷水)機組 第1部分：工業(yè)或商業(yè)用及類似用途的熱泵(冷水)機組》(GB/T 25127.1-2010)、《低環(huán)境溫度空氣源熱泵(冷水)機組 第2部分：戶用及類似用途的熱泵(冷水)機組》(GB/T 25127.2-2010)。低溫熱泵的制熱名義工況，空氣側溫度為-12℃;適用于寒冷地區(qū)、夏熱冬冷地區(qū)冬季采暖。應用于低環(huán)境溫度的場景。

  冷水(熱泵)機組(GB/T 18430)風冷熱泵的標準為《蒸氣壓縮循環(huán)冷水(熱泵)機組 第1部分：工商業(yè)用和類似用途的冷水(熱泵)機組》(GB/T 18430.1-2007)、《蒸氣壓縮循環(huán)冷水(熱泵)機組 第2部分：戶用和類似用途的冷水(熱泵)機組》(GB/T 18430.2-2008)。風冷熱泵的制熱名義工況，空氣側溫度為7℃;風冷熱泵適用于夏季供冷，而風冷熱泵制熱時的所有設計工況都是在0℃以上。不適用于寒冷地區(qū)、夏熱冬冷地區(qū)冬季采暖。風冷熱泵用于常溫的場景。

  空氣源熱泵熱水器(GB/T 21362)側重于熱水，不適用于寒冷地區(qū)、夏熱冬冷地區(qū)冬季采暖。

  另外，低環(huán)境溫度空氣源熱泵機組包括冷水(熱泵)機組和多聯機組。目前現行的有關國家標準有《低環(huán)境溫度空氣源熱泵(冷水)機組 第2部分：戶用及類似用途的熱泵(冷水)機組》(GB/T 25127.2-2010)和《低環(huán)境溫度空氣源多聯式熱泵(空調)機組》(GB/T 25857-2010)。兩個標準規(guī)定的名義工況為室外側溫度均為-12℃;前者名義工況供水溫度為41℃、單位名義制冷量時的水流量為0.172m3/(h•kW)，名義工況的COP不低于2.1、IPLV(H)不低于2.4;后者是針對多聯機的直接蒸發(fā)式室內機供暖的系統制定的，供熱側的名義工況是室溫為20℃，不適用于熱水機組;因此，對于本規(guī)程的熱水供熱系統，應遵循的標準為前者。

  總之，以上三個標準存在四個不同，即產品依據標準不同、產品應用場景與運行方式不同、產品設計條件不同、所用核心零部件不同。

  區(qū)別一：產品依據標準不同

  低溫熱泵制熱時主要設計工況都是在0℃以下，而風冷熱泵制熱時的所有設計工況都是在0℃以上。

  區(qū)別二：產品應用場景與運行方式不同

  低溫熱泵應用于低環(huán)境溫度的場景，風冷熱泵用于常溫的場景。低溫熱泵主要功能就是采暖，并且絕大部分也是這么應用的;風冷熱泵側重于制冷，兼顧制熱。低溫熱泵的末端主要是地暖、散熱器，還有風機盤管等;風冷熱泵的末端基本都是風機盤管。

  地暖、散熱器的運行特征是小流速大溫差，風機盤管的運行特征是小溫差大流量。所以低溫熱泵與風冷熱泵的設計理念不同，風冷熱泵是以末端為風機盤管為前提，兩器配得太小，水泵配得太大，沒有考慮地暖的運行特征。所以用傳統風冷熱泵帶地暖節(jié)能優(yōu)勢不明顯。

  區(qū)別三：產品設計條件不同

  兩者的設計條件不同，即設計工況不同，我們以名義工況為例來說明。名義工況是產品銘牌上標示的額定制熱量(制冷量)測定時的工況，一般就是機組最普遍、最常用的工作狀態(tài)點。

  看兩者各自標準中規(guī)定的設計條件，低溫熱泵的制熱名義工況，空氣側溫度為-12℃;風冷熱泵的制熱名義工況，空氣側溫度為7℃。低溫熱泵制熱時主要設計工況都是在0℃以下，而風冷熱泵制熱時的所有設計工況都是在0℃以上。

  區(qū)別四：所用核心零部件不同

  低溫熱泵所用壓縮機為熱泵專用低溫噴氣增焓壓縮機，風冷熱泵采用的是普通壓縮機。低溫熱泵除傳統的空調四大件(壓縮機、冷凝器、節(jié)流部件、蒸發(fā)器)外，一般還會增加中間經濟器或閃蒸器來給噴氣增焓壓縮機提供低溫低壓的冷媒噴氣。

  之所以風冷熱泵在低溫下不能用，而低溫熱泵則沒問題，就是因為低溫熱泵采用了噴氣增焓技術。這么來說，一般熱泵機組在環(huán)境溫度很低時，蒸發(fā)溫度很低，導致蒸發(fā)壓力很低，所以壓縮機吸氣壓力低、冷媒循環(huán)量小，制熱量也就很小。

  低溫熱泵加了經濟器或閃蒸器，將一部分冷媒蒸氣導入壓縮機，提高吸氣壓力，增大冷媒循環(huán)量，制熱量也就增大了;同時經過經濟器或閃蒸器的主冷媒受到了過冷，增大了換熱焓差，也使得制熱量增大了，故稱為噴氣增焓。

本文作者：鄧有源