專題：分戶低溫空氣源熱泵供暖系統(tǒng)設(shè)計(jì)（一）

  本期簡(jiǎn)介：分戶低溫空氣源熱泵供暖系統(tǒng)設(shè)計(jì)針對(duì)農(nóng)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(tǒng)的困惑，全面介紹空氣源+地暖、空氣源+暖風(fēng)機(jī)、空氣源+散熱器系統(tǒng)中的主機(jī)選型、水泵選型、管網(wǎng)設(shè)計(jì)、末端設(shè)計(jì)等技巧和方法。本文篇幅較長(zhǎng)，將相關(guān)內(nèi)容分為三期連載，本篇為笫一期內(nèi)容，敬請(qǐng)關(guān)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(lán)天保衛(wèi)戰(zhàn)重點(diǎn)區(qū)域強(qiáng)化督查方案》，提出堅(jiān)決打贏藍(lán)天保衛(wèi)戰(zhàn)，2018年以“2+26”及汾渭平原11個(gè)冬季清潔取暖城市的燃煤替代為重點(diǎn)。今年上半年，“2+26”及汾渭平原11個(gè)冬季清潔取暖城市紛紛出臺(tái)了相應(yīng)的政策，其中空氣源熱泵得到了政府的大力支持。

  針對(duì)農(nóng)村“煤改空氣源熱泵”分戶式選用低溫空氣源熱泵供暖系統(tǒng)中的困惑，全面掌握空氣源熱泵供暖系統(tǒng)中的主機(jī)選型、水泵選型、管網(wǎng)設(shè)計(jì)、末端設(shè)計(jì)等技巧和方法。

  空氣源熱泵供暖系統(tǒng)不是單純的安裝一臺(tái)熱泵，它涉及到制熱(空氣源熱泵設(shè)備)、輸送系統(tǒng)(包含循環(huán)水泵、蓄水箱、補(bǔ)水系統(tǒng)、膨脹系統(tǒng)、控制系統(tǒng))、末端散熱系統(tǒng)(地面輻射供暖、散熱器、暖風(fēng)機(jī))等。因此，將空氣源熱泵供暖系統(tǒng)稱之為技術(shù)含量高、涉及面廣、責(zé)任心強(qiáng)、服務(wù)周期長(zhǎng)等諸多特點(diǎn)于一身的綜合性系統(tǒng)。

  另外，空氣源熱泵供暖系統(tǒng)不盡于將制熱設(shè)備、輸送系統(tǒng)及末端的產(chǎn)品材料組合起來，還得根據(jù)不同的戶型尤其是農(nóng)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(hù)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(shè)計(jì)方案，難以一刀切的搞標(biāo)準(zhǔn)化。

  因此，要重設(shè)計(jì)，要求一戶一設(shè)計(jì)。同時(shí)重視施工、調(diào)試、驗(yàn)收及售后服務(wù)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(shè)計(jì)、設(shè)備選型、施工安裝、末端等問題談幾點(diǎn)自己的看法。

  二、熱負(fù)荷計(jì)算是基礎(chǔ)，只有執(zhí)行正確的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)才能保證系統(tǒng)設(shè)計(jì)正確

  熱負(fù)荷計(jì)算與外圍護(hù)建筑有關(guān)，外圍護(hù)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(fēng)的耗熱量。

  熱負(fù)荷損耗應(yīng)與房間面積有關(guān)，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(zhǔn)確測(cè)量戶內(nèi)有效的取暖面積，根據(jù)每一住戶的取暖面積認(rèn)真測(cè)量，制作平面圖，做到“一戶一設(shè)計(jì)”，科學(xué)認(rèn)真計(jì)算戶內(nèi)供暖實(shí)際熱負(fù)荷。

  三、室外氣象資料與室內(nèi)設(shè)計(jì)參數(shù)

  室外氣象資料應(yīng)根據(jù)《工業(yè)建筑供暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 50019-2015)、附錄A室外空氣設(shè)計(jì)參數(shù)采用，或《民用建筑供暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 50736-2012)、附錄A室外空氣設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行選用。由于我國(guó)地理面積較大，各地氣溫相差較大，為設(shè)計(jì)用室外空氣計(jì)算參數(shù)，應(yīng)從兩本規(guī)范附錄A中與建設(shè)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(shè)計(jì)參數(shù)(以北京市為例)

  冬季室外采暖(平原)-7.9℃，冬季室外采暖計(jì)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(shè)計(jì)參數(shù)應(yīng)與平原有所不同。室外設(shè)計(jì)參數(shù)密云地區(qū)-10℃;延慶地區(qū)-12℃左右。

  2、選用室內(nèi)空氣設(shè)計(jì)參數(shù)

  根據(jù)《民用建筑供暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 50736)和《住宅設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 50096)，對(duì)流散熱器供暖的室內(nèi)設(shè)計(jì)溫度，嚴(yán)寒和寒冷地區(qū)主要房間應(yīng)采用18℃～24℃(最低設(shè)計(jì)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(shí)，則應(yīng)比上述溫度低2℃取值進(jìn)行負(fù)荷計(jì)算;同時(shí)對(duì)地面散熱量計(jì)算表時(shí)，“室內(nèi)空氣溫度”也應(yīng)是低2℃的地面供暖的“室內(nèi)計(jì)算溫度”。

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

  四、空氣源+地暖、空氣源+暖風(fēng)機(jī)、空氣源+散熱器的主機(jī)選型方法

  1、空氣源熱泵主機(jī)選型要求

  1)空氣源熱泵主機(jī)選型應(yīng)與空氣源熱泵功能有關(guān)

  冬季采暖：產(chǎn)熱水45℃，也可產(chǎn)60℃高溫水，供回水溫差3℃～5℃;夏季空調(diào)：產(chǎn)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(dú)有兩個(gè)缺點(diǎn)

  特點(diǎn)一：北方地區(qū)冬季制熱時(shí)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(diǎn)二：蒸發(fā)器冬季結(jié)霜問題。

  a、冬季結(jié)霜，這不但導(dǎo)致系統(tǒng)供熱性能的急劇下降，還將對(duì)壓縮機(jī)等重要部件產(chǎn)生不良影響(如冰堵)，嚴(yán)重時(shí)將損壞壓縮機(jī)，使系統(tǒng)不能正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

  b、結(jié)霜還將使機(jī)組運(yùn)行費(fèi)用增加。為了對(duì)空氣源熱泵結(jié)霜除霜所帶來的損失進(jìn)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(jié)霜除霜損失系數(shù)的概念，平均結(jié)霜除霜損失系數(shù)越大的地區(qū)，應(yīng)用空氣源熱泵越不經(jīng)濟(jì)。

  c、設(shè)計(jì)選型時(shí)應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)厝谒獣r(shí)間采用融霜修正系數(shù)。

  2、如何選擇熱泵類型及空氣源熱泵機(jī)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(cuò)，造成長(zhǎng)期壓縮機(jī)工作不停機(jī)，運(yùn)行費(fèi)用高但室內(nèi)溫度難以滿足設(shè)計(jì)要求。目前冬季選擇熱泵類型共有三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)：低環(huán)境溫度空氣源熱泵(冷水)機(jī)組(GB/T 25127);冷水(熱泵)機(jī)組(GB/T 18430);空氣源熱泵熱水器(GB/T 21362)。以上三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)是有區(qū)別的，應(yīng)引起重視。

  低環(huán)境溫度空氣源熱泵(冷水)機(jī)組(GB/T 25127)的暫行標(biāo)準(zhǔn)為《低環(huán)境溫度空氣源熱泵(冷水)機(jī)組 第1部分：工業(yè)或商業(yè)用及類似用途的熱泵(冷水)機(jī)組》(GB/T 25127.1-2010)、《低環(huán)境溫度空氣源熱泵(冷水)機(jī)組 第2部分：戶用及類似用途的熱泵(冷水)機(jī)組》(GB/T 25127.2-2010)。低溫?zé)岜玫闹茻崦�義工況，空氣側(cè)溫度為-12℃;適用于寒冷地區(qū)、夏熱冬冷地區(qū)冬季采暖。應(yīng)用于低環(huán)境溫度的場(chǎng)景。

  冷水(熱泵)機(jī)組(GB/T 18430)風(fēng)冷熱泵的標(biāo)準(zhǔn)為《蒸氣壓縮循環(huán)冷水(熱泵)機(jī)組 第1部分：工商業(yè)用和類似用途的冷水(熱泵)機(jī)組》(GB/T 18430.1-2007)、《蒸氣壓縮循環(huán)冷水(熱泵)機(jī)組 第2部分：戶用和類似用途的冷水(熱泵)機(jī)組》(GB/T 18430.2-2008)。風(fēng)冷熱泵的制熱名義工況，空氣側(cè)溫度為7℃;風(fēng)冷熱泵適用于夏季供冷，而風(fēng)冷熱泵制熱時(shí)的所有設(shè)計(jì)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(fēng)冷熱泵用于常溫的場(chǎng)景。

  空氣源熱泵熱水器(GB/T 21362)側(cè)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(jī)組包括冷水(熱泵)機(jī)組和多聯(lián)機(jī)組。目前現(xiàn)行的有關(guān)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)有《低環(huán)境溫度空氣源熱泵(冷水)機(jī)組 第2部分：戶用及類似用途的熱泵(冷水)機(jī)組》(GB/T 25127.2-2010)和《低環(huán)境溫度空氣源多聯(lián)式熱泵(空調(diào))機(jī)組》(GB/T 25857-2010)。兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的名義工況為室外側(cè)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(shí)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(duì)多聯(lián)機(jī)的直接蒸發(fā)式室內(nèi)機(jī)供暖的系統(tǒng)制定的，供熱側(cè)的名義工況是室溫為20℃，不適用于熱水機(jī)組;因此，對(duì)于本規(guī)程的熱水供熱系統(tǒng)，應(yīng)遵循的標(biāo)準(zhǔn)為前者。

  總之，以上三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)存在四個(gè)不同，即產(chǎn)品依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)不同、產(chǎn)品應(yīng)用場(chǎng)景與運(yùn)行方式不同、產(chǎn)品設(shè)計(jì)條件不同、所用核心零部件不同。

  區(qū)別一：產(chǎn)品依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)不同

  低溫?zé)岜弥茻釙r(shí)主要設(shè)計(jì)工況都是在0℃以下，而風(fēng)冷熱泵制熱時(shí)的所有設(shè)計(jì)工況都是在0℃以上。

  區(qū)別二：產(chǎn)品應(yīng)用場(chǎng)景與運(yùn)行方式不同

  低溫?zé)岜脩?yīng)用于低環(huán)境溫度的場(chǎng)景，風(fēng)冷熱泵用于常溫的場(chǎng)景。低溫?zé)岜弥饕�功能就是采暖，并且絕大部分也是這么應(yīng)用的;風(fēng)冷熱泵側(cè)重于制冷，兼顧制熱。低溫?zé)岜玫哪┒酥饕�是地暖、散熱器，還有風(fēng)機(jī)盤管等;風(fēng)冷熱泵的末端基本都是風(fēng)機(jī)盤管。

  地暖、散熱器的運(yùn)行特征是小流速大溫差，風(fēng)機(jī)盤管的運(yùn)行特征是小溫差大流量。所以低溫?zé)岜门c風(fēng)冷熱泵的設(shè)計(jì)理念不同，風(fēng)冷熱泵是以末端為風(fēng)機(jī)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(yùn)行特征。所以用傳統(tǒng)風(fēng)冷熱泵帶地暖節(jié)能優(yōu)勢(shì)不明顯。

  區(qū)別三：產(chǎn)品設(shè)計(jì)條件不同

  兩者的設(shè)計(jì)條件不同，即設(shè)計(jì)工況不同，我們以名義工況為例來說明。名義工況是產(chǎn)品銘牌上標(biāo)示的額定制熱量(制冷量)測(cè)定時(shí)的工況，一般就是機(jī)組最普遍、最常用的工作狀態(tài)點(diǎn)。

  看兩者各自標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的設(shè)計(jì)條件，低溫?zé)岜玫闹茻崦�義工況，空氣側(cè)溫度為-12℃;風(fēng)冷熱泵的制熱名義工況，空氣側(cè)溫度為7℃。低溫?zé)岜弥茻釙r(shí)主要設(shè)計(jì)工況都是在0℃以下，而風(fēng)冷熱泵制熱時(shí)的所有設(shè)計(jì)工況都是在0℃以上。

  區(qū)別四：所用核心零部件不同

  低溫?zé)岜盟�用壓縮機(jī)為熱泵專用低溫噴氣增焓壓縮機(jī)，風(fēng)冷熱泵采用的是普通壓縮機(jī)。低溫?zé)岜贸齻鹘y(tǒng)的空調(diào)四大件(壓縮機(jī)、冷凝器、節(jié)流部件、蒸發(fā)器)外，一般還會(huì)增加中間經(jīng)濟(jì)器或閃蒸器來給噴氣增焓壓縮機(jī)提供低溫低壓的冷媒噴氣。

  之所以風(fēng)冷熱泵在低溫下不能用，而低溫?zé)岜脛t沒問題，就是因?yàn)榈蜏責(zé)岜貌捎昧藝姎庠鲮始夹g(shù)。這么來說，一般熱泵機(jī)組在環(huán)境溫度很低時(shí)，蒸發(fā)溫度很低，導(dǎo)致蒸發(fā)壓力很低，所以壓縮機(jī)吸氣壓力低、冷媒循環(huán)量小，制熱量也就很小。

  低溫?zé)岜眉恿私?jīng)濟(jì)器或閃蒸器，將一部分冷媒蒸氣導(dǎo)入壓縮機(jī)，提高吸氣壓力，增大冷媒循環(huán)量，制熱量也就增大了;同時(shí)經(jīng)過經(jīng)濟(jì)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