简谈空气源热泵水地暖系统

简谈空气源热泵水地暖系统摘要本文主要从兴起的背景、优点和存在的问题、国内外的研究进展以及对其未来发展的展望等方面简单的对空气源热泵水地暖进行了介绍，希望能让更多的人关注并了解这一新兴供暖方式。关键词 空气源热泵水地暖/背景/优势/研究进展1. 空气源热泵水地暖兴起的背景近年来，随着人们生活水平的不断提高，对住所舒适度的要求也越来越高，使建筑能耗量大幅度增加。目前，我国采暖地区冬季采暖能耗为全国总能耗量的10，且这一比例还在不断增长，据建设部推算，到20202030年，我国建设能耗将占社会总能耗的30一40，达到欧美国家目前比例，并将超过工业能耗，成为社会第一能耗大户。我国城市居民采暖主要是城市集中供暖，采暖方式主要是传统的散热器采暖方式。然而随着科技的发展，传统的供暖方式环境污染、锅炉房及外网占地巨大，系统失调，热舒适度不高和收费难等问题凸现出来。于是，一种全新的采暖方式一空气源热泵水地暖技术逐渐兴起。空气源热泵水地暖系统是以少量电能为驱动能源，通过空气源热泵做功，从空气中提取热量进而制取热水，热水在加热管内循环流动加热地板，通过地面以辐射和对流的传热力式向室内供热的供暖系统该系统以整个地面作为散热面，地板在通过对流换热加热周围空气的同时，还与人体、家具及四周的维护结构进行辐射换热，从而使其表面温度提高，其辐射换热量约占总换热量的50以上，是一种理想的采暖系统。它是空气源热泵系统与低温热水地面辐射供暖系统联合使用的产物1。2.空气源热泵水地暖系统的优势2.1高效节能传统的散热器采暖方式房间温度 由上而下,逐渐降低.而地板采暖房间温度由下而上,梯度递减。由于身高 的原因,人体一般只能感知房间内距地面1.8米以下的温度,而在这一范围内地板辐射采暖的实感温度比室内温度高出2-4。室内温度每降低1可节约燃料10%2。另一方面,低温热水在传递过程中,无效热损失少。最后空气源热泵水地暖系统因充分利用了环境中的免费空气能，达到消耗 1 份能量得到 3 份以上能量的节能效果。与传统的燃气式地暖消耗1份能量得到少于1份能量相比节能效果更明显。由表 1 可见。表1采用电地暖或空气源热泵地暖获取1m 3的天然气带来的热量所使用的能源费用比较3。 地暖热源形式燃气地暖 电地暖 空气源热泵水地暖1 能源种类天然气电少量电单位能源热值8600kcal/m3860kcal/kw.h860 kcal/kw.h效率2100%100%350%需要能源量1m3/h10kw.h/h2.85kw.h/h居民能源单价32.5元/ m3.h0.5元/ kw.h.h0.5元/ kw.h.h地暖制热需要费用42.5元/ h5.0元/ h1.42元/ h相对耗能率100%200%56%注 ：1：空气源热泵地暖的能源效率值 350是根据整个李节的平均综合能效比得出：燃气地暖或电地暖因系统的热损失实际效率会低于1002：根据上海市的居民能源费用计算：电价根据峰 电0.62 元kwh ，谷电 0.31 kw h h 进行了加权平均所得.3：该 费用是 根据满 负荷进行 的 1h 费用计 算，公式为：单位 时间的运行费用=能源单价(需要 获得 的热量(能源热值效率)实际运行过程 中,一天当中平均 1个小时的运行 费用会少于现在的数值4:以上计算结果 为试算值 ，实际使 用费用会因用户使用习惯及客观气象等因素而有所不同。2.2舒适性好图1(a)为传统的散热器采暖，容易在室内形成个不均匀温度场，使空气受热上升，在房间上部形成热空气滞留层，使房间上部过热，降低热量的有效利用率。从图1(b)可看出，主要依靠地面辐射换热，地板采暖使人所在的距离地面2m以下的空间，温度梯度较小，并且脚部温度要比头部温度高23*C，这样就产生一种“脚暖头凉”的十分舒适的效果，符合人体生理学特点4。2.3清洁无污染空气源热泵水地暖系统能有效减少强制对流采暖和散热器采暖因对流换热所引起的室内空气扰动，从而减少室内空气中的灰尘含量，另一方面，空气源是热量的源泉，泵是使用相对少能源 (如电力 )来使热量从低温环境流 向高温环境的节能装置 ! 据 IEA (国际能源机构 )的数据显示，热泵能将外气的热量聚集起来送入室内。进行高效的制热，以减少2吨的 CO2 排放量 ，1 8全世界建筑暖气排出的 CO25。空气源 以室外空气为热源，有无需特殊的获取设备和专业机构的批准就可以随时随地获取的特点；热泵作为节能装置本身消耗 的功仅为供热量的三分之一或更低。而且热泵是一项减少温室效应卓有成效的技术，上的取暖和供热水差不多都是采用燃烧矿物燃料的方式，此排放出来的CO2量约占世界全部排出量的30%。2.4节省建筑面积常规暖气片采暖，一般100m2占有效使用面积达2 m2左右，而且上下立横管多，给装修和使用带来不便。地板采暖则是将加热盘管全部置于地面装饰层以下，地面上只有分集水器，几乎不占用任何实际使用面积7。2.5经济耐用传统的散热器采暖多采用钢管和铸铁形式，但往往会出现结垢和腐蚀的情况，一般810年就要更换一次；而地板采暖则采用新型的塑料管材，如交联聚乙烯、交联铝塑复合管等，抗腐蚀、不结垢，正常使用寿命一般在50年以上，节省维修费用6。2.6高效隔音目前我国楼板一般选用预制板或现浇板，隔音效果差，楼上走动，就影响楼下，采用地板采暖增加了保温层，具有非常好的隔音效果，可降低噪音污染，采暖过程中无任何噪音，有利于家人的身心健康7。2.7安全可靠耐酸碱盐腐蚀、耐高压，耐高温，耐穿透、不生锈、不产生管结垢、管内保持光滑，摩擦力小，保持良好的水质，是无毒环保型产品8。2.8利于分户计量与传统供暖方式相比，地面辐射采暖是从设计角度出发，把原来的一栋楼或一个单元作为一个采暖系统改为每户一个独立的采暖系统，用户只需在分水器进户管上安装设有特殊装置的热量计量表，就能实现按户控制和计量收费9。3.空气源热泵水地暖系统中存在的问题随着地板采暖技术的发展，传统的湿式地板采暖也曝露出诸多缺点，如由于保温层混凝土施工不合格，长期受热，而引起混凝土开裂现象；此外，湿式系统的地面重量较大，加上地面承重不均匀，很容易造成绝热层苯板受压变形，导致地面变形等问题。为了解决湿式地板采的这些难题，邱林等对干式地板采暖技术进行了研究。干式系统不仅从结构上解决了传统的湿式结构存在的问题，并且从实验的角度对干式地板采暖系统的传热性能和热舒适度等问题进行了测试，论证了这种技术的经济和技术的可行性10。此外，河南农业大学的刘圣勇教授和杨群发高级实验师也对这种干式地板采暖进行了研究，并联合河南皋龙能源应用设备有限公司，对干式地板采暖的施工工艺进行了优化，将这一技术推向市场。但干式地板采暖技术依然存在问题，即干式系统的加热管周围没有了混凝土保温层，而是空气，从而使地面的蓄热性能大大降低，同时也降低了室内温度的稳定性。要解决这一问题，需在加热管周围填充蓄热保温材料，但我国的蓄热保温技术还不完善，产品成本较高，目前只能以一些低成本的混凝土轻型瓷砖作为填充，提高系统的蓄热保温性能11。另外，空气源热泵地板采暖受室外气温影响较大，随室外气温的变化，会出现三种供水模式，除霜间隔时间可以适当拉长，避免频繁融霜。由于地板采暖对水温不敏感，可以将水温的下限降低，调节幅度加大，避免频繁开关机，影响机组寿命12。4 空气源热泵水地暖系统研究的最新进展4.1空气源热泵技术的最新进展空气源热能在2008年12月17日，通过欧盟议会决议，被认定为与风能、水能一样的可再生能源 。而热泵技术因能有效利用空气源热能，被作为欧盟实现202020 目标(即在2020年达到二氧化碳排量减少20、再生能源使用增加20的目标 )积极推广的技术13。采用了高压腔直流变速压缩机或喷气增焓等技术。这些技术的采用可使低温启动更佳，使运行范围扩大到-20，根据室外气温自动调节，可使舒适性和节能性最大化。进入2000年，随着热泵技术的成熟，在欧洲形成了将热泵技术应用于低温辐射式地板采暖的热潮，至今已经销售几十万套。欧洲EN14511标准就是出台于这种情况下。4.2低温热水地面辐射采暖技术的最新进展散热效率提高，热媒水温可低于50，进回水温差可控制在5以内;升温响应时间快，可控性高。如预制沟槽薄型地面辐射采暖，其进水温度35;回水温度31.12.在空气基准温度20的条件下，实验室检测散热量值，可达每平方米100瓦。通过缩小加热管管径，增大加热管网敷设密度。以大流量、小温差、低水温进行辐射供暖。测试数据表明“散热末端温度越低，系统热效率越高，热损失越小14。因此，用该技术与空气源热泵组成采暖系统，是确保该采暖技术节能能效比高的关键技术之一。以往，上述技术通常是各自在建筑节能中发挥作用，互不关联，所以，未能发挥综合效益。现将空气源热泵技术、低温热水辐射地暖，优化组合成一个新的建筑采暖(生活热水)系统集成。形成了新的建筑节能减排的增长点。5 空气源热泵水地暖系统设计要求地热管道规格按照国家有关标准分为DN16DN20的PE-RE、PB等塑料材料。连接在同一分集水器上的地暖管环路长度应尽量保持一致。分水器前的供水干管上应设置过滤器，用于过滤管路中的杂质。不同地面材质、散热量不同，按导热系数大小来分首选大理石、瓷砖、实木复合地板。在地暖环路设计时应尽量做到分室控制，避免与其它管线交叉。为确保回填层上表面不裂，地热管间距应大于100mm156 结语与展望随着我国住房政策、能源结构及建筑节能等方面改革的逐步深人，人们的居住观念已从单一注重实用性、功能性等低水平的简单要求向舒适性、环保性及智能性等高层次需求转变。而空气源热泵水地暖系统舒适、节能、环保、安全、经济等众多优点适应了21世纪住宅标准及人类心理要求的居住条件的发展趋势，同时也是国家完成节能减排任务的的重要措施之一，所以在今后的建筑采暖中，空气源热泵水地暖系统必然将逐步超越其它采暖方式，成为采暖系统的首选16。参考文献1资讯，中央空调市场 2Ol1年 9 月 第 9 辑.2吴世凤，陈松. 低温热水地面辐射供暖系统热源选择及能耗分析, 南京师范大学学报(工程技术版), 第10卷第4期,2010年12月.3金继宗，“空气源热泵、(太阳能)、地暖”组合系统，暖通国际网.4 董治勤. 低温热水地暖的优缺点及施工注意事项. 科技向导, 2012年第14期5空气源热泵技术在地暖领域中的应用.6Xinling MA, Xiangrui MENG, Xinli WEI*, Zhang chuan ZENG. Experimental Research and Analysis of Energy Efficiency for Direct Radiant Floor Heating System with ASHP ; school of Chemical Engineering and Energy Zhengzhou University .7朱莹.温热水地板辐射采暖系统J.应用能源技术,1009-3230(2004)06-0021-03.8王开明.浅谈地暖在特大型建筑物中的应用，中国科技信息2006年第3期.9徐自飞.浅谈低温热水地板辐射采暖及常见问题，甘肃科技第24卷第15期，2008年8月10Cao Hui，Liao Qiuyang.The application of air source heat pump assisting solar low-temperature floor heating system in the construction of new countryside；Department of Urban Construction of Yangtze University in