空氣源熱泵:用在寒冷地區節能嗎

轉載來源:中國建設報 2011-12-08 記者 陳進周



記    者:有人稱,空氣源熱泵適用于以長江流域為主的冬冷夏熱地區,而在北方寒冷地區則不適用。因為空氣源熱泵受室外氣溫的影響較大,尤其是在低溫環境下,其壓縮機性能將會受到很大影響,使用起來就不節能。這種說法正確嗎?

李教授:事實上,實踐已證明,空氣源熱泵在北方寒冷地區是可以使用的。關鍵是要選對機組、配置合理的末端系統,再加以正確的使用方法,空氣源熱泵的運行情況將非常良好。

記     者:以何種末端系統與空氣源熱泵配套比較適宜?

李教授:應采用何種末端系統,首先要看其舒適度如何。在現有的采暖方式中,地面低溫熱水輻射采暖(簡稱“水地暖”)系統是舒適度比較理想的一種。

人體的熱舒適度與室內空氣溫度、包圍人體的圍護結構內表面的平均溫度成正比。當采用水地暖系統供暖時,包圍人體的圍護結構內表面的平均溫度會提高,相應地,人體熱舒適度也會提高。實驗證明,在人體熱舒適范圍內,人體熱舒適度的等效溫度可以比室內空氣溫度低2℃~3℃并維持人體的熱平衡,加之以水地暖系統供暖時,熱量自下而上傳遞,符合人體生理需求,因而這種供暖方式近年來在我國推廣較快。它與空氣源熱泵相配套也最相宜。
 
記     者:水地暖末端系統與空氣源熱泵組合系統的舒適性有多高?
 
李教授:
在設計整個采暖系統時,首先要確保系統在不同室溫和不同供暖負荷下,能使室內空氣由下向上形成對流,以供給房間足夠的散熱量,保持室內舒適。

計算水地暖末端系統與空氣源熱泵組合系統的舒適性,首先需要測量地板上表面溫度和非加熱表面的平均溫度,以便計算地板表面向上的對流量和輻射散熱量。

以1996年建設部頒布的《民用建筑節能設計標準》中給出的民用多層住宅中地暖系統的運行參數為參照標準,針對以空氣源熱泵為熱源設備、具有不同地板結構的水地暖系統,我們進行過詳細的有關人體舒適度的計算。

通過計算可知,當室內空氣溫度為18℃時,人體熱舒適度等效溫度為17.76℃;當外溫為-9℃時,室內人體熱舒適度等效溫度為17.47℃,皆滿足舒適性要求。地板表面的平均溫度最高為25.22℃,符合有關標準中地表溫度小于26℃~28℃的要求。

總體來說,采用水地暖系統采暖期間,地板表面所需達到的溫度都不高。需要說明的是,由于房屋的熱惰性及地板的蓄熱性比較大,以某階段平均室外溫度為準來討論熱泵的運行工況也具有參考價值。

記    者:空氣源熱泵的供水溫度應該設多高才能使室內保持良好的舒適性?

李教授:水地暖系統以水盤管為放熱部件,其供水溫度與地板表面溫度,水至地板表面的熱阻及盤管向下的熱阻有關,一般取向下的傳熱為水盤管散熱量的10%~15%設置其下部的熱阻,而向上的熱阻又與水盤管內的流量、直徑、材料、壁厚、間距、覆蓋層厚度及裝飾面層的物性有關。

為計算水地暖系統所需供水溫度,我們也針對三種具有不同的典型地板條件的地暖系統進行了詳細計算。

這三種地板條件為:陶瓷面磚厚8mm、豆石混凝土填充層厚5cm,d20/16(外直徑/內直徑,單位毫米)PEX水盤管、間距200mm,稱Ⅰ型(當無面磚時為Ⅱ型),裝配式薄型地板,d10/8的PE-RT管,間距5cm,填充水泥砂漿厚15mm,上鋪15mm實木地板,稱Ⅲ型。根據相應的公式計算可知,由水至地面的溫差最大是Ⅰ型,即有陶瓷磚的地暖系統。其次是Ⅲ型,即無表層的厚型地暖系統,而Ⅱ型最小。在采暖設計溫度下,Ⅰ型地暖系統的供回水平均溫度不過32℃。如果供回水溫差為5℃,則供水溫度不超過35℃。所以,使用空氣源熱泵為熱源的水地暖系統時,供水溫度可設置在30℃~35℃之間。而水量則以供回水溫差小于5℃為宜,以使地表面溫度均勻。

記    者:空氣源熱泵在北京等寒冷地區的實際使用效果究竟如何呢?

李教授:空氣源熱泵在北京等寒冷地區的運行情況非常好,這從它與中央空調的對比中就可以看出。空氣源熱泵與中央空調的工作原理一樣,但是中央空調(這里指以風機盤管為末端裝置的中央空調)是以外溫5℃~7℃,供水溫度42℃~45℃為標準工況。一些中央空調產品還要求其工作外溫最低為-5℃。因為如果外溫再低,壓縮機的工作壓差就會超過標準值(14kg/c㎡)。而空氣源熱泵不同,當北京地區最冷月平均溫度為-4.6℃,采暖負荷為54w/㎡時,在符合相關標準的節能建筑中,若采用空氣源熱泵為熱源的水地暖系統,其平均供水溫度只要33℃~34℃就可以保證室內的舒適度。

更多的人可能比較關心在北京地區平均氣溫最冷的階段(平均氣溫-15℃),空氣源熱泵的運行情況怎樣的問題。其實,由中國家電所在2002年給出的測試結果已經證明,空氣源熱泵在此環境下的運行情況良好。

記    者:空氣源熱泵在北京等寒冷地區使用時,它的能效比有多大?

李教授:2005年頒布的《公共建筑節能設計標準》(DBJ 01-621-2005)提出,冬季溫度達到空調設計最低溫度(北京地區為-9.8℃),若熱泵的能效比低于1.8時,則不宜采用。然而,在北京地區,空氣源熱泵整個采暖季的能效比都遠遠高于這個最低能效值。這已經在2002年被國家權威機構檢測證實。

2002年,該機構對北京市天鴻集團建設的曙光花園甲區11號405室住宅進行了采樣測試。該住宅建筑面積為88㎡,西南向中間層,外墻200mm混凝土內5cm聚苯板保溫板、單框雙安外窗,地暖系統采用PB管、間距200mm、采暖設計負荷3101W。實鋪水地暖系統面積約為60㎡,在西向窗下安裝2.5HP空氣源熱泵熱水機組為熱源。

測試從1月23日開始,至2月6日結束,測試期間室外溫度穩定。從所得數據分析機組的運行工況:該15天日平均室外氣溫為3℃左右,室溫為20℃左右。采暖負荷約為27W/㎡~28W/㎡,每平方米地板向上散熱量為40W左右,總耗電量為260.5KWh,供熱量總計6615KWh,折合計算,每平方米一個采暖季耗電29.4KWh。其間,熱泵供暖系統的能效比為2.53,供水溫度最高33℃。如果僅計空氣源熱泵,則其COP(能量與熱量之間的轉換比率,簡稱能效比)在2.6~2.7之間。

這次測試相當準確地證明了有關機構2007年給出的結論,即上鋪有陶瓷磚的水地暖系統與空氣源熱泵組合系統,其全冬季能效比大于2.2,可節電60%。  


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