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空气源热泵供暖系统设计要点

马 刚
(大连东方华辰建筑设计有限公司 , 辽宁 大连 116000)

摘 要： 空气源热泵是近年发展迅速的清洁能源供暖方式，在性能、经济、稳定性等方面的优势已被业界认可。本文浅析空气源热泵供暖系统 在寒冷地区的设计要点，包括设备选型、末端形式、安装注意事项等，以便为寒冷地区热泵供暖的应用提供一定参考。
关键词： 空气源热泵；供暖；清洁能源

空气源热泵是一种高效的清洁能源，以电能驱动，可将低品位能 源转换为高品位能源，具有高效节能、绿色环保、安全可靠等优点 [1]。
空气源热泵以其独特的优势成为热泵诸多形式中应用最广泛的一 种。但它的应用受到气候条件的约束，在我国北方寒冷地区应用时会 遇到一些问题。基于此，本文针对寒冷地区，提出空气源热泵供暖系 统设的要点，供同行参考。
1 空气源热泵的基本原理
空气源热泵是基于逆卡诺循环原理，利用室外空气做热源，消耗 少量电能，通过压缩机做功，使能量从低位热源向高位热源转移的装 置，它以冷凝器放出的热量来供热，以蒸发器吸收的热量来供冷。通 过换向阀切换，改变制冷剂在制冷环路中的流动方向，实现冬、夏工 况的转换。
2 空气源热泵机组容量
空气源热泵机组名义制热量的工况为：环境空气干球温度为 7℃， 湿球温度为 6℃，进水温度为 40℃，出水温度为 45℃，冷凝器侧的污 垢系数为 0.086m2 · ℃ /kW。 在实际使用中， 空气源热泵机组的制热量， 随环境温度的降低而减少，还与除霜情况有关。因此，确定机组冬季 时的实际制热量 Q(kW)时，应根据室外空调计算温度和融霜频率 按下式进行修正 [2]：

式中 q- 机组的名义制热量，kW；
K - 使用地区的室外空调计算干球温度的修正系数；
1
K - 机组的容霜修正系数，每小时容霜一次取 0.9，两次取 0.8。
2
机组的容霜次数，可按所选机组的容霜控制方式、冬季室外计算 温度、湿度选取，也可要求生产企业提供。《民用建筑供暖通风与空 气调节设计规范》GB50736-2012 中规定：空气源热泵机组，具有先进 可靠的融霜控制，融霜时间总和不应超过运行周期时间的 20%。
空气源热泵机组在寒冷地区应用时，应选用超低温空气源热泵机 组，最大限度的减少冬季因室外温度减低导致的制热量衰减。《民用 建筑供暖通风与空气调节设计规范》GB50736-2012 中规定：冬季设计 工况时机组性能系数(COP)，冷热风机组不应小于 1.80，冷热水机 组不应小于 2.00。
3 末端形式
由于空气源热泵的特点和能效比的关系，空气源热泵供应的热水 温度应处在技术经济合理的工况，这就决定了供暖末端宜采用低温的 散热设备。
空气源热泵供暖末端设备可采用：地板辐射供暖、 风机盘管供暖、 散热器供暖。
①地板辐射供暖。研究表明，在室内热舒适度相同的情况下，地 板辐射供暖的空气温度可以比对流供暖低 2~3℃，再加上地板辐射供 暖具有良好的热舒适性，成为冬季供暖的首选末端设备。《辐射供暖 供冷技术规程》(JGJ142-2012) [3] 中，明确指出，地板辐射供暖供水 温度不应高于 60℃，宜采用 35~45℃。空气源热泵的冬季出水温度刚 好与规程中要求的地板辐射供暖供水温度吻合。地板供暖系统较大的 盘管敷设面积和较好的蓄热性能够保证室内温度在主机间歇运行的情 况下变化缓慢，弥补了空气源热泵冬季除霜带来的短时间供水温度降

低的影响。
②风机盘管供暖。风机盘管供暖升温快、调节灵活、空调冷暖两 用、节省投资，可根据需要安装在地面或顶棚。但是，热空气在顶部 有效利用差、运行产生噪音，舒适性差。
风机盘管供暖时，需要校核系统水容量，水容量要保证空气源热 泵机组冬季化霜时水温波动大，避免吹冷风的要求。
③散热器供暖。《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范》 (GB50736-2012) [4] 第 5.3.1 条，散热器供暖系统应采用热水作为热媒， 散热器集中供暖系统宜按 75℃ /50℃连续供暖进行设计，且供水温度 不宜大于 85℃，供回水温差不宜小于 20℃。
对于散热器集中供暖热水温度按 75℃ /50℃设计，相对于传统的 热媒参数已有较大降低，但是针对热泵供暖，尤其是空气源热泵供暖 热水温度按 75℃ /50℃设计仍使能效比处在不是合理的工况。空气源 热泵的运行适宜大流量小温差，这一点也与规范提倡的供回水温差不 宜小于 20℃不相适应。
然而，通过对供暖系统的实际运行调查，目前北方地区大多数城 市集中供热系统运行参数，就是在最冷月运行参数也远远小于设计工 况。对北方几十个城市调查结果是：二次网供水温度约在 47~63℃， 回水温度约在 40~50℃，运行温差约为 8~15℃，温差均小于设计温差 20℃。
散热器用于空气源热泵供暖系统，热媒温度可按 50~55℃设计。 散热器在低温使用其散热量计算完全可按各类散热器给出的散热量实 验公式，代入设计的温差进行计算即可，散热器供暖，按低温参数设计， 会增加散热器数量。
4 空气源热泵机组的布置要求
①布置热泵机组时，必须充分考虑周围环境对机组进风与排风的 影响。应布置在空气流通好的环境中，保证进风流畅，排风不受遮挡 与阻碍；同时，应注意防止进、排风气流短路。②热泵机组安装的环 境应避免受到火、易燃物、腐蚀性气体和废气的影响；主机周围应避 免强热源及其他设备的排风口。 ③热泵机组噪声要满足周围环境要求， 安装时做好机组的隔振降噪措施。④热泵机组若安装在阳台、屋面时， 要考虑承重，同时考虑机组化霜水的排放。⑤热泵机组安装位置应便 于对室外机的换热器进行清扫，多台机组并联安装时，注意冷岛效应， 可考虑加大机组间距或架高机组。
5 结束语
空气源热泵在寒冷地区可用做集中供暖系统的热源，宜采用超低 温空气源热泵，供暖末端设备可采用地板辐射、风机盘管和散热器， 通过合理布置机组位置，达到最佳运行效果。
参考文献：
[1] 俞丽华 , 马国远 , 徐荣保 , 等. 低温空气源热泵的现状与发展 [J]. 建筑节能 ,2007,35(3):54-57.
[2] 陆耀庆. 实用供热空调设计手册. 中国建筑工业出版社 ,2009(30): 1+5.
[3]JGJ142-2012, 辐射供暖供冷技术规程 [S]. 中国建筑工业出版社 , 2013.
[4]GB50736-2012, 民用建筑供暖通风与空气调节设计规范 [S]. 中国 建筑工业出版社 ,2012.