专题：分户低温空气源热泵供暖系统设计（一）

  本期简介：分户低温空气源热泵供暖系统设计针对农村“煤改空气源热泵”中的分户式选用低温空气源热泵供暖系统的困惑，全面介绍空气源+地暖、空气源+暖风机、空气源+散热器系统中的主机选型、水泵选型、管网设计、末端设计等技巧和方法。本文篇幅较长，将相关内容分为三期连载，本篇为笫一期内容，敬请关注下期。

  一、概述

  在“煤改清洁能源”的大潮下，空气源热泵成为政府推广的重要清洁能源形式。2018年6月7日，生态环境部印发《2018～2019年蓝天保卫战重点区域强化督查方案》，提出坚决打赢蓝天保卫战，2018年以“2+26”及汾渭平原11个冬季清洁取暖城市的燃煤替代为重点。今年上半年，“2+26”及汾渭平原11个冬季清洁取暖城市纷纷出台了相应的政策，其中空气源热泵得到了政府的大力支持。

  针对农村“煤改空气源热泵”分户式选用低温空气源热泵供暖系统中的困惑，全面掌握空气源热泵供暖系统中的主机选型、水泵选型、管网设计、末端设计等技巧和方法。

  空气源热泵供暖系统不是单纯的安装一台热泵，它涉及到制热(空气源热泵设备)、输送系统(包含循环水泵、蓄水箱、补水系统、膨胀系统、控制系统)、末端散热系统(地面辐射供暖、散热器、暖风机)等。因此，将空气源热泵供暖系统称之为技术含量高、涉及面广、责任心强、服务周期长等诸多特点于一身的综合性系统。

  另外，空气源热泵供暖系统不尽于将制热设备、输送系统及末端的产品材料组合起来，还得根据不同的户型尤其是农村地区，分户式“煤改空气源热泵”大部分是既有建筑，外围护保温性能差，不同的房屋布局、朝向、保温要求、散热末端，都需要不同的设计方案，难以一刀切的搞标准化。

  因此，要重设计，要求一户一设计。同时重视施工、调试、验收及售后服务等大量的维保工作(三年、六年)。还要深刻理解空气源热泵供暖“要装得起，用得起”的深刻含义。为此，围绕设计、设备选型、施工安装、末端等问题谈几点自己的看法。

  二、热负荷计算是基础，只有执行正确的基础数据才能保证系统设计正确

  热负荷计算与外围护建筑有关，外围护建筑因素包括：外墙、屋顶保温材料的热阻;外门、窗的选型;外墙高度、外门、窗的面积;外门、外窗开启冲入冷风的耗热量。

  热负荷损耗应与房间面积有关，外墙多，外门、外窗尺寸大，房间面积大，热损耗大，热量用得多，反之则小。

  准确测量户内有效的取暖面积，根据每一住户的取暖面积认真测量，制作平面图，做到“一户一设计”，科学认真计算户内供暖实际热负荷。

  三、室外气象资料与室内设计参数

  室外气象资料应根据《工业建筑供暖通风与空气调节设计规范》(GB 50019-2015)、附录A室外空气设计参数采用，或《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范》(GB 50736-2012)、附录A室外空气设计参数进行选用。由于我国地理面积较大，各地气温相差较大，为设计用室外空气计算参数，应从两本规范附录A中与建设地地理和气象条件接近的气象站中选取。

  1、选用室外空气设计参数(以北京市为例)

  冬季室外采暖(平原)-7.9℃，冬季室外采暖计算温度(山区)延庆-13℃，密云-11℃。建议：延庆、密云、门头沟等山区，室外设计参数应与平原有所不同。室外设计参数密云地区-10℃;延庆地区-12℃左右。

  2、选用室内空气设计参数

  根据《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范》(GB 50736)和《住宅设计规范》(GB 50096)，对流散热器供暖的室内设计温度，严寒和寒冷地区主要房间应采用18℃～24℃(最低设计温度：卧室、起居室和卫生间18℃，厨房15℃)。采用地面辐射供暖时，则应比上述温度低2℃取值进行负荷计算;同时对地面散热量计算表时，“室内空气温度”也应是低2℃的地面供暖的“室内计算温度”。

  室内温度为18℃时，每增加1℃，能耗可能要增加5%～10%，每平方米一个采暖季增加1～2元左右。

  四、空气源+地暖、空气源+暖风机、空气源+散热器的主机选型方法

  1、空气源热泵主机选型要求

  1)空气源热泵主机选型应与空气源热泵功能有关

  冬季采暖：产热水45℃，也可产60℃高温水，供回水温差3℃～5℃;夏季空调：产冷水7℃，回水温度12℃，供回水温差5℃;一年四季提供45℃生活热水。

  2)空气源热泵独有两个缺点

  特点一：北方地区冬季制热时怕低环境温度，环境温度越低，制热效果越差，能效比(COP)越低。

  特点二：蒸发器冬季结霜问题。

  a、冬季结霜，这不但导致系统供热性能的急剧下降，还将对压缩机等重要部件产生不良影响(如冰堵)，严重时将损坏压缩机，使系统不能正常运转。

  b、结霜还将使机组运行费用增加。为了对空气源热泵结霜除霜所带来的损失进行量化分析，有研究提出了不同地区、不同使用情况下的平均结霜除霜损失系数的概念，平均结霜除霜损失系数越大的地区，应用空气源热泵越不经济。

  c、设计选型时应根据当地融霜时间采用融霜修正系数。

  2、如何选择热泵类型及空气源热泵机组

  1)选择热泵类型

  选择热泵类型非常重要，有的工程由于将热泵类型选错，造成长期压缩机工作不停机，运行费用高但室内温度难以满足设计要求。目前冬季选择热泵类型共有三个标准：低环境温度空气源热泵(冷水)机组(GB/T 25127);冷水(热泵)机组(GB/T 18430);空气源热泵热水器(GB/T 21362)。以上三个标准是有区别的，应引起重视。

  低环境温度空气源热泵(冷水)机组(GB/T 25127)的暂行标准为《低环境温度空气源热泵(冷水)机组 第1部分：工业或商业用及类似用途的热泵(冷水)机组》(GB/T 25127.1-2010)、《低环境温度空气源热泵(冷水)机组 第2部分：户用及类似用途的热泵(冷水)机组》(GB/T 25127.2-2010)。低温热泵的制热名义工况，空气侧温度为-12℃;适用于寒冷地区、夏热冬冷地区冬季采暖。应用于低环境温度的场景。

  冷水(热泵)机组(GB/T 18430)风冷热泵的标准为《蒸气压缩循环冷水(热泵)机组 第1部分：工商业用和类似用途的冷水(热泵)机组》(GB/T 18430.1-2007)、《蒸气压缩循环冷水(热泵)机组 第2部分：户用和类似用途的冷水(热泵)机组》(GB/T 18430.2-2008)。风冷热泵的制热名义工况，空气侧温度为7℃;风冷热泵适用于夏季供冷，而风冷热泵制热时的所有设计工况都是在0℃以上。不适用于寒冷地区、夏热冬冷地区冬季采暖。风冷热泵用于常温的场景。

  空气源热泵热水器(GB/T 21362)侧重于热水，不适用于寒冷地区、夏热冬冷地区冬季采暖。

  另外，低环境温度空气源热泵机组包括冷水(热泵)机组和多联机组。目前现行的有关国家标准有《低环境温度空气源热泵(冷水)机组 第2部分：户用及类似用途的热泵(冷水)机组》(GB/T 25127.2-2010)和《低环境温度空气源多联式热泵(空调)机组》(GB/T 25857-2010)。两个标准规定的名义工况为室外侧温度均为-12℃;前者名义工况供水温度为41℃、单位名义制冷量时的水流量为0.172m3/(h•kW)，名义工况的COP不低于2.1、IPLV(H)不低于2.4;后者是针对多联机的直接蒸发式室内机供暖的系统制定的，供热侧的名义工况是室温为20℃，不适用于热水机组;因此，对于本规程的热水供热系统，应遵循的标准为前者。

  总之，以上三个标准存在四个不同，即产品依据标准不同、产品应用场景与运行方式不同、产品设计条件不同、所用核心零部件不同。

  区别一：产品依据标准不同

  低温热泵制热时主要设计工况都是在0℃以下，而风冷热泵制热时的所有设计工况都是在0℃以上。

  区别二：产品应用场景与运行方式不同

  低温热泵应用于低环境温度的场景，风冷热泵用于常温的场景。低温热泵主要功能就是采暖，并且绝大部分也是这么应用的;风冷热泵侧重于制冷，兼顾制热。低温热泵的末端主要是地暖、散热器，还有风机盘管等;风冷热泵的末端基本都是风机盘管。

  地暖、散热器的运行特征是小流速大温差，风机盘管的运行特征是小温差大流量。所以低温热泵与风冷热泵的设计理念不同，风冷热泵是以末端为风机盘管为前提，两器配得太小，水泵配得太大，没有考虑地暖的运行特征。所以用传统风冷热泵带地暖节能优势不明显。

  区别三：产品设计条件不同

  两者的设计条件不同，即设计工况不同，我们以名义工况为例来说明。名义工况是产品铭牌上标示的额定制热量(制冷量)测定时的工况，一般就是机组最普遍、最常用的工作状态点。

  看两者各自标准中规定的设计条件，低温热泵的制热名义工况，空气侧温度为-12℃;风冷热泵的制热名义工况，空气侧温度为7℃。低温热泵制热时主要设计工况都是在0℃以下，而风冷热泵制热时的所有设计工况都是在0℃以上。

  区别四：所用核心零部件不同

  低温热泵所用压缩机为热泵专用低温喷气增焓压缩机，风冷热泵采用的是普通压缩机。低温热泵除传统的空调四大件(压缩机、冷凝器、节流部件、蒸发器)外，一般还会增加中间经济器或闪蒸器来给喷气增焓压缩机提供低温低压的冷媒喷气。

  之所以风冷热泵在低温下不能用，而低温热泵则没问题，就是因为低温热泵采用了喷气增焓技术。这么来说，一般热泵机组在环境温度很低时，蒸发温度很低，导致蒸发压力很低，所以压缩机吸气压力低、冷媒循环量小，制热量也就很小。

  低温热泵加了经济器或闪蒸器，将一部分冷媒蒸气导入压缩机，提高吸气压力，增大冷媒循环量，制热量也就增大了;同时经过经济器或闪蒸器的主冷媒受到了过冷，增大了换热焓差，也使得制热量增大了，故称为喷气增焓。

本文作者：邓有源