低溫空氣源熱泵供暖及未端系統的設計

主講：鄧有源

一、空氣源熱泵系統設計：

1.1 系統組成和適用范圍

*系統組成——為多專業的集成系統

空氣源熱泵冷熱水機組：低溫熱水輻射地面（冬季主要供暖末端）風機盤管或者直接膨脹式空調室內機（冬季輔助供暖末端、夏季空調末端）

空氣源多聯式熱泵熱水機組（冷熱源）：生活熱水熱泵或太陽能生活熱水系統輔助熱源

*空氣源熱泵+低溫熱水輻射供暖地面（戶內供暖的主要末端設備）是聯合系統的基礎組成部分。

*空氣源熱泵+風機盤管等空調末端，進行夏季空調供冷，且在個別房間地暖供熱量不足時，結合風機盤管等空調末端進行輔助供暖，是聯合系統的延伸組成部分。

*系統配置的優勢

-空氣源熱泵機組與以自然和輻射方式散熱的熱水供暖地面相結合的系統，與熱風供暖末端設備相比，從室內舒適性角度具有很大的優越性，因此，采用“熱水”機組，而非“熱風”機組。

-考慮空氣源熱泵機組的供水溫度受限制，及提高設計工況的能效比（COP）的需要，應采用低溫熱水供暖，輻射供暖地面相對于對流散熱器，對水溫的要求低、舒適性好只有在單位面積熱負荷過大的主要房間地面相對于對流散熱器，對水溫的要求低、舒適性好。只有在單位面積熱負荷過大的主要文章地面供暖不能滿足要求時，可利用房間內的風機盤管或直接膨脹式空調室內機作為供暖設施的補充。

-空氣源熱泵機組同時作為夏季空調冷源，不需要另外設計或由用戶自行設置其他空調制冷設備。

-夏季空調系統末端采用風機盤管機組或直接膨脹式空調室內機，相對于地面或頂棚輻射供冷等，系統簡單、室溫控制靈活、對房間濕度適應性強。

-空氣源熱泵作為生活熱水熱源或太陽能生活熱水輔助熱源，比直接電加熱系統節能。

- 一機多用，可分戶靈活控制，可方便地進行分戶計量，促進行為節能。

1.1.2設計中選用產品時應注意幾點：

*“住宅戶式空氣源熱泵和太陽能供熱系統應用技術導則”分布實施，

-機組應能夠在不低于-15℃的環境里進行供熱、設計工況的供熱性能系數COP不低于2.0.是確定空氣源熱泵熱水機組可作為北京地區供暖熱泵的一個重要參數。

*廠家樣本上的標出冬季制熱量、能效比（不加說明），一般指標準工況（名義工況）下的制熱量、能效比（干球溫度7℃，濕球溫度6℃，）冷熱水熱泵機組名義工況的最低制冷性能系數額定制冷量>50KW，COP不就低于2.6

1.1.3 標準工況能效比測試數據：

（1）以上熱水工況參數在環境溫度20℃，水溫從15℃升到55℃測定。

（2）制冷工況參數在進水溫度12℃，出水溫度7℃，室外環境溫度35℃測定。

（3）制熱工況參數在進水溫度40℃，出水溫度45℃，室外（環境溫度）干球溫度7℃測定。

*實際上制熱量能效比隨干球溫度、溫球溫度變化的。、如果選擇低溫空氣源熱泵機組單臺制熱量時，應參照當地的氣象資料，查當地冬季空調室外計算干球溫度相適應制熱量，并計算出能效比;當室外計算干球溫度-10℃的地區，應采用低溫空氣源熱泵機組。

*夏季名義工況的制冷性能系數（能效比），為室外干球溫度為35℃，供水溫度為7℃，單位名義制冷量時的水容量為0.172m³/(h.kw)(相當于5℃供回水溫差)時的機組供冷量（w）與室外主機輸入功率（w）之比。

-說明：應按滿足冬季供暖負荷和夏季空調負荷二者中的較大規格選型；

*循環泵應滿足系統冬季設計供熱工況和夏季制冷工況所需流量和揚程的較大值；冬季地面供暖系統和夏季風機盤管系統循環泵系統阻力應匹配；選擇開式水箱或閉式承壓水箱時應考慮系統阻力的不同。

*供暖系統主要末端設施宜采用熱水地面輻射供暖；供回水溫差不宜大于5℃，且不宜小于3℃。限制溫差下限不小于3℃是為了避免選擇過大設備，否則定弄水泵流量過大會產生小溫差大流量的不節能現象。

*注意選對機組

無論增焓、變頻、雙級壓縮技術，設計得不能根據標準工況下的（產品樣本）供熱選用機組，而應該按照用戶所在地區的供暖設計工況及熱泵在所需供水溫度下的供熱量來選用機組，這樣空氣源熱泵才會是實現它節能效果。

*過低運行電壓，嚴重制約空氣源熱泵供熱的出力，應引起關注

這種現象，特別是農村，大批量設備集中用電時，無論（380、220V）運行電壓不穩，過低，不但出現制約空氣源熱泵供熱的出力，沒有保護措施有可能會產生燒毀設備

1.1.4空氣源熱泵供暖末端多樣化問題

*有人提出空氣源熱泵供暖選用末端多樣化問題

例如：1、風機盤管供暖 2、散熱片供暖 3、地板輻射供暖 這種類似提法不太科學。

-空氣源熱泵冬季在室外較低溫度的供暖設計工況下，冷凝溫度和供水溫度有一定限制，因此，設計水溫不能過高。

-空氣源熱泵冬季生產的熱水溫度35℃~45℃。供水溫度45℃以下，供回水溫差5℃，且不宜小于3℃。

-風機盤管供暖供水溫度60℃以下，供回水溫差10~12℃。

-散熱片供暖供水溫度常規95℃/70℃，二次網設計參數75℃/50℃，供回水溫差不宜小于20℃。

-地板輻射供暖規程60℃/50℃，地板輻射供暖每平方米散熱量與什么有關？

規程JGJI42-2012附錄B1.3給出地面采用不同的導熱系數、加熱管的種類、不同的供回水平均溫度（35、40、45、50、55℃）、不同的室內溫度、不同的加熱管間矩

問題的提出一

空氣源熱泵供水溫度45℃，供回水溫差3~5℃，而地板輻射供暖規程60℃/50℃，兩者之間怎樣處理。

熱水混凝土填充式熱水供暖地面單位面積散熱量

當采暖導熱系數為0.38W/(M.K)的PE-X管時，單位地面面積的向上的有效散熱量和向下傳熱損失可按下表選用

1.1.5 適用范圍

-根據相關標準，目前北京等市區和近郊的多層和高層住宅冬季仍應以集中供熱為主，但該系統為這些建筑提供了又一種可供選擇的節能供暖空調方案。

-對于無集中供熱和燃氣條件的遠郊縣住宅、獨立式住宅等，相對燃煤供熱和電直接供熱，采用空氣源熱泵（結合太陽能）作為供熱熱源，在保證北京地區的環境保護和節能方面都有不容置疑的優勢。

-可以部分采用聯合系統。例如：當建筑另設置集中生活熱水供應系統時，空氣源熱泵可僅作為戶式獨立空調供暖的冷熱源。

1.1.6集成系統工程的分工和協作

集成系統的整體設計：應由建筑設計單位的相關專業（暖通、給排水、建筑等）配合完成

集成系統各部分的供貨和二次深化設計

-供暖和空調系統的空氣源熱泵機組、制冷劑-水換熱裝置（包括循環水泵、水系統定壓膨脹設備）、多聯機組的直接膨脹式空調室內機、制冷劑和水系統配套附件、自動監控系統及其配套裝置（包括供暖空調的室溫控制）應由同一生產企業或供應商配套供應和進行深化設計。

-如采用太陽能供應生活熱水，其集熱、貯熱與供熱、輔助資源（包括備用電加熱）和自控系統，及其各系統設備和配套附件，應由同一生產企業或供應商配套供應并進行深化設計。輔助加熱熱源水系統自控系統，應與空氣源熱泵承包單位密切配合進行設計。

-同一熱水供暖地面工程的加熱部件，以及分水器、集水器（包括連接件）應配套，加熱部件及其管件應由同一生產企業或供應商配套供應。