戴刚 朱心铭
山东省煤田地质局第四勘探队 山东 潍坊 261206
摘要：随着我国经济的快速发展和人民生活水平的提高，居民对冬季室内舒适度的要求也持续提升。由于人口密度的增加以及大气环保管控的持续加强，城市市政集中热源供应能力受到限制，集中供热管网覆盖率增长放缓，促进了以空气源热泵技术为代表的可再生能源供暖技术的快速发展。起初，空气源热泵在我国南方地区发展较快，随后迅速向北方地区发展，逐渐成为华北地区较为常见的一种供暖方式。国家《建筑节能与绿色建筑发展“十三五”规划》和《关于开展中央财政支持北方地区冬季取暖试点工作的通知》（财建〔2017〕238号）中均将空气源热泵技术作为可再生能源供暖领域的重要应用形式进行推广，因地制宜解决各地建筑供暖需求。
关键词：中原地区;清洁供暖;空气源热泵;规模化应用
引言
随着社会的不断发展，能源危机愈发严重，寻求清洁能源的开发与利用成为各国都在追寻的目标，我国作为能源消耗大国，建筑能耗约占社会总能耗的30%，燃煤则占总能源消耗的70%左右。同时，燃煤排放出的多种污染物质是造成冬季雾霾、PM2.5的主要来源。因此大力推广热泵技术，加快郊区及城市上风口的农村地区采暖“煤改电”工程建设，是实现空气治理行动计划目标的重要措施。
1系统原理
一种热管式空气源热泵采暖系统。系统包括空气源热泵室外机和室内热管换热器两部分，通过冷媒连接管进行连接；其中，空气源热泵室外机主要包括压缩机、蒸发器、四通阀、节流装置等，室内热管换热器主要包括冷凝器、中间换热工质等，各室内热管换热器采用串联的方案连接。其工作过程为：压缩机排出的高温高压制冷剂气体通过四通阀后进入室内热管换热器中的冷凝器，将热量传递给中间换热工质后液化，液态制冷剂经过节流装置后进入蒸发器，在蒸发器中蒸发吸收室外空气中的热量，蒸发后的气态制冷剂回到压缩机。室内热管换热器中的中间换热工质吸收热量后开始工作，通过辐射和自然对流将热量传递给室内，达到加热室内空气的目的。
2空气源热泵供暖技术应用现状
空气源热泵在长江中下游、西南、华南等地区得到了广泛的应用，原因在于这些地区冬季拥有较高的室外温度，室内所需热负荷较小，机组运行平稳，供暖效果较好。北方寒冷和严寒地区冬季室外温度较低,室内热负荷较高，空气源热泵机组的供热能力及其制热性能系数也随之下降。该项技术在北方地区应用具有以下两大挑战：（1）极寒天气下性能降低问题。当室外温度极低时，室内所需热负荷增大，相同体积空气里所含热能减少，压缩机的容积效率降低，压缩比增大，空气源热泵的运行工况变差，性能降低；（2）结霜问题。热泵机组表面温度低于环境空气的露点温度时，散热片表面会凝结出露水，当环境空气温度低于0℃时，露水就会凝结成薄霜。随着霜层的增厚，空气源热泵运行将出现蒸发温度和制热量骤降、电流增大、风机性能衰减等现象，严重时甚至烧毁压缩机。为提高在低温环境下的制热性能，研究人员开展了大量研究工作，提出多种可行的技术路线，实现了低温空气源热泵技术不断创新升级，应用领域逐步扩大，已基本适用于寒冷地区（京津冀晋鲁豫、陕西大部、辽宁南部、新疆南部）和严寒地区（东北部、内蒙古、新疆北部、西藏北部），为空气源热泵技术在严寒和寒冷地区的推广和应用提供了有力支撑。
3 实验条件
3.1实验方案
室外机相同，室内换热末端面积相当的水循环空气源热泵采暖系统和热管式空气源热泵采暖系统安装在同一民房中，布置相关实验仪器，主要采集数据包括：室外环境温度、室内环境温度、室内换热末端温度、制热运行耗电量等。冬季采暖期间，分别运行水循环空气源热泵采暖系统或热管式空气源热泵采暖系统使得室内环境温度达18～24℃，采结束后，进行数据分析：对比相同室外环境温度，相同室内温度时耗电量差异；相同室环境温度，相同室内初始温度，不同采暖系统升温速率差异；以及除霜运行热性等。
3.2室内热环境监测情况分析
测试时间段为２０１９年１月４日至２月１９日，测试期间室外日平均温度为－６．８～３．６℃，平均值为－１．７℃。对测试期间全天连续供暖房间室内温度作加权平均，权重系数取各房间体积占比，得到散热器用户和风机盘管用户平均室温，结果如图４所示。可以看出：整个测试期间散热器用户室内日平均温度为１４．７～１８．１℃，平均值为１６．３℃；风机盘管用户全天连续供暖房间室内日平均温度为１６．７～１９．２℃，平均值为１７．９℃。风机盘管用户室内空气温度高于散热器用户。
4结论
使用ＴＲＮＳＹＳ软件分析了不同供水流量、不同月份以及３个典型供暖日下空气源热泵系统的运行性能，结论如下：1）当系统的供水流量不变时，室内温度及系统ＣＯＰ随室外温度的升高而升高，系统耗电量随室外温度的升高而降低。2）当室外温度恒定时，室内温度和系统耗电量随供水流量的增大而升高，但系统ＣＯＰ随供水流量的增大而降低。3）空气源热泵在包头地区的供暖初、末期可以满足供暖要求。在供暖期室外温度最低时，系统ＣＯＰ过低，热泵机组无法正常运行，室内温度达不到供暖要求，故不宜单独使用空气源热泵系统。4）供暖系统性能测试期间散热器供暖用户室内平均温度为１６．３℃；风机盘管用户室内空气温度高于散热器用户，室内平均温度为１７．９℃。能耗方面，散热器用户日均单位面积供暖电耗为０．８９ｋＷ·ｈ／（ｍ２·ｄ），风机盘管用户为０．９０ｋＷ·ｈ／（ｍ２·ｄ）。与传统供暖系统相比，空气源热泵供暖供回水温差小，散热器用户和风机盘管用户供回水温差均在２℃左右。在测试期间，当室外空气温度低至－５℃时，被测用户系统犆犗犘也基本在２以上，且随着室外温度的升高而增大.5）由于现阶段机组供回水温度由人为控制，而非根据室外温度来自行调控，导致测试期间用户室内温度波动较大，也不利于节能。建议空气源热泵机组应根据室外温度变化建立相应的回水温度控制曲线，在满足用户热舒适基础上实现进一步节能。6）测试期内，该系统日平均供热量为12454kW，系统日平均COP′为2.04。供暖期不同阶段采用不同的回水温度参数值进行调节，可较好降低供热需求较少时间的系统运行能耗，特别是对于供暖前期和供暖末期。
结束语
综上所述，空气源热泵舒适冷暖系统是分散、局部舒适采暖方式的最佳选择。其舒适、节能、环保等特点，使其成为供热和供暖的必然技术方向。空气源热泵舒适冷暖系统与健康家居元素（新风、除湿等），与智能家居易于充分融合（纯电、远程、智能电网结合），易于集成冷暖风水智，是舒适家居的核心元素。热泵是供热的未来，前景广阔，不仅能赚钱，还能够为节能减排防止气候变化做出巨大贡献，让环境和生活更美好。
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