2011年住宅與城鄉(xiāng)建設(shè)部將空氣源熱泵太陽能以低溫?zé)崴疄榻M合建筑采暖系統(tǒng)的節(jié)能能效研發(fā)列為課題。在北京鴻博家園經(jīng)濟適用房作為測試項目進行研究，該項目以清華索蘭環(huán)能技術(shù)研究所機組作為熱源，上海安貞暖通設(shè)備工程有限公司予制地板作為末端。北京建筑工程學(xué)院負責(zé)熱舒適度和紅外圖像的研究，北京清華索蘭環(huán)能技術(shù)研究所、北京清華大學(xué)教授李元哲參與如下工作：（1）熱負荷校核計算；（2）測試方案的補充；（3）測試數(shù)據(jù)整理、分析；（4）空氣源熱泵機組安裝、運行調(diào)試、技術(shù)維護的文字說明等開展了工作。

上海方面十分贊同北京清華索蘭對該技術(shù)十年來的成果及李元哲教授關(guān)于它的科學(xué)分析。一致認為在北方寒冷地區(qū)使用低于35℃的熱水在50%以上節(jié)能建筑中進行地板輻射采暖完全符合舒適性的要求。

2012年3月15日索蘭技術(shù)組對2011年至2012年冬季共105天的數(shù)據(jù)進行分析，結(jié)果如下。

1 系統(tǒng)基本情況介紹

鴻博家園小區(qū)位于北京南四環(huán)十八里店南橋以東，小區(qū)內(nèi)樓房均為17-22層板樓。本樣板房位于8層中，房型屬南北通透戶型。本棟樓外圍護結(jié)構(gòu)為鋼筋混凝土外墻加外保溫做法，整體厚度為30cm，其中保溫層厚度為5cm。外窗為塑鋼框，中空玻璃。本房建筑面積為82平方米。戶內(nèi)為59㎡。

采暖工程末端采用安貞預(yù)制嵌入式地暖，該地暖整體厚度為30mm,由下往上依次為15mm厚高壓強擠塑保溫板、50μ鋁箔反射層、多孔固定板構(gòu)成。地暖管采用規(guī)格10mm*1.5mm的PE-RT加熱管，地暖的盤管間距統(tǒng)一設(shè)定為5cm。填充層由3mm厚1：3水泥砂漿構(gòu)成。面層材料為1.2cm厚復(fù)合木地板。本房型共分為3個區(qū)域：即主臥、次臥及客廳。每個房間內(nèi)裝置1個室溫溫度顯示板來設(shè)定，室內(nèi)溫度以朝北房間溫度為準(zhǔn)控制熱泵啟停。這樣可以精確調(diào)控室內(nèi)溫度，確保監(jiān)測數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。并且每個房間單獨設(shè)置一個地板表面溫度計來測量和記錄地面溫度。

本項目熱源采用清華索蘭分體式空氣源熱泵，主機型號為FRS-7型。機器具體參數(shù)為：制冷量6795w，輸入功率2100w。冬季與輻射地板結(jié)合用于采暖，夏季與風(fēng)機盤管結(jié)合送冷風(fēng)組成戶式中央空調(diào)。

2 采暖負荷計算

鴻博家園的采暖設(shè)計負荷依據(jù)：不包括公攤的采暖建筑面積為59m2，室內(nèi)設(shè)計溫度20℃，室外設(shè)計溫度-7.8℃，外墻傳熱系數(shù)0.6w/m2·℃，外窗2.6w/m2·℃，采暖設(shè)計負荷為2073W，其中冷風(fēng)滲透負荷為348W，占16.8%左右，單位面積負荷34.55W/m2，考慮了相鄰不采暖的因素，地板向下熱損失取15%，則采暖設(shè)計供熱量為2438.9W。

鴻博家園采暖負荷計算表

3 系統(tǒng)控制方式

采用北向房間溫度控制機組啟停調(diào)節(jié)方式，并限制水溫不超過35℃。

4 實測數(shù)據(jù)整理

1、原有儀表：量熱表一臺，用于定時測供、回水溫度、流量及電量，另有各主要房間室溫、地板表面溫度及地埋管表面溫度顯示器共三套。

2、自12月下旬，加裝地板表面熱流計10塊（設(shè)在典型位置）、熱電偶溫度傳感器10支（限于條件緊固在管道銅接頭外表面上）。測量供回水溫度及自動數(shù)據(jù)采集器，加裝的原因如下：

（1）熱泵在室溫控制下，以啟停方式運行調(diào)節(jié)供熱量，量熱表不能反映間斷的流動的供、回水溫度；

（2）熱量表的設(shè)計適應(yīng)大溫差，例如10℃以上的熱水供暖系統(tǒng)。

因此，該量熱表的溫差讀數(shù)從3℃起始，而熱泵的冷凝端最大設(shè)計溫差為6℃，且一般該溫差僅在最大采暖負荷時出現(xiàn)，氣溫不低時，根本沒有這樣大的溫差。加之量熱表的感溫元件安裝在水平直管段的水中，其熱阻不固定誤差太大。

表2：原有測試儀表數(shù)據(jù)整理

表3：補充測試儀器數(shù)據(jù)整理

表2中列出以原有儀表測試讀數(shù)為依據(jù)的結(jié)果，由表可見：該供暖系統(tǒng)在11月及12月上旬節(jié)能率都在70%以上。12月下旬發(fā)現(xiàn)由于原熱泵與系統(tǒng)對接的水流量不足夠大及控溫方案的制約，循環(huán)水泵運行時間過長，所以COP有所下降，恢復(fù)電動三通閥與跨越管后，如表2所示，1月上旬節(jié)能率達到70.3%。

表3是補充地面上的熱流計以后的測試數(shù)據(jù)，該表中的熱流一項數(shù)據(jù)反映了地板向上的供熱量（W/m2）。室溫21~22℃時的情況，數(shù)據(jù)均驗證了該測試房的負荷計算的準(zhǔn)確性。下圖為曲線表現(xiàn)了不同月份及外溫下的節(jié)能率。

5 鴻博家園同戶型以燃氣壁掛爐+暖氣片采暖用戶A、B同期耗氣及費用對比

鴻博家園同戶型以燃氣壁掛爐+暖氣片采暖用戶A、B同期耗氣及費用對比見表4。

表4：壁掛爐采暖A、B用戶

A用戶鴻博家園B區(qū)4-3-601壁掛爐采暖燃氣使用量記錄表
日期	時間	記錄數(shù)字（燃氣表剩余量）	備注
2011-12-15	18:05	84.41	8天采暖用氣68.28 m³，按每m³2.05元計，每天的采暖費用是17.5元
2011-12-17	18:05	61.63
2011-12-18	18:17	59.41
2011-12-19	20:20	50.03
2011-12-21	17:23	34.18
2011-12-22	20:15	25.16
2011-12-23	20:09	16.13
B用戶鴻博家園B區(qū)4-3-801壁掛爐采暖燃氣使用量記錄表
日期	時間	記錄數(shù)字（燃氣表剩余量）	備注
2011-12-15	18:05	232.6	8天采暖用氣113.7m³，按每m³2.05元計，每天的采暖費用是29.13元
2011-12-17	17:14	206.6
2011-12-19	20:15	175.6
2011-12-21	16:55	150.4
2011-12-22	20:06	134.41
2011-12-23	20:06	118.9

 

A、B戶型是與空氣源熱泵地板采暖相同條件的對比房：同在一個小區(qū)，朝向和戶型以及圍護結(jié)構(gòu)都相同。唯一的區(qū)別是采暖方式的不同。A、B戶型都采用燃氣壁掛爐+暖氣片采暖。

 

6 分析與結(jié)論

 

1.鴻博家園住宅采暖示范房屬節(jié)能建筑，建筑節(jié)能率約為65%

 

2.在上述示范房中采用的該空氣源熱泵薄型預(yù)制地暖系統(tǒng)經(jīng)2011年至2012年冬季在現(xiàn)場測試，取得110天數(shù)據(jù)，整理結(jié)果為冬季采暖平均能效比為3.17，節(jié)能率高達68.45%。該室溫平均20.3，供水溫度小于33℃，總耗電2100kwh，按建筑面積82m2計，折合每平米23.8Kwh/季，采暖季的平均負荷為2171W，單位面面積的負荷為26.4W。在2011年12月15日至12月23日室外平均溫度-1.0℃（接近北京冬季平均值）與同戶型壁掛爐散熱器采暖相比，減少8~20元/日且具有更高的熱舒適性、安全性、冷暖合一的可能性及無需為分戶計量增加麻煩等優(yōu)點。

 

3.測試期間安貞薄型予制地板，管內(nèi)水流速＞0.25m/s，無氣堵問題。

 

4.實測數(shù)據(jù)表明，冬季供水溫度＜35℃，地板表面＜24℃，符合低溫輻射地板的技術(shù)要求。見表5。

 

表5：地板表面與供水溫度最高值舉例

日期	地表溫度最大值℃	供水溫度最大值℃	備注
2011.12.15-2011.12.23	23.6	33.6	供水溫度由于測試點在管外，比實際值低約2℃
2012.1.1-2012.1.10	23.7	32.9

 

綜上述，該采暖方式適用于以北京為代表的寒冷地區(qū)采暖。

 

5.本示范采暖系統(tǒng)獲得了較高的穩(wěn)定的節(jié)能率是由于熱泵機組各部件設(shè)計參數(shù)經(jīng)過專業(yè)人員研究以及安貞薄型予制地板熱阻較小的結(jié)果。