【摘要】目前，空气源热泵加上末端低温地板辐射采暖系统在北方建筑中已经得到推广和应用。本文从原理上分析，通过热泵技术，可以减少在我国北方地区直接燃煤，从而减少雾霾。对制约热泵采暖发展的问题进行探讨，为热泵技术在采暖系统中的优化设计与应用提供参考。

【关键词】热泵；采暖；设计

0 引言

近年来，由于我国北方大部分地区冬季采用燃煤锅炉取暖，很容易形成雾霾天气，新型节能环保的采暖方式呼之欲出。随着国家“煤改电”政策的推行，热泵（主要是空气源热泵）、电地暖、蓄热电暖气、太阳能供暖等节能型清洁能源技术和产品也得以推广。空气源热泵加上末端低温地板辐射采暖在多个不同维度的考量下均表现良好，特别是在使用费用、基础投资、节能性和全过程费用方面均排名第一。然而由于温度、技术等客观因素，造成某些热泵产品无法在低温环境下正常运行，制热效果也不尽人意。本文对制约热泵采暖发展的问题进行探讨，为热泵技术在采暖系统中的优化设计与应用提供参考。

1 热泵系统的概念和原理

我们都有一个常识：水不可能自发地从低处流向高处，要将低处的水输送到高处去，必须用一台水泵（消耗电能作为补偿），才能将低处的水送到高处。同理，热量也不可能自发地从低温环境传送到高温环境中去，如果要实现热能从低温环境向高温环境的转移，必须通过一台设备，并消耗一部分机械功（例如电能）作为补偿，这种设备就称为“热泵”。空气源热泵原理就是利用逆卡诺原理，以极少的电能，吸收空气中大量的低温热能，通过压缩机的压缩变为高温热能，是一种节能高效的热泵技术。空气源热泵在运行中，蒸发器从空气中的环境热能中吸取热量以蒸发传热工质，工质蒸气经压缩机压缩后压力和温度上升，高温蒸气通过永久黏结在贮水箱外表面的特制环形管冷凝器冷凝成液体时，释放出的热量传递给了贮水箱中的水，冷凝后的传热工质通过膨胀阀返回到蒸发器，然后再被蒸发，如此循环往复。

2 热泵系统的应用范围

随着热泵技术的不断发展，超低温热泵机组是针对北方严寒地区设计的，适用环境温度-25℃以上地区，常规热泵机组在-5℃、增强型热泵机组在-15℃以下不能正常制热。超低温热泵机组相对系统能效比COP更高，因机组的温度响应极快，供应热水的能力极强，即使在-25℃的超低室外环境温度下，依然能够完美稳定地提供恒温热水。末端采用低温地板辐射采暖系统，可以使热泵节能的优势得到更好的发挥。地板采暖技术成熟，以35℃-45℃低温热水为热媒，通过埋设地板内的塑料管（常用PEXR管，PE-RT管，PP-R管或铝塑复合管）把地板加热，均匀地向室内辐射热量，是一种对房间微气候进行调节的节能采暖系统。地板的储热能力强，可使建筑保温性提高，节能效果显著。空气源热泵与水地暖的组合COP均超过3.0，具有运行能效高、运行费低的特点。由空气源热泵作为能源，与地板采暖相结合建成集中式或分散式采暖系统。可广泛应用于华中、华北、西北南部等地区。

3 热泵系统的常见问题

空气能热泵采暖的制热量受环境温度因素明显，一直是制约我国热泵采暖发展的技术难题。南北方气候条件、房屋结构、生活习惯有诸多不同，笔者主要从“寒冷地区”和“夏热冬冷地区”使用热泵而引发的问题进行分析。当前热泵的不足和原因有以下几个方面：

3.1设计人员对热泵性能了解不够深入

设计人员没有充分考虑低温运行条件下热泵的性能以及采暖负荷的变化，热泵机组选型偏小。一方面采暖系统设计人员没有注意到空气源热泵的制热量随环境空气温度的下降而减小，按以往采用热水锅炉等热源装置的方式考虑热源装置的容量；另一方面，市场上信息比较混乱，空气源热泵热水机的额定制热能力按20℃环境温度考虑，而典型的热泵采暖运行环境温度为7℃，两个测试条件的差异就导致30%左右的热量差异。此外，环境温度为-7℃热泵的制热能力约为环境温度为7℃的55%，与此同时，建筑物的采暖热负荷则随环境温度的下降而增加，若设计人员对这些问题认识不足，就会导致热泵系统制热量不足，导致采暖效果不好。

3.2热泵产品良莠不齐

热泵制造企业未掌握热泵冬季制热设计的关键技术，其后果不仅导致冬季制热性能不良，而且压缩机容易损坏。以前在家用空调制造行业，冬季压缩机烧毁现象是一个突出问题。随着产业集中度的提高，往大企业集中，设计错误导致压缩机冬季烧毁的情况在房间空调器制造行业基本消失，但是由于近年来大量中小企业进入热泵热水器制造行业，同样的问题成为热泵热水器行业的突出问题，以至于在我国市场上出现了热泵热水器专用压缩机。必须指出，类似的热泵产品在日本已经出现30年，而且这类产品在日本的市场保有量大约为我国的100倍，而在日本这类问题并没有发生。由此可见，问题不在于这类产品的技术合理性，而在于个别企业的设计不当。

3.3未采用压缩机调速技术，以及一些诸如补气等方法，一味依赖辅助热源

在冬季利用辅助热源解决热泵供热量不足问题，是在热泵应用早期的无奈之举，随着压缩机变容量技术以及补气技术的应用，空气源热泵在冬季对辅助热源的依赖逐步减少。

热泵性能的好坏取决于热泵搬运空气中热能并转化为热水的能力。热泵应从吸热（从空气）能力、散热（到热水）能力两个方面进行优化设计，使热泵的性能最好，热能利用率最佳。使用超大面积的空气热交换器，配合高质量的电机和风扇系统，吸收的空气热能更多，使用于进行交换成热水的热量远超一般的热泵。换热器最好采用双循环水路钛管设计，相比传统的钛管单循环，水经过冷凝换热器的时间更长，接触面积更大，相同的热能可以加热更多的热水，效率更高，并最大限度地减少水垢的生成。应该指出，空气源热泵的推广应用，在我国刚刚开始。这项技术不单单是生产企业开发新产品，有了“高效节能” 桂冠就可一卖了之。建筑结构设计上也要有墙体和门窗的保温，如果房间结构不节能，任何高效产品都没有意义。热泵产品要有好的可靠性和售后服务。任何瑕疵都会影响热泵的正常工作，尤其在寒冷季节出现故障，不仅风险极大，也会使热泵供热的名声扫地。

4 结束语

根据目前技术的发展状态以及前景，未来空气源热泵加上末端低温地板辐射采暖型式将会成为供暖型式的首选。在节能减排大行其道的今天，推广空气源热泵的目的是出于对能源、生态环境的保护。在利用资源的同时我们更要做到资源的保护，这才是推广它的真正意义。

参考文献

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