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暖通空调
导读
本文阐述了住宅独立供暖方式发展的原因，分析了以电、燃气为热源的住宅独立供暖系 统推广使用中的原则。对住宅独立供暖系统中舒适性、节能性、经济性较高的空气源热泵直热 式辐射供暖系统的构成、设计、施工进行了全面介绍。
1 住宅独立供暖系统的提出
根据实践经验，累年日平均温度稳定低于或等于5℃的日数大于或等于90天的地区，在保证室内设计环境的情况下，采用集中供暖系统更为经济、合理。因此，多年来在北方地区，集中供暖方式成为主流的供暖形式。
但如今住宅独立供暖方式悄然兴起，并日益明显地发展。原因如下。首先，由于我国经济发展和人民生活水平提高，住宅供暖成为更多国民的需求。有如下5种情况催生了住宅独立供暖方式，并且强劲地推动了相关技术的发展：1）南方地区供暖的呼声高涨，但不具备集中供暖条件，而且在南方地区建设集中供暖系统的投入过大、运行不经济；2）农村住宅与高档独立住宅不适宜采用集中供暖系统，使用独立系统更为经济和方便，CECS332-2012《农村单体居住建筑节能设计标准》第5.1.2条规定：“分散居住的农村建筑不应采用集中式采暖系统”；3）城市化进程持续，每年大量新增住宅需要供暖，但城市热源建设落后于住宅小区建设，迫使住户自寻出路去解决热源；4）由于市场行为，出现大量住宅闲置现象，考虑供热管理成本和运行费用经济，避免“大马拉小车”现象，独立系统比集中供暖系统有优势；5）新建住宅已执行节能65%的设计标准，供暖耗热量下降许多，以电或燃气为热源的户式独立供暖系统的费用大幅降低，较容易被用户接受。
其次，我国电力建设一直保持较快发展势态，尤其在当前我国经济转入新常态、经济发展方式将从规模速度型粗放增长转向质量效益型集约增长的形式下，大量高能耗、高污染企业和过剩产能被调整，为了保证生产设备效率，发挥投资效益，需要为在经济转型过程中节余的能源（电、燃气）使用寻求新的出路。其三，考察独立供暖系统能源的使用、排放，电、燃气相对于燃煤是清洁能源，能较好满足环境保护的国策。因此，在符合现行国家设计规范、标准的前提下，以电、燃气为热源的独立供暖系统能较好地符合环境保护的要求。
上述因素决定了户式独立供暖系统的使用有其必然性，并且其使用面积将迅速增长，具有很大的发展空间。这预示着，户式独立供暖系统的能耗量占社会供暖总耗能的比例将增大，并且持增长态势。此外，电、燃气是优质或高品位能源，而在供暖工程中低温热源即可满足供暖的要求。因此，以 电、燃气为热源的户式独立供暖系统的使用水平，对改善能源高品低用、对建筑工程的节能减排必定产生不容忽视的影响。当前独立系统的设计、施工、运行中存在许多不规范现象，甚至为了解决住宅热源，有部分独立系统片面地以低能效、排放污染高为代价。因此，需要从绿色节能的视角，审视和比较现有的各种独立供暖方式，确立综合考虑当地能源条件、政策规定，从能源形式、系统能效、热舒适度、环境保护、一次投入与运行费用等的理念，因地制宜，规范和引导独立系统的应用，推动其健康发展。
2 以电为能源的住宅独立供暖系统
目前，独立供暖系统按其使用能源大致可分为以下几类：1）以电为能源，主要有电直热式供暖和热泵供暖；2）以燃气为能源，主要有燃气炉＋供暖末端；3）可再生能源＋供暖末端； 4）以煤为能源，家用燃煤热水炉＋供暖末端。
为适应城镇化的住宅供暖要求，对热源获得条件及其可靠性、环境保护、价格稳定性等方面综合比较，以电为能源的独立供暖系统发展较快，系统形式也较多。本文主要讨论以电为能源的住宅独立供暖系统。
电直热式供暖的形式很多，末端为辐射供暖系统的有电缆、碳纤维、电热膜，末端为散热器的有电油汀、碳纤维散热器，为利用谷电、减少运行费用的有蓄热式电散热器、蓄热式电缆地面辐射供暖系统。由于直接电热供暖对高品位能源的利用方式不合理，能效低，因此只有在符合规范规定的使用条件下方可使用。对于利用率低的建筑（如别墅），具有一次投资较少、管理维护方便的优势，具有相对的可用性。
出于对节能的考虑，当空气源热泵在符合 GB 50736—2012《民用建筑供暖通风与空气调节设计 规范》第8.3.1条提出的“在冬季设计工况的机组性能系数（COP）大于等于1.8”等要求的情况下，使用空气源热泵为冬季供暖热源，较之电直热式供暖，明显有高效、节能，运行费用低和环保性好的优势。从系统的热媒区分，对于使用空气源热泵的室内供暖系统，热媒为制冷剂的能效高于热媒为水的能效；从舒适度比较，末端为室内机（热风）的不如散热器系统、辐射供暖系统。
综上所述，在众多的户式独立供暖系统形式中，空气源热泵直热式地面辐射供暖系统（以制冷剂的冷凝热量直接加热地板）技术，是对空气能的可再生能源的利用，是一种环保、节能、经济性较好的系统。
3 空气源热泵直热式辐射供暖系统
3.1 空气源热泵直热式辐射供暖系统的构成与工作原理
空气源热泵直热式地面辐射供暖系统主要由热源机（空气源热泵）、输配管（供气管、回液管）和地埋供热部件（毛细管席）组成。该系统采用制冷剂的冷凝热直接加热地板，是热泵技术和地板辐射供暖合理的结合。图1为系统原理图。
空气源热泵直热式辐射供暖系统原理图
该系统采用毛细管席作为供暖末端。毛细管席示意图见图2。
毛细管席示意图
辐射供暖地面的向上供热量和向下传热量应当通过计算确定。毛细管席的供热量与管材的规 格、长度、地面层的构造和材料等有关，并且毛细管的产热量与热源机的冷凝压力有关。目前尚无软件计算直热式辐射供暖系统的地面供热量。JGJ 142—2012 《辐射供暖供冷技术规程》第3.4.4条规定：“毛细管网辐射表面向上供热量或供冷量，以及向下传热量应按产品监测数据确定”。通过实验与工程实践，积累数据，该系统得到一定条件（热源机机型）下一定规格的毛细管网辐射表面向上供热量。
按照连续稳定运行条件，地面供热量接近热源机的产热量，因此把系统供热量计算简化为类似电缆地面辐射供暖系统的供热量的计算。在对以住宅独立供暖为对象的空气源热泵直热式辐射供暖系统研究课题中，为获得较高的系统能效，以已开发的热泵室外机机型对毛细管席发热管进行配型，通过实验与大量的工程实践与实测，毛细管席的每根分路管长度为16m时，放热量约为200W，即12.5W/m。因此，设于该区域的毛细管席的分路管总长度可根据所负担的供暖区域需要的负荷进行计算。
3.2 空气源热泵直热式辐射供暖系统设计要点
空气源热泵直热式地面辐射供暖系统设计、施工、验收的内容包括：一般规定、地面构造、房间热负荷计算、辐射面散热量和系统供热量计算、供暖系统设计、温控、系统与地面材料、施工、试运行、调试及验收，主要依据JGJ142-2012《辐射供暖供 冷技术规程》，或河北省工程建设标准DB13（J） / T168—2014《空气源热泵直热式辐射供暖技术规程》的规定进行。
3.2.1围护结构
住宅用户独立供暖系统用户行为节能意识较强，为减少因户间传热产生的供暖费用，宜做好户间隔墙、楼板的保温。河北省工程建设标准DB13（J）63—2011《居住建筑节能设计标准》规定采用地 面辐射供暖系统的住宅的分户墙、分户楼板的传热系数限值分别为1.6W/（㎡.K）和1.2W/ （㎡.K）。
3.2.2热负荷计算
空气源热泵直热式地面辐射供暖系统的通常做法为：每户独立配置热源机，独立设置室内供暖系统，具有自动控温、定时运行等功能。该系统属于分户独立热源的辐射供暖系统。所以其热负荷计算时需考虑间歇供暖附加值和户间传热负荷。对于住宅，考虑附加后房间热负荷可参考下式计算。
对于公共建筑如采用间歇供暖形式，可参照JGJ142—2012《辐射供暖供冷技术规程》第3.3.7 条的条文说明，对房间基本负荷考虑一定的间歇供暖负荷修正。
3.2.3系统设计
系统设计分为热源机选型与设置、输配管线设计、供暖环路划分、毛细管席设计。
1）热源机选型与设置
对热源机的选择首先应符合规范对热泵融霜控制、冬季机组性能系数的要求，即融霜控制可靠， 融霜时间总和不应超过运行周期的20%；冬季设计工况时机组性能系数（COP）不应小于1.8。从气候条件来讲，热泵的能效随着室外空气温度的降低而下降，从提高能效角度出发，在寒冷地区使用比在严寒地区更适宜。
目前已经用于工程的热源机分为标准型和低温型，其性能参数见表1，性能曲线见图3~6。
