空气源热泵+地板辐射采暖在温州地区跃层住宅应用
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摘要：比较VRV空调系统与空气源热泵+地板辐射采暖在跃层住宅冬季的采暖效果，介绍空气源热泵+地板辐射采暖的系统组成及运行原理,分析了空气源热泵+地板辐射采暖系统运行的能耗和经济性，建议推广应用。
关键词：VRV空调系统，空气源热泵+地板辐射采暖，分、集水器，地暖管，COP值。
中图分类号：TH3文献标识码： A 文章编号：
一 温州地区楼盘现状及气候条件
随着近几年经济高速发展，温州地区高档住宅小区如雨后春笋般出现，由温州人偏爱大套型住宅，所以一般高档楼盘顶层均做跃层住宅。温州地区冬季计算干球温度1~5℃。但是近几年冬季气温比历年来偏低1~2℃。温州地区属于夏热冬冷地区，没有集中采暖，由住户自行解决住宅室内热环境问题。
二 采用VRV空调系统采暖
跃层住宅的中空客厅的高度一般为6m左右，业主装修时一般都会选用VRV空调系统。在夏季客厅空调效果比较理想，但在冬季采暖季节时客厅空调效果非常差，尽管把室内设定温度调到最大值，但客厅活动区域的温度仍然非常低，图（1）是根据乐清市一住宅小区（丽都华庭）一跃层住户采用顶送风中空客厅不同点温度实测值。
图（1）
如实测点表示：由于空调器吹出热风的上浮作用在室内出现明显温度梯度，整个客厅出现明显温度梯度，人员活动区域和天花板处温差6.5℃，人员活动区域有明显冷感。
三 空气源热泵+地板辐射采暖
为了解决跃层中空客厅采暖问题，建议在温州地区推广采用在上海、杭州等地非常普遍的空气源热泵+地板辐射采暖系统。热泵加热系统是最新的节能加热系统，它成功的应用逆卡诺原理，用电能使热泵做功，吸收室外空气低温热能转化为高温热能，用于加热地暖热水、生活热水。低温热水地板辐射采暖系统是以空气源热泵制取40~50℃低温热水，通过预埋在房间地面下专用采暖管向室内辐射散热，其原理是通过辐射散热2m以上空间温度可以得到很好保证，人体对温度的感受是头冷脚热，是目前舒适度较高的一种供暖方式。
⑴空气源热泵运行原理图。随着空调厂家技术不断创新，采用先进空气源热泵节能技术，将家用中央空调、地暖和中央热水系统合三为一（如图2），满足住户夏季和冬季不同需求。
图（2）
从投资角度来看住户采用一套三合一多功能VRV系统比选择传统一套VRV空调加一套空气源热泵热水系统投资更省，但增加地板辐射采暖管网造价，二者相加并没有增加投资。
⑵地板辐射采暖设计及安装。跃层住户，两层各采用一台冷媒一水热交换器，对应每层楼采暖需求，每个冷媒水热交换器连接一个集、分水器，集、分水器尽量靠近冷媒-水热交换器，敷设在封闭的内阳台。为了得到更舒适的采暖效果，需要采暖房间均铺设地暖管，每条水回路长度不超过120m，均单独连接到集、分水器上。集、分水器的各支管具有恒温调节阀门，可加装电执行器，由房间温度控制器控
制。实现独立分室温度控制（如图3）。
图（3）
①冷媒-水热交换器。②分水器。③集水器。④阀门。⑤恒温调节阀门。⑥房间温度传感。⑦放水阀。⑧排气阀。
采用地板辐射的房间的地面应在楼面上设防潮层、绝热层、反射膜之后，再铺设Φ20的PE-X管。管间距为150mm。客厅、卫生间地板可采用大理石或瓷砖，卧室则可以选择厚度在1.2cm左右的实木复合地板。
⑶空气源热泵+低温地板辐射在冬季的采暖效果。针对空气源热泵加低温地板辐射采暖效果，笔者在2011年冬季对乐清市另一住宅小区（维多利亚花园）顶层跃层住户不同点实测温度（如图4），室内温度几乎2~3℃温差，住户舒适性非常好。
图（4）
分时段连续运行采暖温度的变化图（5）
从图（5）热泵系统在一天运行调节看出，室外温度即使有5~10℃波动，室内温度和供水温度波动不大。室内仅0~2℃温差。采暖效果非常好，甚至做到每个角落温度都相同。而且随着多功能VRV系统功能不断创新，利用直流变频技术变水温控制技术，可以随着室外气温变化，实现供水温度的自动调节功能（如图6），持续保证室内温度，防止过冷和过热，实现节能。
图（6）
⑷在制取生活热水和除霜时对供暖影响。因为热泵功能是以地暖和制取热水两者功能较大值选取，在制取热水时会影响热泵的供暖。另外温州地区属于冬季湿度较大的地区，在室外气温低于-2℃时，会发生频繁除霜，在除霜时也会影响热泵供暖。为了测试在上述两个条件下对供暖的影响。笔者测试上述装地板敷设采暖的家庭开机后的5个小时内地板温升和室温温升与时间关系见图(7)及关机后5小时内地板温降和室温温降与时间关系见图(8)。
从上述两图可以看出除霜运行时间一般比较短，对室内温度几乎没有影响。以上面住户家为例，选用热泵制热容量为18.0kW，地热容量为16.0kW。该住户常住人口为5人。制取热水小时加热量由下式可以算出
远小于热泵小时供热量，用户在使用热水期间，即使停止向地暖系统供热1～2小时，不会造成室内温度有较大波动。
⑸地板辐射采暖不足之处。地板辐射采暖不足，对土建提出要求较高，占用楼层高度10cm左右。对于室内新风没有办法解决。如果住户需求更高品质的生活则需安装一套HRV（全热交换器），冬天利用室内排出暖空气热量把外面的冷空气预热后再送入室内，对室内温度波动较小。
⑹空气源热泵+地板辐射采暖对土建设计要求①要在建筑层高考虑10cm采暖管敷设空间。②土建要预留≧2㎡的设备阳台及其附近区域有摆放冷媒-水热交换器，水箱空间。③空调室外机宜摆放在大楼的风环境分析图的风速较高区域以及风压低于室外平均气压的区域。设置这些区域有利室外机交换热。
四 运行的能耗和经济性
住宅采用空气源热泵+地板辐射采暖系统是国家正在大力推广节能相一致，从以下几个方面可以体现。
⑴由于地面敷设隔热层及热反射膜，可以降低夏季空调的能耗，缩短制冷时间，可以使夏季空调节约5～10%以上。
⑵地板辐射采暖：地面有效温度高于呼吸线空气温度，形成独特气候条件，给人以脚暖头凉的最佳感觉。所以地板辐射采暖房间内室温比一般空调采暖房间温度低2～3℃，节能约10%以上。
⑶从图7,8可以看出开、关机5小时以内，地板辐射采暖的房间温度波动约2℃以内，用户可以结合多功能VRV系统设计一种既能满足采暖舒适要求，又节能的经济运行模式。笔者设立了一种分时段连续运行模式，即当天凌晨3:00开机，运行4小时至早上7:00关机，下午16:00再开机，运行4小时至晚上20:00关机。关机后室温波动只有2℃左右。
⑷空气源热泵COP值。多功能VRV系统在冬季采暖时COP值一般在3.0以上，如果选用具有热回收VRV系统，即在夏季空调制冷时，吸收室内热量的高温冷媒进入冷媒—水热交换器，将废热用于加热生活热水。这样可以实现系统制冷同时，免费制取生活热水的功能，热回收状态下最高COP可以达至7.0以上。
⑸高层顶层跃层有条件安装太阳能，可以把太阳能热水系统并入热泵热水系统，可进一步做到节能。
五 结论
通过以上分析及笔者对温州当地两套采用不同采暖方式住户实测调查，初步把握空气源热泵+低温地板辐射采暖在温州地运行特征和效果。建议在温州地区，热泵系统+地板辐射采暖不但推广在顶部跃层使用，还要更推广到普通住宅以达到国家提倡节能、环保的要求。
参考文献
【1】.《供暖通风设计手册》.陆耀庆
【2】.《采暖通风与空调设计规范》GB50019-2003.
【3】.《全国民用建筑工程设计技术措施·暖通空调·动力》.
【4】.《夏热冬冷地区居住建筑节能设计标准》