高效末端技术在建筑节能中的实践与应用
慧聪空调制冷网我国每年新建房屋面积高达17-18亿平方米，超过所有发达国家每年建成建筑面积的总和。目前正处于工业化、城市化快速发展的时期，我国的碳排放占全球的23%，是碳排放第一大国，处于减排压力重重的阶段。2011年12月8日，国务院发布“十二五”控制温室气体排放工作方案。方案要求，在“十二五”期间，我国将大幅度降低单位国内生产总值二氧化碳排放。同时过度开发导致的生态环境恶化，除了可以看见的沙尘暴、干旱和洪涝灾害等，汽车尾气、微尘等看不见的可吸入颗粒物（PM2.5）也时刻威胁着人们的健康。
据统计，我国的建筑能耗约占社会总能耗的27%，其中建筑暖通空调所占的能耗为建筑总能耗的50%～70%。目前，我国建筑的95%以上仍属于高能耗建筑。建筑能耗指建筑使用能耗，包括采暖、空调、热水供应、照明、炊事、家用电器、电梯等方面的能耗。其中采暖、空调能耗约占60%~70%。单位面积的采暖能耗已超过发达国家的3倍。因此降低采暖能耗在建筑节能中占主体地位。
本文通过高效末端技术在北京经济适用房采暖实践和应用研究，说明了降低采暖能耗的可行性和推广价值。
1.关于鸿博家园及安贞预制沟槽薄型地暖高效末端系统配置介绍
1、鸿博家园概况
该小区位于北京南四环十八里店南桥以东，小区内楼房均为17-22层板楼。本样板房位于8层中，房型属南北通透户型。本栋楼外围护结构为钢筋混凝土外墙加外保温做法，整体厚度为30cm，其中保温层厚度为5cm。外窗为塑钢窗，玻璃均为中空玻璃。本房建筑面积为82平方米。户内为59㎡。
2、安贞预制地暖高效末端系统
本工程末端采用安贞预制沟槽薄型地暖高效末端，该地暖整体厚度为30mm,由下往上依次由15mm厚高压强挤塑保温板、50μ铝箔反射层、多孔固定板构成。地暖管采用规格10mm*1.5mm的PE-RT加热管，地暖的盘管间距统一设定为5cm。填充层由3mm厚1：3水泥砂浆构成。面层材料为1.2cm厚复合木地板。本房型共分为3个区域：主卧、次卧、客厅。每个房间内装置1个室温温显示板来设定，室内温度以朝北房间温度为准控制热泵启停，这样可以精确调控室内温度，确保监测数据的准确性。并且每个房间单独设置一个地温温控来测量和记录地面温度。
本项目热源目前采用清华索兰分体式空气源热泵，主机型号为FRS-7型。机器具体参数为：制冷量7kw,制热量7.8kw,输入功率2.7kw。它以空气源热泵作为冷热源，冬季与辐射地板结合用于采暖，夏季与风机盘管结合组成户式中央空调。
3、名称解释：高效末端
在暖通领域里，末端是指传送热量的散热载体，如地暖水管、空调末端等。所谓高效末端，即在辐射供暖/制冷中通过各种技术优化，大幅提升辐射供暖/制冷效率，节省供暖/制冷耗费的末端形式，它的核心是通过提高单位散热面积最大化来满足“供热低温化、制冷高温化”的散热末端，此末端节能效果更佳。传统的地暖末端能效比较低，能源浪费较大，相对于传统的地暖末端，与地源热泵或空气源热泵结合，加上合理的控制组成一个节能系统，节能可达70％；如果再配套太阳能和冷热储能系统，节能可达90％左右，COP值达到3.0以上，即符合国家节能标准。
2.采暖负荷计算
鸿博家园的采暖设计负荷依据：不包括公摊的采暖建筑面积为59m2，室内设计温度20℃，室外设计温度-7.8℃，外墙传热系数0.6w/m2•℃，外窗2.6w/m2•℃，采暖设计负荷为2073W，其中冷风渗透负荷为348W，占16.8%左右，单位面积负荷34.55W/m2，考虑了相邻不采暖的因素，地板向下热损失取15%，则采暖设计供热量为2438.9W。见表1鸿博家园供暖负荷计算表：
房间
负荷源
传热
系数
温差修正
系数
温差
耗热量修正
修正后热负荷
冷风渗透耗热量
外门冷风侵入耗热量
总热负荷
名称
面积计算
朝向
风力
K
α
Xch
Xf
Q1
Q2
Q3
Q1+Q2+Q3
长
高(宽)
面积
W/㎡·℃
W
W
W
W
整个套间
东外墙1
1.6
3.0
4.8
0.60
1.00
13.8
0.00
39.74
39.74
东外门_嵌
1.0
2.0
2.0
6.50
1.00
13.8
0.00
179.40
0.0
0.0
179.40
南外墙
6.0
3.0
18-7.0
0.60
1.00
27.6
-0.20
0.00
145.73
145.73
南外窗_嵌
3.5
2.0
7.0
2.60
1.00
27.6
-0.20
0.00
401.86
0.0
401.86
北外墙
6.0
3.0
18-2.7
0.60
1.00
27.6
0.05
0.00
266.04
266.04
北外窗_嵌
1.3
2.0
2.7
2.60
1.00
27.6
0.05
0.00
203.44
0.0
203.44
楼板
5.0
11.8
59.0
0.60
1.00
13.8
0.00
0.00
488.52
488.52
总计
1724.73
348
0.0
2073
备注：室内温度20℃，室外温度-7.8℃，向下的热损失为15%，总负荷为2438.9w；按照楼上下不采暖计算；
3.系统控制方式
采用北向房间温度控制机组启停调节方式。并限制水温不超过35℃。
4.实测数据整理
1、原有仪表：量热表一台，用于定时测供、回水温度、流量及电量，另有各主要房间室温、地板表面温度及地埋管表面温度温度显示器共三套。
2、自12月下旬，加装地板表面热流计10块自动采集地面热流（设在典型位置）、热电偶温度传感器10支，限于条件紧固在管道铜接头外表面上。自动记录供回水温度。
加装的原因是：①热泵在室温控制下，以启停方式运行调节供热量，量热表不能反映间断的流动的供、回水温度；
②热量表的设计适应大温差，例如10℃以上的热水供暖系统。
因此，该仪表的温差读数从3℃起始，而热泵的冷凝端最大设计温差为6℃。一般该温差仅在最大采暖负荷时出现，气温不低时，根本没有这样大的温差。加之量热表的感温元件安装在直管段的水中，其热阻不固定误差太大。
表2：原有测试仪表数据整理
时间
平均室温 ℃
平均电量 kw
外 温
平均外温℃
阶段平均供热量w/h
阶段总供热量 kwh
C O P
最高℃
最低℃
11.10-11.30
20
11.96
9.1
-1.5
3.4
1743-118*
780
3.26
12.1-12.15
20
14.8
4.2
-4.3
-1.96
2305-118
787
3.55
12.15-12.23
20
17.85
5.7
-7.6
-1.00
2205-118
400
2.8
1.1-1.10
21.3
17.76
5.3
-7.3
-2.52
2501-118
572
3.22
备注
24日、25日增设新测试设备停机，26日上午十一点钟重新开机故去除这一周的数据 *阶段平均供热量中的118W/h为人体和电视机的热负荷。
表2中列出以原有仪表测试时读数为依据的结果，由表可见：该供暖系统在11月及12月上旬节能率都在70%以上。在天气渐冷及有需要的12月下旬发现由于原热泵与系统对接的水流量不足够大及控温方案的制约，循环水泵运行时间过长，所以COP有所下降，恢复电动三通阀与跨越管后，如表2所示，1月上旬节能率达到70.3%。
表3：补充测试仪器数据整理
日期
平均室温 ℃
平均外温 ℃
实测供热量w
同期耗电量KWh
COP
最高水温
节能率
11.12.30~12.01.03
20±1℃
-1.85
1452.45
71.5
1.95
32.71
48.7%
12.01.04~12.01.09
21±1℃
-2.46
1728.45
113.7
1.82
32.5
45%
地板向下热流密度日平均值W/m2
室 外平均温度℃
室 温平均值℃
备注
12月30日
28.01
-2.33
20.17
调整室温下限为19℃，地板有蓄热放出
12月31日
15.13
-0.75
21
1月1日
25.73
-0.94
20.50
1月2日
15.76
-1.92
19.67
1月3日
20.62
-3.33
19.67
1月5日
23.56
-2.43
21.28
调高室温
1月6日
24.03
-3.02
21.31
1月7日
27.50
-2.99
21.28
下雪，最低气温-7至-8℃
1月8日
29.84
-1.88
21.25
1月9日
18.94
-1.99
21.04
表4：补充测试仪器数据整理
表3、表4是补充地面上的热流计以后的测试数据，该表中的热流一项数据反映了地板向上的供热量（W/m2）。表3测得的是室温控制20±1℃的情况，表4测得是室温21~22℃时的情况，显示前者耗电量小于后者，但表3、表4中的数据均验证了该测试房的负荷计算的准确性。下图为曲线表现了不同月份及外温下的节能率。
5.鸿博家园同户型以燃气壁挂炉+暖气片采暖用户A、B同期耗气及费用对比
鸿博家园同户型以燃气壁挂炉+暖气片采暖用户A、B同期耗气及费用对比见表5。
表5：壁挂炉采暖A、B用户
A用户鸿博家园B区4-3-601壁挂炉采暖燃气使用量记录表
日期
时间
记录数字（燃气表剩余量）
备注
2011-12-15
18:05
84.41
8天采暖用气68.28 m³ 按每m³2.05元计每天的采暖费用是17.5元
2012-12-17
18:05
61.63
2012-12-18
18:17
59.41
2012-12-19
20:20
50.03
2012-12-21
17:23
34.18
2012-12-22
20:15
25.16
2012-12-23
20:09
16.13
B用户鸿博家园B区4-3-801壁挂炉采暖燃气使用量记录表
日期
时间
记录数字（燃气表剩余量）
备注
2011-12-15
18:05
232.6
8天采暖用气113.7m³ 按每m³2.05元计每天的采暖费用是29.13元
2012-12-17
17:14
206.6
2012-12-19
20:15
175.6
2012-12-21
16:55
150.4
2012-12-22
20:06
134.41
2012-12-23
20:06
118.9
A、B户型是与空气源热泵地板采暖相同条件的对比房：同在一个小区，朝向和户型以及围护结构都相同。唯一的区别是采暖方式的不同。A、B户型都采用燃气壁挂炉+暖气片采暖。
6.分析与结论
1、鸿博家园住宅采暖示范房属节能建筑，建筑节能率约为65%
2、在上述示范房中采用的该空气源热泵薄型预制高效地暖系统节能率高达70%，能效比在3.2以上，由已测数据推，可以推算在室温20℃下，全冬季125天耗电不超过2000kwh，折33度电/㎡，与同期同户型壁挂炉散热器采暖相比，减少8元-20元/日。且具有舒适性、冷暖合一、方便分户计量的特点，经半个冬季运行安全可靠，无冲霜等故障。
3、安贞预制沟槽薄型地暖系统，管内水流速＞0.25m/s，无气堵问题。
4、实测数据表明，冬季供水温度＜35℃，地板表面＜24℃，符合低温辐射地板的技术要求。见表6。
日期
地表温度最大值℃
供水温度最大值℃
备注
12.15-12.23
23.6
33.6
供水温度由于测试点在管外，比实际值低约小于2℃
1.1-1.10
23.7
32.9
综上述，该采暖方式适用于以北京为代表的寒冷地区采暖。
5、本示范采暖系统获得了较高的稳定的节能率是由于热泵机组各部件设计参数经过专业人员研究的以及预制高校末端地暖传热优于传统地暖的结果。
安贞暖通十分赞同北京清华索兰对该技术十年来的成果及李元哲教授关于它的科学分析。一致认为在北方寒冷地区使用低于35℃的热水完全符合采暖舒适性的要求。而以索兰空气源热泵机组为热源以安贞暖通预制地暖高效末端的采暖系统完全满足节能、减排、分户计量、冷暖和一及经济性、可靠性的要求。
