空调和地暖理念相融合助推暖通行业发展
慧聪空调制冷网随着暖通技术的发展，地暖作为较高舒适度、安全性、美观、兼具隔音等特点，越来越受到人们的喜爱，特别是长江以南地区，更是成为了一种时尚。进入地暖行业的企业也越来越多，地暖公司数量呈倍增趋势，如上海市有地暖公司1000多家、南京有近600家地暖公司，2010年较2008年增长了50%。在此市场背景下，诸多空调企业也纷纷涉足地暖市场。从全国各地的大金PROSHOP店、美的、约克空调销售安装等企业来看，大约60%以上的空调安装企业进入了地暖市场。
一、空调+地暖模式正逐渐成为一种趋势。
随着热泵企业清华索兰、约克、东芝、特灵用于供暖方面的成功案例大量涌现，知名空调企业：格力、大金、美的也纷纷进入了这个领域。如大金2009年推出VRV机组，采用大金直流变频技术，涡旋式压缩机，利用空气为热源，R410A新冷媒为制冷剂，新型热回收技术，大大的节省了能耗。随即，格力、美的也推出了美的空气能热泵热水机。
高效末端技术的发展，促使供暖出水温度低于40℃成为了现实，实现了供暖低温化，空调加地暖的机组使用更加稳定，极大地延长了机组的使用寿命。另外，同高效末端薄型地暖模块相结合，该机组具有高效的节能性能是其成为趋势的第二大原因。
空气源热泵由于空气侧的换热器体积相对庞大，故供热规模较小，一般单台在7kw-70kw范围内，但是有趋势为利用螺杆机，单台可达到700kw。所以空气源热泵有特别适应中小型公建的优点。
（一）空气源热泵的优势
1、空气是可再生的清洁能源，唾手可得，免费使用。与水源、土壤源相比，不涉及地质资源限制，也不污染地下水。
2、无需特设机房，安装方便，大型可装在屋顶节省占地。
3、初投资相对于水源、土壤源低。
4、类似普通空调机，操作方便，无需专管技术人员。
5、可按户计量，收费方便，用户使用自主性强。适宜用在小型用户。
（二）空气源热泵技术发展历程
在上世纪七十年代，空气源热泵技术已经初步成熟，80年代开始大量进入我国市场的是所谓“空气-空气”式的，或者说其机组的蒸发器（吸热端换热器）和冷凝器（放热端换热器）都是以制冷剂与空气进行热交换。如当时的窗式、分体式，及“一拖多”等。这种机组的供热范围不能太大，如果构造中央空调系统，则必须以热风为输送介质。热风的输送体积大，噪音大，且输送动力大，输送半径小，更不能形成区域供应。后来大金的VRV系统在一定程度上解决了这一问题，但相对来说，技术、构造较复杂，且造价偏高。
最先兴起的用“户式中央（热泵）空调”，它以水为供热介质。扩大了供热范围，多用于大面积的住宅，不过它的供暖末端装置是“热风”。由于多级的热交换，又由于热风供暖要求的水温不宜低于40-42℃，所以这种热泵装置在室外大气温度低于-5℃时，必须加电补热才能应用。此外，热风供暖的室内温度场上高下低，不但人体不舒适，而且能耗较大。
之后，2002年经我国建设部鉴定的国内首创技术是空气源热泵地板采暖。使空气源热泵采暖技术从只能适应长江流域扩大到黄河流域，并获得冬季采暖节能60%的可喜结果。
（三）高效末端技术的发展
高效末端技术源自德国，由安贞暖通、图博节能科技引入我国，并根据我国的气候、地域特点改变其结构，使之具有节热效率高、散热均匀、整体薄、最安全的铺设方式和运行费用低等特点。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”的散热制冷末端，经过实测供热温度只需35℃以下就可满足室内20℃的温度需要，设计匹配温差是3～5℃。从而使空气源热泵采暖难度大大降低，真正实现了普及化。市场上这类产品的品牌有安贞、图博、爱迪生等，在南方和北方市场已进行大面积施工应用。
二、空气源热泵地板采暖应用的技术分析【1】
如前所述，目前空气源热泵有两种可在寒冷地区供暖，一是空气-空气系统，另一种是空气源热泵地板采暖系统，后者构造较简单舒适并节能。但众多的人对它的技术可行性存在疑虑，集中起来有三点，以下提出并进行分析。
（1）在寒冷地区，或者说大气温度低于-5℃后，供水温度就要降低。其实在压缩机允许的运行工况范围内，当机组的出力与供暖负荷平衡时，供水温度不会下降。
（2）压缩机允许的运行工况见表1
（表1 全封闭涡旋压缩机的使用范围）
类型
蒸发温度℃
冷凝温度℃
压缩比
高温型
-23.3～12.5
27～60
＜6
中温型
-23.3～0
27～60
低温型
-40～-12.5
27～60
项目
制冷工质
R12
R22
R717
最高冷凝温度℃
50
40
40
相应表压力Mpa
≤1.14
≤1.48
≤1.49
蒸发温度范围℃
-30～10
-40～5
-30～5
相应压力表
0.0025～0.33
0.0076～0.5
0.22～0.43
吸气温度℃
15
15
T0+(5～8)
活塞最大压力差Mpa
1.2
1.4
1.2
最高排气温度℃
130
150
150
油压Mpa
比曲轴箱压力高0.15～0.3
最高油温℃
70
（表2活塞式压缩机的使用条件）
地板采暖所需供水温度；我国2007年制定的关于低温辐射地板采暖的标准中列出的在不同水温下，不同地板结构，地板提供热的有效散热量。见表3
管间距（mm）
200
175
150
平均供水温度35℃
陶瓷砖地面
86
90
94
复合木地板
66
69
71
实木地板
60
62
64
表中数据说明对于一般的节能建筑，在30-35℃的供水温度，用地板采暖是可以满足室温要求的，其对应的冷凝温度≤40℃，用R22为工质时，最高工作压力为14kg/cm²左右。这在安贞预制沟槽薄型地暖高效末端节能实践中得到验证。
（4）在寒冷地区空气-水热泵的工作条件
以京津地区为例，近年冬季出现的最低气温为-15℃，如上述，当室外气温为-15℃时，以R22为制冷剂的蒸发压力约为1.293kg/cm²左右，冷凝压力与蒸发压力之差＜14kg/cm²。而如果以R12的替代工质415B为制冷剂时，其最大工作压差会更小些。
最大工作压差是控制排气温度，保护润滑油的，对于回气冷却电动机的全封闭式压缩机尤其是螺杆式压缩机，上述最大压差还可以放宽。由上表1表2可见，全封闭的压缩机的使用范围适合空气源热泵地板采暖。
上述论证在诸多工程实例中获得了证实。
（5）空气源热泵机组容量的确定：如何确定此类热泵的大小很重要，前面已述及，当室外气温低于标准工况所制定的7℃时，空气源热泵的供热量会下降，所以设计者不能根据标准工况的供热量选用机组，而应该按照用户所在地区的供暖设计工况及热泵在所需供水温度下的供热量来选用机组。
北京某研究所的代表性产品FRS-8在家电所进行了性能测试，数据结果见下图
序号
室外温度℃
出水温度℃
消耗功率W
制热量W
性能系数COP
1
-2
34.3
1917
3832
2.00
2
-7
33.5
1780
3421
1.92
3
-10
32.1
1741
3695
2.12
4
-15
34.0
1734
2600
1.50
（1）、空气源热泵机组容量的确定
机组容量应在冬季采暖和夏季制冷所需容量中选择大者。
夏季制冷时机组容量=当地用户建筑空调设计负荷w/m²*用户的建筑面积m²*各房间同时使用系数
冬季采暖机组容量（地板采暖）=当地用户建筑采暖设计负荷w/m²*用户的建筑面积（m²）*（0.85~0.9）/（1-β）式中：β（供热量下降百分率）值见图，图中COP=供热量（kw）/机组全部耗电。
对长江流域在确定机组容量时，应考虑除霜的影响，适当加大机组容量。
（6）提高在寒冷天气时的压缩机回气量的问题：
空气源热泵在低温下工作时，蒸发压力很低，对一般的制冷剂来说其比容会大幅度下降，因此返回压缩机的质量流率就大大下降。因而不但使压缩机的出力下降，而且，制冷剂携带的润滑油也少了，致使压缩过程润滑恶化，摩擦损失加大，排气温度升高，会导致润滑油碳化，电机工况恶化，以致烧毁。图2表示出一种简单的增补回气的办法，即在气液分离器中加装一套盘管，使夹杂液滴的回汽与冷凝器出口的液体在图2所示的盘管上进行热交换，从而一方面使冷凝器过冷，增加放热量，另一方面回汽中的液体在蒸发，增加压缩机的回汽量，这是一种简单而又增效的方法。
（7）其他技术进展：为适应或扩大空气源热泵在寒冷地区的应用，目前还有以下的技术。
①制冷剂的进一步研制：目前我国广泛使用的R22制冷剂存在着冷凝压力高，排汽温度高，因而限制了热泵供水温度的缺点。近期国内也研制出了不少新的工质，如HFC123、HFC134A等。相同的冷凝温度下，温度可以降低30%，而排汽温度也下降，换句话说，在相同的压缩机使用条件下，其供热温度可以提高许多。但它们的比热小、比容大，而且HFC134A有室温效应。因而压缩机及热泵系统体积庞大，且能效比较低。其他如410、407、415、418等混合工质双组分的，也是不破坏大气的环保工质。由于热泵在热水供应和空调除湿用需要更高的供水温度，最近还研制出一些高温工质，如DY5，正在被研究机构试用。
②压缩机变频技术
③对压缩机的低压回汽进行补气
④对压缩机的电机进行冷却，或油路的冷却。
三、空气源热泵地板采暖的工程实例
案例一、天鸿集团建设的曙光花园【2】
室内于2001-2002冬季安装了空气源热泵地板采暖，地面为陶瓷砖。经中国家电所提供的电功率表及铂电阻测温仪，天鸿集团监测，全冬季逐日记录，结果为：热泵地暖的耗电量为20-30度/m²，比燃气炉节省58%的采暖费。案例二、2004年国家发改委信息传播中心再次指定由黑龙江节能监测中心对推广的典型工程案例进行实地测试，统计分析对其技术原理、节能指标、经济效益、市场能力等进行综合分析得出的结论是：该系统结合了地板采暖和热泵的节能优势以第82个“最佳节能产品”案例向全国推广。【3】
案例三、09-10年冬季，北京地区经受历史罕见的寒冬，元月6日，地板协会邀请河北、山东等关注这项采暖技术的人员组成一个参观团，对世界公园、颐西山庄、清华阳光生产基地等诸多用户进行考察，详细描述见《中国建设报》2010年1月14日第七版《品质，在低温天气中闪光》【4】
案例四、2012年1月北京鸿博家园经济适用房应用，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㎡。详情参见《高效末端技术在建筑节能中的实践与应用》【5】
四、结论
空调制冷+地面供暖（即空气源热泵地板采暖）在我国黄河，长江流域推广技术成熟，节能减排效益显著，对于用户来说节省成本；而且不影响水文地质、无烟尘排放属于绿色节能型系统，符合国情和人们的需要，因此推广潜力巨大。
参考文献：
【1】清华大学李元哲等《空气源热泵在建筑节能中的应用》。
【2】清华大学李元哲等《在我国寒冷地区稳步推进中的空气源热泵地板采暖》《供热制冷》2003.2
【3】发改委节能信息中心《最佳节能产品案例》
【4】《中国建设报》2010年1月14日第七版《品质，在低温天气中闪光》
【5】慧聪网《高效末端技术在建筑节能中的实践与应用》2012-2-15
