一种节能减排的新型建筑采暖方式

在建筑能耗中，使用能耗约为建造能耗的15倍左右，而在使用能耗中又以采暖和空调能耗为最高，特别在北方寒冷地区，供暖能耗几乎占总使用能耗的35%。因此，供暖系统的节能是建筑节能减排的一个重要领域。目前我国部分地区采用了可再生能源，如地源热泵技术、水源热泵技术、太阳能热水以及空气源热泵技术，并取得了可观的节能减排的效果。空气源热泵技术可以不受地面环境和地质条件的限制。在我国寒冷地区、夏热冬冷地区许多工程应用实践表明：该项技术在冬季可提供50℃左右的低温热水。
 

空气能、太阳能、地板采暖科技成果发布会现场

       空气源热泵节能性体现在，它可从室外空气中获取大量大自然的免费能源，并通过电能将其转移到室内。它的节能原理是，使用1份电能，可以同时从室外空气中获取2份以上免费的空气能，能产生3份以上的热能。空气源热泵技术在国内的最新进展是：采用高压腔直流变速压缩机或喷气增焓技术等。这些技术的采用可使低温启动更佳，使运行范围扩大到－20℃，根据室外气温自动调节，可使舒适性和节能性最大化。2008年空气源热泵也和太阳能一样被欧盟指定为可再生能源。进入2000年，随着热泵技术的成熟，在欧洲形成了将热泵技术应用于低温辐射式地板采暖的热潮，至今已经销售几十万套。欧洲EN14511标准就是出台于这种情况下。

       低温热水地面辐射采暖技术的最新进展是：散热效率提高，热媒水温可低于50℃，进回水温差可控制在5℃以内；升温响应时间快，可控性高。如预制沟槽薄型地面辐射采暖，其进水温度35℃；回水温度31.12℃。在空气基准温度20℃的条件下，实验室检测散热量值，可达每平方米100瓦。通过缩小加热管管径，增大加热管网敷设密度，以大流量、小温差、低水温进行辐射供暖。测试数据表明“散热末端温度越低，系统热效率越高，热损失越小”。因此，用该技术与空气源热泵组成采暖系统，是确保该采暖技术节能能效比高的关键技术之一。太阳能热水技术在国内外也取得了新的进展，热效率更高。以往，上述技术通常是各自在建筑节能中发挥作用，互不关联，所以，未能发挥综合效益。现将空气源热泵技术、低温热水辐射地暖、太阳能热水等技术有机的结合起来，优化组合成一个新的建筑采暖（生活热水）系统集成，形成了新的建筑节能减排的增长点。

       从2011年初开始，北京市建设工程物资协会组织大专院校、设计科研单位、企业等11家共同承担了住建部“空气源热泵、太阳能与低温热水地暖组合建筑采暖系统的节能能效研究”科技项目。该课题完成了空气源热泵、太阳能与低温热水地暖及生活热水，不同组合系统技术的优化设计与示范，并在多个工程项目中推广应用。其中在北京市、秦皇岛市、青岛市、上海市、重庆市和长沙市等地的房屋建筑（八项工程）中进行了重点测试，得出华北、华东、华中等寒冷和冬冷夏热地区的建筑采暖与供热能效数据。该项目于2012年11月26日通过了住建部科技项目成果验收，验收意见是：空气源热泵与低温热水地暖的组合系统能效比（COP）均超过3.0。具有运行能效高，运行费低的特点。它们完全可以满足华北等寒冷地区（室外最低气温高于﹣17℃,建筑采暖室内平均温度保持18℃）的需求，以及华中、华东等冬冷夏热地区冬季采暖的需求。

       通过对住宅建筑不同供热方式模拟计算及测试结果显示，不同供热方式的一次能源消耗量排序如下：燃煤热电联产供热方式<低温空气源热泵供热方式<燃气壁挂炉<大型燃煤锅炉供热方式<区域燃煤锅炉供热方式<直接电采暖供热方式。经该课题示范项目测试：在华北地区北部，2011年-2012年采暖季，一月份室外平均温度-4℃，最低温度-17℃，采暖室内平均温度保持在18℃。凡达到50%节能设计标准的建筑，冬季采暖+生活热水使用空气源热泵+太阳能的运行费用为每平方米13元/-15/元，使用空气源热泵的为每平方米18元/-20元，低于其它采暖方式的运行费用。

       课题组在北京市跟踪、测试了十多个项目。例如：北京城区南四环的鸿博家园小区测试项目（该建筑为2011年竣工经适房项目，高层板楼，围护结构按65%节能标准设计）。2011年—2012年采暖季，室外：最低温度-9.8℃，最冷日平均温度-4℃，最冷月平均温度-2.52℃。室内：整个冬季平均温度保持在20℃-22℃，地板采暖供水温度35℃。按采暖季125天，每户建筑面积平均82平方米计算,采暖总耗电量不超过2000度,约为33度/平方米。空气源热泵能效比（cop）在3.2以上，采暖季电费15元/平方米左右，低于同期同户型壁挂炉散热器采暖运行费用。

      北京郊区的几个测试项目中：其中室外温度最低的一个别墅项目，冬季室外平均温度-6.2℃，最低温度-18.8℃，室内平均温度保持在20℃，空气源热泵的COP值仍可达3以上。冬季取暖加生活热水所用电费19.7元/平方米，低于北京市燃气锅炉采暖费。

      北京郊区农村新建和旧房改造项目，采用空气源热泵、太阳能复合热源做为冬季地面辐射采暖和生活热水的热源，取得很好效果。如房山区西白岱村项目测试数据：2011年-2012年采暖季，一月份室外平均温度-4℃，最低温度-17℃，室内平均温度保持在18℃。系统采暖和生活热水总耗电量5367度，制热能效比（cop）3.16，其中太阳能集热器面积16平米，冬季太阳能制热供献率占总制热量约30%。

      由于在农村各户房屋保温性能的差异，凡达到50%节能设计标准的建筑，冬季采暖和生活用热水使用空气源热泵+太阳能的费用为13-15元/平方米；而使用空气源热泵的为18-20元/平方米。如果在太阳能集热器主动式采暖的同时，从结构设计上增加房屋太阳能被动式采暖技术设施，如加大向阳窗采光面积，安装日落后使用的保暖窗帘（挡板），使用蓄热材料等，可使太阳能的采暖供献率超过40%。

      综合各种供热方式运行费用比较如下：（建筑面积100平方米计算）

      采暖方式                     初投资                             采暖费用

      太阳能（采暖、生活用水）电辅助     16700            2860

      太阳能（采暖、生活用水）燃气壁挂炉   23700       1680

      太阳能（采暖、生活用水）空气源热泵   25200        1550

      我国北方寒冷地区，冬季太阳光照资源较丰富。太阳能供热主要用于生活热水。因目前技术限制，还不能靠太阳能单独解决采暖问题，通常采用太阳能+电锅炉辅助，尤其是采暖实际上还是以耗电为主。采用太阳能和空气源复合热源解决冬季采暖和生活热水供应，是一个节能减排的好举措。在没有集中供热条件及燃气管网的郊区村镇，使用这一技术的初投资较大一些，但运行费用低，几年内即可收回成本。如考虑该系统可兼顾夏季制冷的特性，其综合性价比的优势更为明显。

      通过对住宅建筑不同供热方式的二氧化碳排放量计算结果显示：空气源热泵是二氧化碳排放量最低的几种供热方式之一。目前我国相当多的中小城市、村镇，解决采暖和生活热水仍以燃煤为主，污染严重。此项技术如向国内有条件的地区推广，将会大大减少二氧化碳排放量，为我国“节能减排”的战略目标做出重要贡献。以北京郊区农村为例，据近年京郊新农村规划调查中统计，京郊农村一个采暖季需用煤347万吨，排放900万吨二氧化碳，8675吨二氧化硫，8443吨煤烟粉尘。如果一个农村家庭安装一套空气源热泵（太阳能）三联供系统，既能解决3-5口之家一年的正常生活取暖和热水需求，每年可节约燃煤3吨左右，节电230度（或少燃2吨薪柴秸秆，相当于3.5亩林地的年生物储蓄量），可节省费用2500元。减少二氧化碳排放量5-8吨，减少烟粉尘排放72公斤，减少二氧化硫75公斤。京郊有110万户需要节能改造的农村住宅，如有三分之一采用这项供热技术，即可减排二氧化碳296万吨，二氧化硫2775吨，烟粉尘2664吨。在北京市“蓝天工程”中发挥重要作用。

      目前，该项采暖技术已在北京及周边地区的民用建筑项目中得到应用。为了更好的规范和推广该项建筑节能采暖技术，北京市建设工程物资协会与北京建筑设计研究院为主编单位，组织生产厂家及建设单位等，共同编制了“住宅户式空气源热泵和太阳能生活热水系统技术导则”。该导则的主要内容包括空气源、太阳能和地暖（生活热水）组合系统的设计、施工和应用。技术导则将提供该系统的性能参数、应用条件，系统的优化组合及选配方案。

      由于北京市近郊区经济和环保需求水平的提高，推广清洁采暖方式成为北京近郊区的主要任务。而低温空气源热泵采暖技术，可成为经济条件较好的农村地区和城市内的文保地区的民用建筑，使用清洁能源采暖方式的技术选择之一，这也将是节能型电采暖服务市场的任务之一。空气源热泵、太阳能与高效的低温热水地面辐射采暖技术的结合，可形成较完美的低碳、节能、舒适又环保的采暖与生活热水技术。它作为我国节能减排的供暖与生活热水模式加以推广，具有非常重要的工程应用价值与现实应用意义。

      [编辑：孟扬]