PHNIX低温热泵在我国北方地区的应用

二、 风冷热泵的低温性能

为揭示风冷热泵的低温性能，北京清华索兰环能技术研究所建立了低温模拟实验室，于 2001年8月对以下三种有代表性的热泵机组进行了人工气候下的试验，三种机组是： A.索兰中低温压缩机的热泵试验机组（以下称 A 型） B.某著名公司热泵机组（以下称 B 型） C.索兰现产机组（以下称 C 型）
三、风冷热泵供暖的末端装置
1、 与低温辐射地板相结合
辐射供暖是一种卫生条件与舒适条件都比较高的一种供暖方式，地板辐射供暖比天花板 供暖更合理。
由于人体在地板辐射供暖的房间中，能从接触、辐射及对流多方面进行热交换，所以， 不少权威性资料指出，在达到人体同等舒适的条件下，室内空气温度可以比设计温度低2-3℃， 采暖负荷可降低15%左右，因此它又是一种节能的采暖装置。

例如，一台8000W 热泵机组采用地板采暖，供110平方米，则采暖季的运行费为13.45元 /m2，而如果选6000W 的热泵机组，虽初投资少0.26万，但冬季运行费为17.478元/m2，每年 要多花443.8元，5年后就不合算了，况且，电补热需加大用户电容量，也是需要考虑的。

当末端采用风机盘管送热风时，则由于出风温度较高，COP 下降（参见表二，例如室外 温度为-7℃ 时，产生35℃热水时，热泵 C.O.P 为3.5，产生45℃ 热水时，热泵 C.O.P 为2.58）， 以及采暖负荷较大，两项因素会导致上述费用加大30%-35%。例如北京地区冬季会增加约5 元/m2运行费。

但是，风冷热泵在寒冷地区（采暖设计温度-5～-15℃范围）能否用于采暖？在学术界一 直是众人存疑的，为此，必须明确回答以下几个问题，即：

1、什么样的热泵可以在上述气候下运行？ 2、在上述的低温天气下，热泵的供热量下降多少？出风或出水的温度最高达到了多少度？其 功效比为多少？ 3、除霜状况如何？给供热量带来多大影响？ 4、与哪种采暖末端结合可以达到供暖的目的？ 5、在我国采暖地区使用的经济性如何？及与其他采暖方式的比较。 下面就上述问题加以阐述。
2113 0.845
5862 2.345
19677 7.871 28993 11.536

电补热 W /元 1.073 1.4566 3.416 0 5.9426

设备投资 加 大 40% 时 0.893
1.303
3.349
7.871
13.453

由上可见，若采用电补热，年运行费为17.478元/m2，而设备投入加大40%，则年采暖运 行费为13.45元/m2。

末端装置
地板（每 米2）
总计

采暖热负荷 W/m2

-10℃ 以 下

6708

-7

～

-10℃10404

-4

～

-7℃28474

-4℃66904

112490

热泵供热量 W/m2 4024.8 6762.6 19931.8 66904 97628.2

C．O．P 3 3.2 3.4 3.4

耗电量 W / 元
1341 0.5366

28-38 3516 57 2860

C 6 31.5 ～ 39.25,42 ～ 45 4326 3756 28 40
1219 1388
3.5 2.58 29～33 32～40 3837 3489 36 42 1112 1219

外温-11～-16℃

C.O.P

出风或出水温度（℃） 33～37

供热量（W） 供热量下降百分数% 耗电量（W） C.O.P
表一：几种常用能源冬季采暖费用比较

方式 燃煤集中供 热 燃气
燃油 电暖气、电 热膜 热泵

燃料 价格 280元/ 吨 1.7 元 /m3 3000 元/吨 0.4 元 / 度 0.4 元 / 度

热转化 效率 55% 75% 85% 100% 300%

燃料热 值 5000wh /kg 10500w h/m3 10500w h/kg 1000wh /度 1000wh /度

产 生 1KWH 热 所需费用 0.102元/KWH 0.216元/KWH 0.336元/KWH 0.4元/KWH 0.133元/KWH

北京地区运 行费用 13.4元/m2 28.5元/m2 44.3元/m2 52.8元/m2 17.6元/m2

特点
污染严重、费用 低 轻微污染、费用 较高 轻微污染、费用 高 无污染、费用最 高

76931

73066

1.65 0.6

3.2

2857

8

53

0.81 0.3

3.4

1008

0

24

1.91 7.6 3.4
86 6

8.6

4

1.4 1.020
22 0.4
0.423 03
7.66
1.5 45 9.109

上表说明在郑州等纬度较低的采暖地区，用电补热的运行费用与加大热泵机组的情况相 差不多，例如一台6000W 的机组若采用地板供暖+电补热时，可供125米2，每米2的冬季采暖 费为10.185元。

测试结果摘要于表二

机组类型 额定功率（KW）

A

B

8

8

出风或出水温度（℃） 33～38

模 拟 外 温 -6 ～ -8 ℃
外温-9～-10℃

供热量（W） 供热量下降百分数%
耗电量（W）
C.O.P 出风或出水温度（℃） 供热量（W） 供热量下降百分数% 耗电量（W）

8000 0 220v 3122 2.56
此外，它的突出优点是可以也必须利用低品位热媒，并具有较大的蓄热性，在满足舒适 性的要求下，其表面温度不得超过24-26℃[2]。这一点为利用风冷热泵采暖提供了可能性。
以北京地区为例，其供暖设计温度为-9℃，住宅连续供暖的热负荷为52W/m2，地板供暖 的室内设计温度为16℃，由公式[2] TEP=Tn+9(q1/100)0.909 式中：TEP--地板表面平均温度，℃ Tn--室温，℃ q1--地板向上的散热量，即房间的热负荷 W/m2 TEP=16+9(52/100)0.909=16+4.96=20.96℃

3.2

3240

80 2

56 2.26

3.4

5388

60 4

18 3.4 45 7.38
0

25 10.3
99 69
0

设 备 投 资 加 大 3 5 % 时 1. 1. 1 29 5 6 7 2. 2. 2 15 6 5 4 7. 3 6 1 3. 0. 45 7 18 1

如末端采用风机盘管需加大运行费25-30%。

4、 兰州，北纬36.03。，采暖室外设计温度-11℃，室内设计温度同京津地区。

末端装 置

采暖热负 荷 W/m2

热泵供 热量 W/m2

C．O． P

耗电量 W 元

电补热 W 元

设备投资加 大35%时

-10℃ 17083

10250

341 1.36

3

6833

66

2.7 2.277
33

地板（每 米2）

-7

～

结果与[2]指出的20.12℃ 相近。根据[2]，有下列热阻值： ① 由加热管道内的水至水泥地板表面的平均热阻为0.0746 m2℃/W ② 实木地板层热阻为0.1m2℃/W ③ 地板砖层热阻为0.02m2℃/W ④ 复合木地板层热阻为0.046m2℃/W ⑤ 辐射地板向室内空气的传热热阻为0.107m2℃/W。 将上述热阻组合，并以北京地区住宅供暖负荷52W/m2为例进行计算，得出以下结果： ① 采用地板砖的辐射供暖设计水温需25-28℃； ② 采用复合木地板的辐射供暖设计水温需27-30℃； ③ 采用实木地板的辐射供暖设计水温需29-33℃。 考虑到使用的盘管材料壁厚不同等因素，上述温度应适当提高1-2℃。 上述地板中敷射管道直径为Ф16/14，间距为150-200mm。 由表二的数据不难看出，在我国北方寒冷地区采用风冷热泵时，以上出水温度皆可满足，并 且其功效比皆可在3.0左右，节电60%以上。
2、 与风机盘管相结合： 一般出风温度为38-40℃即可。从实验数据看，风冷热泵在北方大部分地区也是可行的，它的 前提也是将机组选型时选大一些（约40%），或采用电补热。

四、风冷热泵供暖的经济性分析

选取北方寒冷地区几个大城市的气象数据，对风冷热泵供暖的成本进行分析如下： 1、 京津地区 北纬39.1-39.95。，采暖室外设计温度-9℃，室内设计温度：地板+16℃，热风 +18℃，热泵的性能采用表二中的 C 组数据，电价0.4元/度
无污染、费用低

注：根据气象资料，求得北京地区冬季采暖负荷按132KWH/m2计算
另一方面，随着人民生活质量的提高，空调制冷的普及率大大提高，如果能创造冷暖合 一的人工环境设施，将具有环保、节能的双重意义。

风冷热泵是一种无需水源，只与空气换热的电驱动供冷暖设施。空气随处可得，用之不 尽。因此，采用风冷热泵在更广阔的地域供冷暖可以达到保护环境、节约能源、方便管理、 安全使用乃至美观的诸多目的，是众人企盼的。

-10℃4197

6

-4

～

-7℃45011

27285 32408

852 3.41

3.2

14691

63 0

953 3.81

3.4

13203

12

5.8 5.241
76 5.2
5.295 81

-4℃58766 58766

172 6.94 3.4
84 3

6.913

总计

163436

128709

387 15.4 34727
PHNIX 低温热泵在我国北方地区的应用
关键字：地板 供暖 PHNIX 低温热泵

摘要： 由于环保要求的提高,我国北方越来越多的城市限制燃煤采暖,随之而来何种清洁节能 的采暖系统可替代燃煤采暖成为关系到国计民生的紧要课题。本文通过对三种风冷热泵机组 低温（-6～-16 ℃）性能的测试，发现采用地板采暖时，由于地板所需水温较低，C.O.P 可以 在3.0以上，比风机盘管供暖节省30-35%。选择低温性能优异的风冷热泵机组，并适当考虑功 率大一些，在我国大部分北方地区，均可以满足采暖要求，达到明显节能、环保的效果。风 冷热泵结合地板采暖将是替代燃煤采暖的最经济的清洁采暖系统。

7075 15 3089 2.19

1.23 41～46 46～ 48 4369 3663 45.4 55 3300 3480 1.33 1.05

3.45 2.86

测试结果说明： 1、 测试的三种风冷热泵在室外温度为-5～-15℃的寒冷天气下，出风或出水温度皆可满足一 般房屋供暖要求，尤其是低温地板辐射供暖，前提是机组出力与负荷匹配。即热泵机组选型 时需将额定出力比设计负荷选大一些，否则，在出力不足时需加电补热，所选机组扩大的百 分数应视地区冬季气候而定。 2、 不同压缩机在相同的蒸发、冷凝温度、压力下（实验中监测温度、压力）表现出的性能 不同，即供热量和耗功率不同，A 最好，C 次之，B 较差。说明 A 更适合北方供暖用，需尽 快定型生产。 3、 关于冲霜对供热量的影响：首先，北方地区冬季气候干燥，决定了冲霜问题不严重；其 次，不少产品的冲霜过程都有较大的改进，完成动作一次的时间都很短，实验中观察，对于 一个惯性较大的供暖水系统 ，水温的变化不大。第三，在外温愈低时，空气中的绝对含湿量 愈小，冲霜的时间间隔变得很长。

关键词： 风冷热泵 地板采暖 COP 一 、我国北方地区面临的采暖问题

环境保护与节约能源正挑战我国的供暖热源。各种传统采暖方式都存在不同的缺陷： 1、燃煤锅炉采暖污染严重，必须改变。 2、集中供热收费制度正在改革，但即使解决了分户计量问题，也还存在着系统网络如何避免 水力与热力的失调问题， 除非彻底解决自动化，否则，很难实现用户自主调节使用 ,并缴纳 相应的费用。 3、使用燃气炉采暖，一是用户支出费用高，二是仍存在污染问题。据北京市节能办公室对用 这种热源分户采暖的住宅小区进行测试，证明氮氧化物明显超标，甚至还存在安全隐患。 4、直接用电取暖（如：电暖气、电热膜、电锅炉等 ），由于燃料的利用率太低，运行费用很 高，所以，在国标中明确规定一般情况不允许采用[1]。

3、 郑州，北纬34.43。，采暖设计外温-5℃，室内设计温度同京津地区。

末端装 置

采暖热负 荷 W/m2

热泵供 热量

C．O． P

耗电量 W 元

电补热 W 元

设备投资加 大35%时

地板（每 米2）

-7

～

-10℃8163

-4

～

-7℃3601百度文库

-4℃

65167

W/m2 5306 2593 65167

总计

2、 济南，北纬36.41。，采暖室外设计温度-7℃，室内设计温度同京津地区。

末端装置

采暖热负荷 W/m2

热泵供热量 W/m2

C．O． P

耗电量 W 元

电补热 W 元

-7 ～ -10℃ 6018
9258

地板（每米

2）

-4

～

-7℃19245

13857

-4℃62730

62730

总计

87993

82605

18 0.75