表一：几种常用能源冬季采暖费用比较
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方 式
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燃料价格
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热转化效率
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燃料热值
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产生1KWH热所需费用
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北京地区运行费用
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特点
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燃煤集中供热
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280元/吨
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55%
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5000wh/kg
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0.102元/KWH
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13.4元/m2
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污染严重、费用低
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燃气
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1.7元/m3
|
75%
|
10500wh/m3
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0.216元/KWH
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28.5元/m2
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轻微污染、费用较高
|
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燃油
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3000元/吨
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85%
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10500wh/kg
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0.336元/KWH
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44.3元/m2
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轻微污染、费用高
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电暖气、电热膜
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0.4元/度
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100%
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1000wh/度
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0.4元/KWH
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52.8元/m2
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无污染、费用最高
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热泵
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0.4元/度
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300%
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1000wh/度
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0.133元/KWH
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17.6元/m2
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无污染、费用低
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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。
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。
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）
测试结果摘要于表二
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机组类型
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A
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B
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C
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额定功率（KW）
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8
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8
|
6
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模拟外温-6～-8 ℃
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出风或出水温度（℃）
|
33～38
|
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31.5～39.25,42～45
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供热量（W）
|
8000
|
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4326 3756
|
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供热量下降百分数%
|
0
|
|
28 40
|
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耗电量 （W）
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220v 3122
|
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1219 1388
|
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C.O.P
|
2.56
|
|
3.5 2.58
|
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外温-9～-10℃
|
出风或出水温度（℃）
|
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28-38
|
29～33 32～40
|
|
供热量（W）
|
|
3516
|
3837 3489
|
|
供热量下降百分数%
|
|
57
|
36 42
|
|
耗电量（W）
|
|
2860
|
1112 1219
|
|
C.O.P
|
|
1.23
|
3.45 2.86
|
|
外温-11～-16℃
|
出风或出水温度（℃）
|
33～37
|
41～46 46～48
|
|
|
供热量（W）
|
7075
|
4369 3663
|
|
|
供热量下降百分数%
|
15
|
45.4 55
|
|
|
耗电量（W）
|
3089
|
3300 3480
|
|
|
C.O.P
|
2.19
|
1.33 1.05
|
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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。
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。
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℃
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
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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40%时
|
|
地板（每米2）
|
-10℃以下 6708
|
4024.8
|
3
|
1341 0.5366
|
1.073
|
0.893
|
|
-7～-10℃10404
|
6762.6
|
3.2
|
2113 0.845
|
1.4566
|
1.303
|
|
-4～-7℃28474
|
19931.8
|
3.4
|
5862 2.345
|
3.416
|
3.349
|
|
-4℃66904
|
66904
|
3.4
|
19677 7.871
|
0
|
7.871
|
|
总计
|
112490
|
97628.2
|
|
28993 11.536
|
5.9426
|
13.453
|
|
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
|
|
地板（每米2）
|
-7～-10℃ 9258
|
6018
|
3.2
|
1880
|
0.752
|
3240
|
1.296
|
1.157
|
|
-4～-7℃19245
|
13857
|
3.4
|
5660
|
2.264
|
5388
|
2.155
|
2.264
|
|
-4℃62730
|
62730
|
3.4
|
18450
|
7.38
|
|
|
7.36
|
|
总计
|
87993
|
82605
|
|
25990
|
10.369
|
|
3.451
|
10.781
|
如末端采用风机盘管需加大运行费25-30%。
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W/m2
|
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
|
5306
|
3.2
|
1.658
|
0.653
|
2857
|
1.422
|
1.020
|
|
-4～-7℃3601
|
2593
|
3.4
|
0.810
|
0.324
|
1008
|
0.403
|
0.423
|
|
-4℃ 65167
|
65167
|
3.4
|
1.9186
|
7.66
|
|
|
7.66
|
|
总计
|
76931
|
73066
|
|
|
8.64
|
|
1.545
|
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。
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
|
|
地板（每米2）
|
-10℃ 17083
|
10250
|
3
|
3416
|
1.366
|
6833
|
2.733
|
2.277
|
|
-7～-10℃41976
|
27285
|
3.2
|
8526 3
|
3.410
|
14691
|
5.876
|
5.241
|
|
-4～-7℃45011
|
32408
|
3.4
|
9531
|
3.812
|
13203
|
5.281
|
5.295
|
|
-4℃58766
|
58766
|
3.4
|
17284
|
6.943
|
|
|
6.913
|
|
总计
|
163436
|
128709
|
|
38757
|
15.471
|
34727
|
13.89
|
19.726
|
由表可见，对于比北京寒冷的兰州地区，用电补热的采暖费用比较高(29.361元/m2,较地板高出近10元/m2)，不如加大设备。如采用风机盘管,其运行费可能达到26元/m2（如用电补则为39元/m2）。
综上所述，下表为我国北方几个城市采用风冷热泵采暖的运行费用比较
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采暖末端方式
|
北京、天津
|
济南
|
郑州
|
兰州
|
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地板（大热泵）
|
13.45元/m2
|
10.78元/m2
|
9.11元/m2
|
19.73元/m2
|
|
地板+电补
|
17.48元/m2
|
13.82元/m2
|
10.19元/m2
|
29.36元/m2
|
|
风机盘管（大热泵）
|
17.5元/m2
|
13.5元/m2
|
11.4元/m2
|
26.6元/m2
|
|
风机盘管+电补
|
22.7元/m2
|
17.3元/m2
|
12.7元/m2
|
39.6元/m2
|
参见表一，北京地区各种采暖方式运行费用总结如下
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方式
|
燃煤
|
燃气
|
燃油
|
电暖气、电热膜
|
风冷热泵+风盘
|
风冷热泵+地板
|
|
热转化效率
|
55%
|
75%
|
85%
|
100%
|
300%
|
34s0%、采暖负荷降15%
|
|
运行费用(元/m2)
|
13.4
|
28.5
|
44.3
|
52.8
|
17.6
|
13.45
|
