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根据实践经验，累年日平均温度稳定低于或等于5℃的日数大于或等于90天的地区，在保证室内设计环境的情况下，采用集中供暖系统更为经济、合理。因此，多年来在北方地区，集中供暖方式成为主流的供暖形式。 但如今住宅独立供暖方式悄然兴起，并日益明显地发展。原因如下。首先，由于我国经济发展和人民生活水平提高，住宅供暖成为更多国民的需求。有如下5种情况催生了住宅独立供暖方式，并且强劲地推动了相关技术的发展：1）南方地区供暖的呼声高涨，但不具备集中供暖条件，而且在南方地区建设集中供暖系统的投入过大、运行不经济；2）农村住宅与高档独立住宅不适宜采用集中供暖系统，使用独立系统更为经济和方便，CECS332-2012《农村单体居住建筑节能设计标准》第5.1.2条规定：“分散居住的农村建筑不应采用集中式采暖系统”；3）城市化进程持续，每年大量新增住宅需要供暖，但城市热源建设落后于住宅小区建设，迫使住户自寻出路去解决热源；4）由于市场行为，出现大量住宅闲置现象，考虑供热管理成本和运行费用经济，避免“大马拉小车”现象，独立系统比集中供暖系统有优势；5）新建住宅已执行节能65%的设计标准，供暖耗热量下降许多，以电或燃气为热源的户式独立供暖系统的费用大幅降低，较容易被用户接受。 其次，我国电力建设一直保持较快发展势态，尤其在当前我国经济转入新常态、经济发展方式将从规模速度型粗放增长转向质量效益型集约增长的形式下，大量高能耗、高污染企业和过剩产能被调整，为了保证生产设备效率，发挥投资效益，需要为在经济转型过程中节余的能源（电、燃气）使用寻求新的出路。其三，考察独立供暖系统能源的使用、排放，电、燃气相对于燃煤是清洁能源，能较好满足环境保护的国策。因此，在符合现行国家设计规范、标准的前提下，以电、燃气为热源的独立供暖系统能较好地符合环境保护的要求。 上述因素决定了户式独立供暖系统的使用有其必然性，并且其使用面积将迅速增长，具有很大的发展空间。这预示着，户式独立供暖系统的能耗量占社会供暖总耗能的比例将增大，并且持增长态势。此外，电、燃气是优质或高品位能源，而在供暖工程中低温热源即可满足供暖的要求。因此，以 电、燃气为热源的户式独立供暖系统的使用水平，对改善能源高品低用、对建筑工程的节能减排必定产生不容忽视的影响。当前独立系统的设计、施工、运行中存在许多不规范现象，甚至为了解决住宅热源，有部分独立系统片面地以低能效、排放污染高为代价。因此，需要从绿色节能的视角，审视和比较现有的各种独立供暖方式，确立综合考虑当地能源条件、政策规定，从能源形式、系统能效、热舒适度、环境保护、一次投入与运行费用等的理念，因地制宜，规范和引导独立系统的应用，推动其健康发展。 目前，独立供暖系统按其使用能源大致可分为以下几类：1）以电为能源，主要有电直热式供暖和热泵供暖；2）以燃气为能源，主要有燃气炉＋供暖末端；3）可再生能源＋供暖末端； 4）以煤为能源，家用燃煤热水炉＋供暖末端。 为适应城镇化的住宅供暖要求，对热源获得条件及其可靠性、环境保护、价格稳定性等方面综合比较，以电为能源的独立供暖系统发展较快，系统形式也较多。本文主要讨论以电为能源的住宅独立供暖系统。 电直热式供暖的形式很多，末端为辐射供暖系统的有电缆、碳纤维、电热膜，末端为散热器的有电油汀、碳纤维散热器，为利用谷电、减少运行费用的有蓄热式电散热器、蓄热式电缆地面辐射供暖系统。由于直接电热供暖对高品位能源的利用方式不合理，能效低，因此只有在符合规范规定的使用条件下方可使用。对于利用率低的建筑（如别墅），具有一次投资较少、管理维护方便的优势，具有相对的可用性。 出于对节能的考虑，当空气源热泵在符合 GB 50736—2012《民用建筑供暖通风与空气调节设计 规范》第8.3.1条提出的“在冬季设计工况的机组性能系数（COP）大于等于1.8”等要求的情况下，使用空气源热泵为冬季供暖热源，较之电直热式供暖，明显有高效、节能，运行费用低和环保性好的优势。从系统的热媒区分，对于使用空气源热泵的室内供暖系统，热媒为制冷剂的能效高于热媒为水的能效；从舒适度比较，末端为室内机（热风）的不如散热器系统、辐射供暖系统。 综上所述，在众多的户式独立供暖系统形式中，空气源热泵直热式地面辐射供暖系统（以制冷剂的冷凝热量直接加热地板）技术，是对空气能的可再生能源的利用，是一种环保、节能、经济性较好的系统。 空气源热泵直热式地面辐射供暖系统主要由热源机（空气源热泵）、输配管（供气管、回液管）和地埋供热部件（毛细管席）组成。该系统采用制冷剂的冷凝热直接加热地板，是热泵技术和地板辐射供暖合理的结合。图1为系统原理图。 空气源热泵直热式辐射供暖系统原理图
该系统采用毛细管席作为供暖末端。毛细管席示意图见图2。 毛细管席示意图 辐射供暖地面的向上供热量和向下传热量应当通过计算确定。毛细管席的供热量与管材的规 格、长度、地面层的构造和材料等有关，并且毛细管的产热量与热源机的冷凝压力有关。目前尚无软件计算直热式辐射供暖系统的地面供热量。JGJ 142—2012 《辐射供暖供冷技术规程》第3.4.4条规定：“毛细管网辐射表面向上供热量或供冷量，以及向下传热量应按产品监测数据确定”。通过实验与工程实践，积累数据，该系统得到一定条件（热源机机型）下一定规格的毛细管网辐射表面向上供热量。 按照连续稳定运行条件，地面供热量接近热源机的产热量，因此把系统供热量计算简化为类似电缆地面辐射供暖系统的供热量的计算。在对以住宅独立供暖为对象的空气源热泵直热式辐射供暖系统研究课题中，为获得较高的系统能效，以已开发的热泵室外机机型对毛细管席发热管进行配型，通过实验与大量的工程实践与实测，毛细管席的每根分路管长度为16m时，放热量约为200W，即12.5W/m。因此，设于该区域的毛细管席的分路管总长度可根据所负担的供暖区域需要的负荷进行计算。 空气源热泵直热式地面辐射供暖系统设计、施工、验收的内容包括：一般规定、地面构造、房间热负荷计算、辐射面散热量和系统供热量计算、供暖系统设计、温控、系统与地面材料、施工、试运行、调试及验收，主要依据JGJ142-2012《辐射供暖供 冷技术规程》，或河北省工程建设标准DB13（J） / T168—2014《空气源热泵直热式辐射供暖技术规程》的规定进行。 3.2.1围护结构 住宅用户独立供暖系统用户行为节能意识较强，为减少因户间传热产生的供暖费用，宜做好户间隔墙、楼板的保温。河北省工程建设标准DB13（J）63—2011《居住建筑节能设计标准》规定采用地 面辐射供暖系统的住宅的分户墙、分户楼板的传热系数限值分别为1.6W/（㎡.K）和1.2W/ （㎡.K）。 3.2.2热负荷计算 空气源热泵直热式地面辐射供暖系统的通常做法为：每户独立配置热源机，独立设置室内供暖系统，具有自动控温、定时运行等功能。该系统属于分户独立热源的辐射供暖系统。所以其热负荷计算时需考虑间歇供暖附加值和户间传热负荷。对于住宅，考虑附加后房间热负荷可参考下式计算。 对于公共建筑如采用间歇供暖形式，可参照JGJ142—2012《辐射供暖供冷技术规程》第3.3.7 条的条文说明，对房间基本负荷考虑一定的间歇供暖负荷修正。 3.2.3系统设计 系统设计分为热源机选型与设置、输配管线设计、供暖环路划分、毛细管席设计。 1）热源机选型与设置 对热源机的选择首先应符合规范对热泵融霜控制、冬季机组性能系数的要求，即融霜控制可靠， 融霜时间总和不应超过运行周期的20%；冬季设计工况时机组性能系数（COP）不应小于1.8。从气候条件来讲，热泵的能效随着室外空气温度的降低而下降，从提高能效角度出发，在寒冷地区使用比在严寒地区更适宜。 目前已经用于工程的热源机分为标准型和低温型，其性能参数见表1，性能曲线见图3~6。 表1：热源机技术参数 图3：热源机标准型（制热量5.2kW）性能曲线 图4：热源机标准型（制热量7.8kW）性能曲线 图5：热源机标准型（制热量4.3kW）性能曲线 图6：热源机标准型（制热量6.0kW）性能曲线 热源机选型。根据室内热负荷，初步确定满足要求的热源机额定制热量；按照设计工况，对热源机的有效制热量，根据室外供暖计算温度，分别采用温度修正系数和融霜修正系数进行校核；根据校核结果，确认热源机容量。 2）输配管线的设计 输配管的规格选择应满足系统供热所需制冷剂质量流量的要求。输配管的长短与系统制冷剂 的充注量相关，管道过长不仅会增加制冷剂的充注量，而且还会影响系统的制热能力和系统的可靠性。输配管与毛细管席间的连接应利于安装、便于检修，并遵循管路最短原则；输配管至各环路的长度宜尽量接近，以利于系统中各环路的水力平衡。供气管与回液管、毛细管的分气头与集液头的温差较大，两管间距过小时会引起无效传热损失，构造 层中供气管与回液管间距不宜小于10mm，若小于10mm，应采用隔热材料隔离；绝热材料可采用聚苯乙烯泡沫塑料。 热源机与室内毛细管席间的管线长度、高差不应超过产品技术要求。输配管的规格选择可按照热源机的供热量参照表2选配。 表2：热源机机型与对应的输配管管径
3）毛细管席的设计 直热式辐射供暖系统户内的供暖环路应按供暖区域划分，每个房间宜为一个供暖区域，设置一个供暖部件（毛细管席），对于面积较大的房间可划分成多个供暖区域。各供暖区域的毛细管席应按所需供热量配置，应设置在所在供暖区域的有效散热区内。 分气头、集液头上下布置，高差应不小于20mm；分气头、集液头之间间距不应大于200mm； 毛细管席的分路管宜采用等长铜管制作；分路管宜均布，不宜交叉，必须交叉时应在空间位置上错开，高差应不小于10mm；分路管应等间距排布，宜采用平行型（直列型）排布，管间水平距离最大不超过150mm，最小不小于50mm。 毛细管席的分气头、集液头处是管路焊接点集中的部位，为方便检修，设置检修盒，作为检修空间。 所有与制冷剂接触的管道材料采用磷脱氧无缝拉制的紫铜管，铜管的各项性能指标应满足 GB/T18033—2007《无缝铜水管和铜气管》的要求。 空气源热泵直热式地面辐射供暖系统的土建构造层施工与一般的地面辐射供暖系统相同。室 内系统施工，如冷媒管安装（切割、弯曲、胀管、喇叭 口制作、焊接）、气密性试验、制冷剂的充注与回收等应按照JGJ174—2010《多联机空调系统工程技术规程》的要求进行。 在施工中需要注意以下几方面：毛细管席的分路管应使用整根铜管，不应拼接使用。供暖系统管道焊接部位均应安装在检修盒中，检修盒应在所有管道敷设完成、接头焊接完成后依照施工图的要求安装固定。检修盒不应设在固定设备的下方。严禁在管道内有压力的情况下进行焊接，输配管的下部是绝热层，焊接作业时应做好防火安全防护措施。当系统需要排空制冷剂进行维修时，应使用专用回收机对系统内剩余的制冷剂回收。当发现系统有泄漏需要补焊修复时，必须将修复段的制冷剂排空回收。 目前采用户式独立供暖方式的住宅，其围护结 构热工性能已达到二步节能要求（节能率65%）。以石家庄市为例，供暖热指标为＜30W/㎡。考虑 间歇运行和户间传热因素，热指标为46~52W/㎡。 按照热指标为46~52W/㎡ 计算石家庄市住宅年耗热量，分别为0.372， 0.421GJ 。 对电直热式供暖地面辐射供暖系统、空气源热泵直热式地面辐射供暖系统、燃气壁挂炉地面辐射供暖系统的运行费用进行计算，结果见表3~5。 表3：电直热式供暖（电缆、碳纤维、电热膜）的费用 表4：燃气壁挂炉供暖的费用（注：天然气热值为35169kj/㎡ ） 表5：空气源热泵直热式地面辐射供暖系统的费用（注：热源机主机在室外空气温度为-9℃时，标准型5.2,7.8热源机的COP值均大于3，系统COP按2.0,2.5计算，分子项系数对应COP=2.0，分母项系数对应COP=2.5） 采用燃气壁挂炉费用。燃气炉部分负荷下的效率为85%，天然气价格为2.4元/m³，天然气用量为8.12m³（46W/㎡ 时12.44m³，52W/㎡ 时14.07m³）。费用：46W/㎡时29.86元/㎡，52W/㎡ 时33.79元/㎡。 表6为3种不同热源的地面辐射供暖系统费用的比较。
（表6：3种不同热源的地面辐射供暖系统费用的比较，注：表中第4列中数据为表5所列地面辐射供暖系统（COP）为2.0~2.5时的费用。） 以上费用计算均未考虑即将出台的阶梯气价、电价规定。 由表6可知，空气源热泵直热式地面辐射供暖系统运行费用低于燃气供暖费用，并且热泵系统的能效越高，其运行费用越低。当然，由于市场价格体系、气源、电力供应不断变化，降低费用的根本途径在于降低建筑能耗和提高系统能效。 据工程施工单位回访与统计，在热泵直热式地面辐射供暖系统实际运行中，农村居民的供暖支出费用为17~22元/㎡，城市居民为14元/㎡。可以看出，其中行为节能因素对费用的影响明显，但也说明此种供暖方式的潜力。 4.1 户式独立供暖方式的使用有其深刻内在原因，即是在满足环境保护要求的前提下，以强劲广泛的社会需求为动力，并获得能源的供应充足、便利的支持。但要持续发展，在节能低碳发展的大背景下，就不能只简单地停留在解决供暖的低层面上，需要体现暖通空调发展新理念，要在满足室内热环境要求的前提下，以节能高效、环保、经济为目标，进行综合优化，提升系统的整体水平。 4.2 在各种户式独立供暖方式中，能效高的系统不仅有节能的优势，对于用户则意味着运行费用低，因此更适于推广使用；同时，这也是户式独立供暖方式提高的技术方向。 4.3 户式独立供暖方式中的空气源热泵直热式地面辐射供暖系统，采用热泵提取空气中的低位热能，是对可再生能源的利用；系统构成简洁，热媒循环系统采用制冷剂，无循环水系统和设备，能效高于多联水机；采用低温辐射地面供暖系统，舒适度优于采用室内机的热风供暖系统；控制简单可靠，可实现分户计量，有利于行为节能。因此，在各种独立供暖系统中，空气源热泵直热式地面辐射供暖系统相对能效高、舒适度好，运行费用较低。由于采用地面辐射供暖方式，如在既有建筑中使用，铺设辐射管时对住户生活会产生较大干扰，因此，空 气源热泵直热式地面辐射供暖系统适合于新建住宅的独立供暖。 4.4 为保证以电为热源的户式独立供暖系统的使用，应当在区域能源规划的前提下，作为经济转型中的新的用电出路，确定以电为热源的户式独立供暖系统的使用区域，形成供暖对电力建设的社会效益。 |
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