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侯隆澍：《空氣源熱泵技術建筑應用指南》介紹
內容提要
住房和城鄉建設部科技與產業化發展中心博士侯隆澍出席“熱立方杯”第六屆中國空氣源熱泵供暖高峰論壇，發表題為《<空氣源熱泵技術建筑應用指南>介紹》的演講，他重點介紹了《空氣源熱泵技術建筑應用指南》的工作背景及編制思路，并根據實際工程案例存在的實際問題，從規劃、設計、選型、施工和運行等層面分享了提高空氣源熱泵建筑應用運行效果的技術措施。以下為演講實錄。
工作背景
近幾年，環境污染問題是一個大家比較關注的熱點問題，尤其是霧霾問題。研究表明，冬季的集中供暖是造成霧霾的主要原因，由于集中供暖，冬季的污染物排放量遠遠高于夏季1.5～2倍以上。為此，國家開始推進北方地區冬季清潔供暖，并在“2+26”城市(京津冀大氣污染傳輸通道)開展了首批試點工作。
上述的政策背景為空氣源熱泵的應用提供了一個很好的契機，特別在2017年，空氣源熱泵出現了進一步的大規模增長。但是，與此同時，有些問題也暴露出來，包括布置不科學、施工不規范、選型不合理、運行問題多等。為了解決這些問題，我中心承擔了《空氣源熱泵技術建筑應用指南》(以下簡稱《指南》)的編制工作。
編制思路
在北方地區特別是北京地區，空氣源熱泵的應用以熱水供暖為主，所以《指南》以空氣源熱泵冷熱水機組建筑應用為核心。《指南》的定位主要是是實現從熱源側到用戶側的銜接，用于解決供暖中的實際問題。
重點想解決四個方面的問題：一是分析空氣源熱泵供暖系統與傳統供暖系統的區別;二是有哪些標準做法能實現系統的高效應用;三是現在的工作中，特別是一些農村地區“煤改電”的過程中，有哪些錯誤的做法值得關注;四是對于錯誤的做法，我們應該如何解決，最終實現編制《指南》的目的。這些內容有些是技術性的，有些是常識性的，我們希望統籌介紹技術性和常識性的內容，充分提高空氣源熱泵的實際應用效果，用良好的用戶反饋來進一步促進空氣源熱泵行業的發展。
先簡單介紹一下《指南》的框架，包括總則、規劃與布置、設計與選型、施工與驗收、運行與維護、工程評價、附錄，共7章62節。下面主要從三個問題切入，簡單介紹一下《指南》的具體內容。
問題一：空氣源熱泵系統運行效果欠佳
有句話叫“前車之鑒，后事之師”，我們從過去幾年一些熱泵項目的實測數據來分析一下存在的問題。上圖是我們在同一個地區選擇的地源熱泵的實際應用效果，藍色加灰色是機組COP，灰色是實際的系統COP，即包括水泵及其他設備的COP。有網格的部分和其他部分的應用時間大概相差5年以上。我們發現機組COP高，但系統COP也就是說直接影響用戶支出的COP并不是最合理的，而且隨著近十年的技術發展，機組的性能可能有不同程度的發展，但是系統應用上十年間可能變化不是很大。
除了以上問題，還有幾個居民反映的問題，包括費電、不熱、不會用。我們結合實際調研的案例看一下問題的解決辦法。用戶們對室外機的布置各種情況都有，很多布置過程中忽略了室外機換熱的基本原理，就是它的進出口溫度、風速、換熱密度問題。比如安裝在一個小空間里的室外機，影響的是進風溫度、濕度;機組間相互干擾，相互影響換熱;與墻體安裝得比較近，影響的是進口風速;一些高原地區也開始采用空氣源熱泵，但這些地區存在空氣密度的問題，以拉薩為例，空氣密度大概是北京的65%左右，這也是影響空氣源熱泵實際應用效果的關鍵因素。
對于上述問題，我們在規劃與布置的時候有四個應該注意的問題：首先是對換熱條件的優化，充分保證機組設計工況下的實驗條件;其次是盡量減少機組相互之間的影響，充分提高換熱效果;第三是減少機組在居民活動區的影響;第四是有效提高設備長期使用的高效性，特別是在塵土比較大的時候，會加劇換熱器的臟堵及系列問題。以上這些都是在規劃階段就應該規避的主要問題。
上面的圖是用戶說他這個房間里始終不熱。我們先看這個建筑的圍護結構，它的窗戶是單層的，還漏風，建筑需求太大。我們在設計與選型過程中，首先對建筑的需求要有一個有效把控，保溫條件好可以降低供暖需求。熱源側不熱的時候，要關注設備的匹配是否足夠，或者中間哪些環節有問題。
在換熱器的形式上，宣傳中都認為空氣源熱泵和地暖系統是個絕配，可以充分發揮換熱效果。但實際應用中，實測數據證明從經濟性來說不一定合適。地暖雖然效率高，但是向下的傳熱率比較大，這種無用的散熱量會增加系統的能耗水平。
安裝對空氣源熱泵也是一個影響比較大的因素，現在在“煤改電”過程中，閥門安裝不到位(在最高點缺少排氣閥，最低點缺少泄水閥)、忽視管道的選擇和設備的固定等問題均有出現，對這些環節的關注還是不夠，需要我們加強安裝細節的把控。
對供熱系統的選擇，有人覺得同程系統的管程是一樣的，寧愿增加管長也要保證水力平衡的效果，其實對于小型系統來說很有可能好心辦壞事。現在大家都認為水力系統的最不利環節應該是最遠端的管，但其實同程系統恰恰跟傳統的認識相反，最不利環節恰恰在中間。采用同程系統的時候，往往是兩端熱中間不熱，中間有可能不動甚至出現逆流的情況，嚴重影響實際應用效果。
同時這里還要引申一下水力系統和水力平衡的設計，我們曾經專門對一個比較大型的集中供熱系統進行過測試，從設計階段優化，僅僅是調整水力平衡，最后節約運行費用達到10%以上。
對于系統的排氣，有人認為只要開始的時候把系統的氣排干凈了系統效率就好了。其實往往并不是這樣，根據氣和水的結合方式，有三種排氣方式：氣和水分離開的，簡單進行排氣即可;氣水混合在一起的，通過排氣閥可以部分排除;水中的溶解氣，在運行過程中不斷往外滲，需要大家重視。
現在有些集中供熱系統都是采用地暖末端，末端用一年以后往往會發現不如以前熱了，原因有上述的氣體問題，地暖的水流速度低導致氣體的堆積，此外，在流速不足的情況下，雜質無法有效帶走，這樣導致整體的運行效果不佳。所以在運行和維護中，供暖之前就要做好系統的準備工作，如排氣、沖洗、防凍、檢漏等。
問題二：空氣源熱泵系統運行噪聲偏大
產品標準規定夜間臥室噪聲要低于37分貝，實際安裝中，有些機組直接安裝在用戶的臥室旁邊，這個噪聲可想而知。安裝在居民的院子中，在吹風的過程中還會造成二次噪聲的產生，而且對于農村地區，越安靜的地方噪聲越明顯。所以對農村這種安靜的地方，要更加科學地布置空氣源熱泵來降低它的噪聲，實現對居民影響的最小化。
降低噪聲主要從噪聲產生的方法和傳遞的過程進行控制。設備的噪聲主要有設備自身運行產生的噪聲，還有設備振動產生的二次噪聲，噪聲還會通過管道、空氣和其他介質進行傳遞。對它的控制，我們也可以從規劃布置、設計選型、施工驗收、運行維護等方面進行介紹。
規劃布置方面，盡量使有噪聲的設備遠離噪聲敏感地帶，比如臥室;在設計和選型方面，可以選噪聲相對比較小的設備，從切斷聲源的角度降低噪聲;施工方面，做好機組的減震措施，同時要控制機組本身噪聲的傳遞工作，首先是采用軟連接來減少噪聲，其次是合理控制系統的水流速度，防止水流過快產生的二次影響;在運行和維護階段，做好系統的沖洗和排氣工作。
問題三：空氣源熱泵的應用離精品工程還有多遠距離
上圖是中國和日本在安裝過程中的細節把控，下圖是中國和歐盟在配件產品上的差距。從圖中的對比上可以看出，在安全細節的把握、居民的使用感受等很多方面，都需要我們進一步完善。