2013年，隨著城鎮化的發展，2001-2013 年農村人口從8.0億減少到6.3億人，而農村住房面積從人均25.7m2/人增加到38.1m2/人，住宅總量有所增加。

以家庭戶為單位來看農村住宅能耗的變化，戶均總能耗沒有明顯的變化，除農村戶均電耗呈快速增長的趨勢外，農村地區越來越多的生物質能被煤炭和電能所取代。目前，北方農村地區普通農村住宅采暖系統大都仍采用燃煤鍋爐+室內暖氣片或者電鍋爐+室內暖氣片的系統形式，由一家一戶的小型燃煤爐或電鍋爐生產高溫熱水，然后輸送給室內暖氣片，以滿足室內溫度條件需求。小型燃煤爐燃燒效率低，煤質差，煤煙排放量大，對環境污染嚴重。而電能屬于能源，電鍋爐采暖屬于將高品位能轉化為低品位能，是一種能源的浪費，不應該推廣使用。

如今“節能減排”已經成為全社會高度關注的話題，農村地區的節能潛力很大，但在原有基礎上進行供熱系統的改造也是非常困難的。如果采用由電驅動的空氣源熱泵直接取代燃煤鍋爐，而且室內采暖系統直接采用冷媒管路連接，直接加熱暖氣片散熱器，將是一個非常經濟、 極易推廣的北方地區燃煤鍋爐供暖熱源替代方案，將大大改變北方地區大氣污染問題。然而空氣源熱泵能夠加熱暖氣片散熱器末端表面的溫度一般來說不超過55℃，低溫熱量供給散熱器能否滿足室內供熱需求成為我們關心的問題，這將直接關系到能否在原有的散熱器結構來實現空氣源熱泵+散熱器供暖方案的可行性。本文將從模擬計算來說明這個問題，進而研究空氣源熱泵在實際運行過程中的能效變化規律，為農村住宅改變生活環境，為實現建筑節能減排的目標，提供工程設計和技術改造依據。

1 低溫空氣源熱泵+散熱器供暖方式的靜態模擬計算

1.1 住宅的基本信息

我們選取的農村住宅位于山西省太原市，該住宅整體長13.8m，寬11.9m，房屋凈高為 3.8 m，占地面積約164.22m2，采暖面積為96.7m2。

該住宅共有 8 間房屋，房間內供暖末端散熱設備為散熱器，采用冷媒直接加熱末端散熱器的形式，每組散熱器之間用冷媒分歧管并聯；散熱器類型為四柱GB22型鋼制板式散熱器，住宅的房屋結構及室內采暖系統情況如圖1所示。

該住宅采用的是廣東芬尼克茲節能設備有限公司研發制造的分體式低環境溫度空氣源熱泵機組。室內采暖的熱媒仍然為R410A冷媒，由于暖氣片表面的溫度不超過55℃，屬于低溫熱源供熱。

由于農村地區的房屋節能保溫性能相對城市較差，所以我們這里對建筑熱工參數不易測量的既有農村建筑的熱負荷計算用熱指標80W進行估算。經過計算得到該建筑的冬季設計采暖熱負荷為7736W。

1.2 散熱器的參數

該系統采用的是GB22型鋼制板式散熱器，該散熱器的散熱面積為3.86m2/片，根據文獻[2]，傳熱系數計算公式為：

K=2.503△t0.298 

上述公式是針對傳統高溫供回水溫度所得的實驗室數據，故我們應對低溫供回水時散熱器的性能進行分析。

哈爾濱工業大學的李慶娜通過實驗得到結論：散熱器在低溫運行時的性能曲線可近似為其高溫運行時性能曲線的延長線的結論。這里將GB22型鋼制板式散熱器在高溫水運行時的曲線繪制出來，并延長得到圖 2。 

1.3 模擬計算

根據四柱760鑄鐵型散熱器的散熱量應該滿足室內的熱負荷需求，所以得到以下的對應關系。

 Q=KF(tpj-tm)=q0×A (1)

式中：

Q 為散熱器散熱量，也為室內熱負荷，W；

K 為散熱器傳熱系數，W/(m2·K)；

tpj 為散熱器進出口熱水平均溫度，℃；

q0 為單位熱指標，W/m2 ；

A 為室內采暖面積，m2 。

令 △t=tpj-tW，散熱器的散熱量可以由式(2)求出，

Q=2.503△t1.298 (2)

利用上述公式得到測試建筑如果用傳統供回水溫度所需要的散熱器片數(見表 1)。

北京地區采用聚苯板外保溫進行節能 改造的農宅節能率達可達45%以上，而在建筑節能“三步走”的戰略中的二步即節能50%，北京地區要求室內的供暖熱指標為52 W/m2，所以如果為進行節能 改造的建筑更換熱源，采用低溫空氣源熱泵散熱器供 暖系統，由于機組制取的高溫水高不會超過50 ℃， 取高出水溫度45 ℃。當供回水溫差取 5 ℃時，不同供回水溫度時，滿足室內溫度要求需要的散熱器片數， 如表2 所示。

通過表1和表2的對比，可以看出：農村住宅在采用低溫空氣源熱泵散熱器供暖系統的同時，如果能對房屋進行節能改造使其節能率達到二步中的50%的要求，則需要增加的散熱器片數隨供回水溫度發生變化，但總體來看多為原來的一倍，實際需增加的片數應小于這個數值。

但是這種增加散熱器片數的方法，可能面臨到空間不足，成本增加的難題在農村地區不容易被大眾所接受。對于供水溫度處于50℃以下的系統，末端設備采用地板輻射采暖或風機盤管的采暖方式，但這兩種方式對于農村地區并不適用，在原本已建好的房屋上進行末端設備的更換比較費時費力，更不易被農村地區的用戶所接受。

考慮到農村的住戶一般家里都是采用散熱器作為末端設備，使用習慣不容易被改變，所以將熱源更換為空氣源熱泵，末端在原來散熱器基礎上改為散熱效果更佳的鋼制板式散熱器，這種方式更具有優越性。

根據文獻[2]，GB22型鋼制板式散熱器單位面積散熱量為760鑄鐵型散熱器的2倍，因此保持和原來占墻面積一樣的GB22型鋼制板式散熱器就可以滿足，無需增加暖氣片占墻空間。

2 研究結論

通過以上的模擬計算，我們可以初步得到以下結論：

(1)通過改變散熱器形式來保證低溫供熱溫度條件下滿足室內供暖需求的方式在理論上是可行的，并且這樣的方式在農村地區非常的適用，減小了工程量，沒有改變用戶的使用習慣，接受程度高。

(2)目前的數據只驗證了GB22型鋼制板式這一種散熱器在熱源條件下運行的情況，對于其他類型的散熱器的性能還有待進一步的研究。并且對于用低溫水供給散熱器時，應在原有基礎上增加的散熱器片數都需要進一步的模擬計算。后面的模擬還應解決：對應確定的散熱器類型、確定的熱源溫度，每平方米面積對應散熱器片數，以便在以后進行供熱改造的時候進行簡單的計算。

(3)目前機組的運行存在“高表面溫度大溫差”的問題， 散熱器內部流道在設計上應進行校核匹配，以保證這種方式的節能性并提高系統的COP值。

 3 結語

結合太原市農宅采暖現狀，提出空氣源熱泵代替燃煤鍋爐并改變末端散熱器形式的供暖方式，建立某農宅的建筑模型，通過模擬計算來研究這一方案的可行性，經過分析，該方案理論上是可行的，并且實際運行效果良好，滿足農村住宅的室內溫度環境的需要。這種方式不改變用戶原有的使用習慣，且沒有復雜的水路安裝工程，相對簡單且易于為既有建筑使用者所接受，適合在農村地區推廣和使用。

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