欧洲热泵供热系统实际运行测试与典型问题分析

石竹青,赵宗彬,姚亮

（合肥通用机械研究院,安徽 合肥 230031）

人们对冬季供热的要求越来越高，不仅要求温暖、舒适，还要求节能、环保，欧洲供热系统建设历史悠久，热泵系统是近年来备受关注的新能源系统，能够从自然界空气、水或土壤中获得低位的热能，经电做功，提供高位热能的装置。当前，热泵供热系统以欧洲产热泵供热系统为主，按照热源的种类，以水源、空气源热泵为主，在部分地壳活动比较活跃的地区，混合源热泵比较多见。热泵供热系统开始向家庭化、小型化发展，集中式供热的范围明显缩小，以减少热力供应过程中消耗。热泵供热系统是复杂机构系统，为达到理想的运行效果，需要进行运行测试，优化运行模式、工作参数，提高能源利用效率，提高热泵供热系统的综合效益。本文就欧洲空气源热泵供热系统实际运行测试与典型问题进行分析。

1 欧洲热泵供热系统实际运行测试

1.1 测试对象——以丹麦为例

20世纪70年代是丹麦建筑面积增长最快的时间段，目前独立住宅面积约占52%，也是供热系统主要对象，进行独立住宅热泵供热研究非常必要。丹麦1月、2月平均气温达到0℃，夏季为15℃，供热系统全年都运行。测试对象为丹麦典型的独立住宅，一般为2层，因个体化的设计，体形系数较大，围护结构保温相对较好。据计算，70年代经典的独立住宅外墙传热系数为 0.49W/（m2·k），屋顶 0.26W/（m2·k），外窗2.47W/（m2·k），在进行改造后传热系数会明显下降。整个独立建筑的传热率=各种类型的建筑外面积传染系数×外形面积，一座70年代经典2层独立住宅的传热率为5.14kW/k。实际的供暖面积为356.6m2，建筑布局及散热器分别布置在各个房间内，合计24组散热器采用空气源热泵，热媒为水，散热器为四柱铸铁散热气。机组额定制热量为11.4kW，额定输出功率为2.81kW，最大输入功率为4.4kW，-12℃制热的量为6.4KW，同时输出功率约为2.55kW，机组中采用循环水泵，流量额定为2m3/h，扬程为12m，根据回水温度控制控制机组。

1.2 方法

根据供热公式最终可计算整个系统的产热量。而后采用温度计测量室内外的温度，采用悬挂法测量，高度2m，避免直射，远离其他热源，室内高度1.7m，距墙面1.1m，分析整个房间的温度分布，采用红外线测温仪测量散热器表面温度。根据前文提到的直热型空气源热泵供热热力学公式，可以换算理论上消耗的电能。

2 热泵供热系统运行问题

2.1 供热、供水一体化

在欧洲所使用的热泵，往往提倡一次网供水，水质较好，实现供热、供水一体化。见下图1，为芬兰楼宇式换热站，热网一次水分为两股，分别进入生活热水、供暖换热器，热力站有自控系统，生活热水出水温度55℃，散热器供水能够实现曲线控制。热量表能够对整个系统的循环水流量、供水与回水温度进行监控，从而快速的检测消耗热量，计算供热费用。散热器供水温度主要取决于室外温度以及用户实际设定的室内温度。在发现天气修正后，耗热量增加，则需要检查热力站设备，调整供水温度，以减低热耗，或进一步检查房间内的恒温阀，提高自由热的利用率，变频控制循环水泵的定压。

图1 芬兰楼宇式换热站原理图

2.2 室外气温对系统的性能影响较大

空气源热泵供热系统性能容易受到室外空气环境参数影响，一般而言，气温越低，系统的性能越差，功耗更高，随着环境温度的上升，冷凝器的制热量不断上升。随着环境温度的上升，蒸发器与周围环境对流换热获得热量更多，蒸发温度上升，从而导致COP上升。空气源供热系统适合环境温度较高的地区，或余热排放场所使用，如大型商业建筑排风口。前文提到的丹麦，因处于温带海洋星气候，全年的气温罕有在零度以下情况，温度较高，能够维持较高的COP，降低能耗。在欧洲，双源性的热泵供热系统，主要分布在地中海、瑞典、瑞士、冰岛低热条件较好的国家，双源式的热泵往往设计智能化水平高，能够室外稳定调整热源，当室外环境温度较高时，以空气源作为主要热源，减少能耗。在气温偏低情况下，在启动空气源热泵供热系统时，瞬时的能耗会明显增大，整个系统处于高负荷状态下，也是故障的高发时间段。与此同时，同时整个系统供水温度达到目标水平所需要的时间越长。

2.3 进水温度对整个系统加热系统影响较大

进水温度直接影响系统的功耗，温度越低，整个系统需要提供的热能则更多，理想的进水温度需要达到40℃，前文提到的芬兰，其热站控制的进水温度便为40℃，再由家用的热泵供热系统加热到目标温度。在欧洲，维度跨度广、气候的差异大，特别是内陆地区，主要为温带大陆性气候，而热泵往往是全年运行的，这就需要不同地区需要设计符合本地区气候特征的供热系统，为不同热源热泵供热系统设计不同性能参数，管理标准。

芬兰楼宇式换热站，为了更好的节能，欧洲住户普遍向供热服务公司进行咨询，根据房屋本身的散热、保暖情况，室内保暖需求，设计供热方案，能够适应天气变化，进行参数修正，控制进水温度，从而控制耗热量，达到节能的效果。

2.4 出水温度

在测试过程中，还常出现出水温度差异，空气源热泵供热系统出水温度是指加热完成后，水箱中的出水温度，其直接影响供水器的性能。随着出水温度的上升，压缩机的排气温度也随之上升，加热结束时，温度达到峰值，部分甚至达100℃以上，容易超过推荐的上限值，不仅影响系统的性能，还容易引起故障。在进行供热系统参数管理时，需要考虑到系统本身的性能标准，避免排气温度超过负荷。

2.5 建筑本身的保温性能对供热系统性能影响较大

建筑本身的保温性能对供热系统性能影响较大，在欧洲许多建筑已有三四十年的历史，对这些老旧建筑进行供热，因建筑保温措施不到位，传热率较高，房屋内的耗热量也会明显增加。供热公司此时需要重视数据的分析，以推动开展建筑的节能改造。

3 结语

在欧洲，空气源、地热源、复合源等热泵供热系统已达到广泛的应用，极大提高了建筑供热的节能水平。热泵供热系统初步实现供热与供水一体化、系统控制、智能与远程控制，供热服务公司能够较准确的计算出建筑的供热量、耗热量，从而进行价格的计算，推动供热节能工作可计量化。我国供热系统建设不断发展，潜力巨大，为达到节能减排目标，需要重视热泵技术、城市供热系统的改造与建设，对旧有的系统进行智能化、热源改造。

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