居住建筑中應(yīng)用空氣源熱泵熱水系統(tǒng)的探討與建議

譚慶 鄧煥騰

柳州市建筑設(shè)計(jì)科學(xué)研究院 廣西 柳州 545000

目前國(guó)家大力推進(jìn)可再生能源利用，空氣源熱泵熱水器作為近年來(lái)大力發(fā)展的可再生能源利用技術(shù)，與傳統(tǒng)熱水器相比有顯著的節(jié)能減排效果，市場(chǎng)份額逐年提高，全國(guó)各地市也紛紛出臺(tái)了對(duì)空氣源熱泵的鼓勵(lì)政策并納入可再生能源應(yīng)用范圍，空氣源熱泵熱水系統(tǒng)將得到大量應(yīng)用。但在住宅建筑中如何合理利用這種新型的可再生能源利用技術(shù)，本文通過(guò)對(duì)空氣源熱泵熱水系統(tǒng)的系統(tǒng)選擇、設(shè)計(jì)參數(shù)、熱泵類(lèi)型選擇等分析，探討空氣源熱泵熱水系統(tǒng)在住宅建筑中的應(yīng)用。

1 集中式空氣源熱泵熱水系統(tǒng)與分散式空氣源熱泵熱水系統(tǒng)的選擇

集中式空氣源熱泵熱水系統(tǒng)是指空氣源熱泵機(jī)組、儲(chǔ)熱水箱（罐）及循環(huán)管路共享向多個(gè)用戶(hù)提供熱水的空氣源熱泵熱水系統(tǒng)。集中式空氣源熱泵熱水系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)是換熱設(shè)備的熱效率高，但由于系統(tǒng)復(fù)雜、管線(xiàn)長(zhǎng)熱損失大、總體造價(jià)高、使用成本高、公攤管理費(fèi)用高（特別是在入住率低時(shí)）、住戶(hù)使用管理不便等原因不易被住戶(hù)接納。另外，集中大型空氣源熱泵機(jī)組和循環(huán)熱水泵產(chǎn)生的噪音和振動(dòng)也容易對(duì)住戶(hù)的居住環(huán)境產(chǎn)生不利影響，全文強(qiáng)條的《城鎮(zhèn)給水排水技術(shù)規(guī)范》GB50788-2012第3.6.6條指出“給水加壓、循環(huán)冷卻等設(shè)備不得布置在居住用房的上層、下層和毗鄰的房間內(nèi)，不得污染居住環(huán)境”。集中式空氣源熱泵熱水系統(tǒng)由于其優(yōu)缺點(diǎn)更適宜應(yīng)用于熱水用量大、熱水用水集中的建筑，如旅館、公共浴室、醫(yī)院、療養(yǎng)院、體育館、游泳池、大型飯店、集體宿舍等。

分散式空氣源熱泵熱水系統(tǒng)是指空氣源熱泵機(jī)組、儲(chǔ)熱水箱（罐）及循環(huán)管路均為各戶(hù)獨(dú)立的空氣源熱泵熱水系統(tǒng)，也稱(chēng)家用型空氣源熱泵熱水系統(tǒng)。分散式空氣源熱泵熱水系統(tǒng)與集中式空氣源熱泵熱水系統(tǒng)相比具有系統(tǒng)簡(jiǎn)單、管線(xiàn)短熱損失小、使用成本低、無(wú)公攤管理費(fèi)用、運(yùn)行控制分散獨(dú)立互不干擾等優(yōu)點(diǎn)，住戶(hù)容易接受。2017年1月1日開(kāi)始實(shí)施的浙江省工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)《太陽(yáng)能與空氣源熱泵熱水系統(tǒng)應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》DB33-2016第4.2.1條第4點(diǎn)也指出“住宅建筑中安裝的空氣源熱泵熱水系統(tǒng)宜選擇家用型空氣源熱泵熱水機(jī)組?！?/p>

由此可見(jiàn)，在住宅建筑中采用分散式空氣源熱泵熱水系統(tǒng)是必然的選擇。

2 分散式空氣源熱泵機(jī)組和蓄熱水箱的設(shè)計(jì)參數(shù)

如住宅的熱水用水定額按50L/人·日，C=4.187kj/kg·℃，ρr=0.983，熱水溫度tr=55℃，冷水溫度tl=15℃，熱泵工作時(shí)間T1取8小時(shí)，設(shè)計(jì)小時(shí)耗熱量持續(xù)時(shí)間T取4小時(shí)，安全系數(shù)k1、k2均取1.1，《建筑給水排水設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50015-2003（2009年版）第5.4.2B條給出了空氣源熱泵機(jī)組和蓄熱水箱設(shè)計(jì)參數(shù)的計(jì)算公式：

Qg=k1mqrC(tr-tl) ρr/T1

Vr=k2(Qh-Qg)T/[ηC(tr-tl) ρr]

其中Qg——設(shè)計(jì)小時(shí)供熱量(kj/h)

Vr——蓄熱水箱有效容積（L）

按該公式計(jì)算得空氣源熱泵機(jī)組和蓄熱水箱的設(shè)計(jì)參數(shù)如表1。

表1 分散式空氣源熱泵機(jī)組和蓄熱水箱的設(shè)計(jì)參數(shù)

由于住宅的熱水用水時(shí)間比較集中，與定時(shí)熱水供應(yīng)系統(tǒng)更接近，根據(jù)《建筑給水排水設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50015-2003（2009年版）第5.4.2B條，定時(shí)熱水供應(yīng)系統(tǒng)的蓄熱水箱的有效容積宜為定時(shí)供應(yīng)最大時(shí)段的全部熱水量。空氣源熱泵機(jī)組和熱水箱的設(shè)計(jì)參數(shù)修正如表2：

表2 分散式空氣源熱泵機(jī)組和蓄熱水箱的設(shè)計(jì)參數(shù)

浙江省工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)《太陽(yáng)能與空氣源熱泵熱水系統(tǒng)應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》DB33-2016對(duì)空氣源熱泵機(jī)組的參數(shù)設(shè)計(jì)提出更細(xì)致的分類(lèi)和要求，根據(jù)該標(biāo)準(zhǔn)第5.3.2條，當(dāng)空氣源熱泵機(jī)組為分散獨(dú)立式系統(tǒng)且不設(shè)輔助加熱設(shè)備時(shí)，熱泵機(jī)組設(shè)計(jì)工作時(shí)間建議取5小時(shí)。對(duì)蓄熱水箱的有效容積計(jì)算則提出了另一個(gè)計(jì)算公式：Vr=kmqr(1-T1/24)

其中Vr——蓄熱水箱有效容積（L）

根據(jù)浙江省工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)《太陽(yáng)能與空氣源熱泵熱水系統(tǒng)應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》DB33-2016對(duì)空氣源熱泵機(jī)組和蓄熱水箱的設(shè)計(jì)參數(shù)計(jì)算結(jié)果如表3。

對(duì)比國(guó)標(biāo)和浙江地標(biāo)的計(jì)算結(jié)果發(fā)現(xiàn)，浙江地標(biāo)的計(jì)算結(jié)果在蓄熱水箱有效容積減少很小的情況下對(duì)熱泵機(jī)組的供熱能力提出了較高的要求，這將導(dǎo)致空氣源熱泵熱水系統(tǒng)使用的舒適性大幅提高。一般情況下空氣源熱泵機(jī)組和蓄熱水箱的設(shè)計(jì)參數(shù)建議按國(guó)標(biāo)進(jìn)行設(shè)計(jì)即可滿(mǎn)足要求，如別墅、聯(lián)排別墅、大戶(hù)型住宅和對(duì)熱水供水舒適性要求較高的住戶(hù)可參照浙江地標(biāo)對(duì)空氣源熱泵機(jī)組和熱水箱進(jìn)行設(shè)計(jì)。

表3 分散式空氣源熱泵機(jī)組和蓄熱水箱的設(shè)計(jì)參數(shù)

3 分體式空氣源熱泵機(jī)組和蓄熱水箱的設(shè)置

分散式空氣源熱泵分為分體式空氣源熱泵和整體式空氣源熱泵兩種。分體式空氣源熱泵已經(jīng)在南方市場(chǎng)得到了較為成熟的發(fā)展，隨著主流熱泵企業(yè)規(guī)模化的發(fā)展，分體式產(chǎn)品的技術(shù)已經(jīng)較為穩(wěn)定，生產(chǎn)成本也相對(duì)降低，目前分體式產(chǎn)品的終端售價(jià)已經(jīng)逐漸接近大眾消費(fèi)者的可接受范圍。

分體式空氣源熱泵的蓄熱水箱可以放置在擱板、公共平臺(tái)或陽(yáng)臺(tái)上，在建筑設(shè)計(jì)方案階段即要明確預(yù)留蓄熱水箱及機(jī)組放置的位置，做到空氣源熱泵熱水系統(tǒng)與建筑的一體化設(shè)計(jì)，既要滿(mǎn)足住宅建筑外觀和使用功能的要求，也要滿(mǎn)足建筑防護(hù)功能的要求。隨著人們對(duì)居住空間和生活品質(zhì)的要求越來(lái)越高，生活中使用的各種物件越來(lái)越多，現(xiàn)在的住宅室內(nèi)已經(jīng)是寸土寸金，目前不少住戶(hù)選擇把蓄熱水箱及機(jī)組放置在廚房或陽(yáng)臺(tái)內(nèi)，占用了戶(hù)內(nèi)的有限空間，影響了住戶(hù)居住的舒適性，而且由于住戶(hù)對(duì)熱泵機(jī)組安裝的隨意性，既造成建筑外觀雜亂無(wú)章，影響了城市的美觀，也留下了高空墜物等安全隱患。

在建筑外觀上建議參照室外空調(diào)機(jī)主機(jī)遮擋隱蔽的做法做好空氣源熱泵機(jī)組和蓄熱水箱的遮擋隱蔽設(shè)計(jì)，避免影響建筑外觀效果。但由于蓄熱水箱需要清洗排污，熱泵機(jī)組需要排冷凝水，故在空氣源熱泵機(jī)組和蓄熱水箱設(shè)置的位置應(yīng)預(yù)留排水接口或排水地漏。

廣西屬于中強(qiáng)地震活動(dòng)區(qū)，按照《建筑機(jī)電工程抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50981-2014的要求，分體式空氣源熱泵的蓄熱水箱和機(jī)組應(yīng)與主體結(jié)構(gòu)牢固連接。

4 熱水回水管與熱水循環(huán)泵

《住宅設(shè)計(jì)規(guī)范》GB 50096-2011第8.2.4規(guī)定“集中生活熱水系統(tǒng)熱水表后或戶(hù)內(nèi)熱水器不循環(huán)的熱水供水支管，長(zhǎng)度不宜超過(guò)8m?！?，對(duì)于別墅、聯(lián)排別墅、大戶(hù)型住宅和對(duì)熱水供水品質(zhì)要求較高的住戶(hù)建議設(shè)置熱水回水管與熱水循環(huán)泵。熱水給水管管徑建議按DN20設(shè)計(jì)，熱水回水管管徑比熱水給水管管徑小一號(hào)，一般按DN15設(shè)計(jì)。熱水管做聚氨酯保溫棉保溫層。

熱水循環(huán)泵的設(shè)計(jì)流量可按下式計(jì)算：qx=Qs/(CρrΔt)其中qx——熱水循環(huán)流量（L/h）Qs——配水管道的熱損失(kj/h)，按3%Qh計(jì)算Δt——配水管道的熱水溫度差(℃)，按5℃計(jì)算熱水循環(huán)泵的計(jì)算結(jié)果詳見(jiàn)表4。熱水循環(huán)泵的揚(yáng)程可按下式計(jì)算：Hb=hp+hx其中 Hb——熱水循環(huán)水泵的揚(yáng)程(kpa)

表4 分散式空氣源熱泵熱水系統(tǒng)熱水循環(huán)水泵的設(shè)計(jì)參數(shù)

hp——循環(huán)水量通過(guò)配水管網(wǎng)的水頭損失(kpa)

hx——循環(huán)水量通過(guò)回水管網(wǎng)的水頭損失(kpa)

熱水循環(huán)泵由于流量揚(yáng)程均較小，可以選用小型低噪音的家用泵，如格蘭富、威樂(lè)、新界等品質(zhì)較好的水泵。熱水循環(huán)泵不宜設(shè)置在有安靜要求的臥室附近，建議設(shè)置在方便安裝檢修、有排水設(shè)施處。

熱水循環(huán)泵的啟動(dòng)控制可以使用定時(shí)循環(huán)和水流開(kāi)關(guān)相結(jié)合的控制方式，其中回水溫度的設(shè)定值建議比熱水器的加熱溫度低3度。

實(shí)踐證明，在住宅建筑分散式空氣源熱泵熱水系統(tǒng)中安裝使用熱水循環(huán)泵不僅可以提高熱水使用的舒適性，熱水隨時(shí)開(kāi)隨時(shí)有，而且可以有效地節(jié)水節(jié)能。

5 空氣源熱泵熱水系統(tǒng)實(shí)施中的幾點(diǎn)建議

在2012年國(guó)家和各個(gè)省市陸續(xù)出臺(tái)了對(duì)于空氣源熱泵的鼓勵(lì)政策，特別是有些地區(qū)如廣西把空氣源熱泵列為可再生能源應(yīng)用技術(shù)以后，空氣源熱泵熱水系統(tǒng)已經(jīng)得到越來(lái)越多的應(yīng)用?！稄V西壯族自治區(qū)民用建筑節(jié)能條例》自2017年1月1日起實(shí)施，其中第三十六條要求在城市規(guī)劃區(qū)內(nèi)具備可再生能源利用條件的指定建筑至少應(yīng)用一種可再生能源，并要求與主體建筑同時(shí)設(shè)計(jì)、同時(shí)施工、同時(shí)驗(yàn)收。至此，在住宅建筑中特別是高層住宅建筑中分散式空氣源熱泵熱水系統(tǒng)開(kāi)始得到大規(guī)模的設(shè)計(jì)應(yīng)用。

但由于目前大多數(shù)的住宅建筑屬于毛坯房，房開(kāi)公司交房時(shí)僅僅預(yù)留了空氣源熱泵機(jī)組及水箱的安裝位置，設(shè)備留待住戶(hù)入住時(shí)自行購(gòu)買(mǎi)安裝，而許多住戶(hù)由于空氣源熱泵一次性投資大，目前使用人數(shù)較少，對(duì)使用效果有疑惑等原因而不愿使用，讓《廣西壯族自治區(qū)民用建筑節(jié)能條例》的良好愿望付諸流水。對(duì)此，筆者提出以下幾點(diǎn)建議：

（1）及時(shí)制定空氣源熱泵熱水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、安裝及驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)。

（2）向全社會(huì)做好宣傳工作，算好經(jīng)濟(jì)賬，吸引住戶(hù)主動(dòng)選擇使用空氣源熱泵熱水系統(tǒng)。通過(guò)對(duì)空氣源熱泵投資回收期的計(jì)算分析，讓住戶(hù)對(duì)空氣源熱泵卓越的省錢(qián)能力有更理性直觀的認(rèn)識(shí)。分散式空氣源熱泵投資回收期的計(jì)算詳見(jiàn)表5。

表5 分散式空氣源熱泵投資回收期（以美的牌空氣源熱泵為例）

從表5可以看出，除100L空氣源熱泵熱水器投資回收期稍長(zhǎng)外，其余空氣源熱泵熱水器的投資回收期均為5年，經(jīng)濟(jì)性較好。

（3）調(diào)整居民生活用電階梯電價(jià)，提高基礎(chǔ)電量。隨著2017年大力推廣可再生能源應(yīng)用后，使用空氣源熱泵熱水系統(tǒng)的住戶(hù)將大量增加，這將使住戶(hù)全年用電量會(huì)有不同程度的提高，具體提高量根據(jù)使用的空氣源熱泵熱水器型號(hào)不同略有差異，詳見(jiàn)表6。

表6 分散式空氣源熱泵全年用電量（以美的牌空氣源熱泵為例）

從表6的數(shù)據(jù)可以看出，用電量增加最多的是5口之家，一年用電量增加了1209度， 平均每個(gè)月增加了100度用電量。這對(duì)于按《桂價(jià)格〔2016〕63號(hào)廣西壯族自治區(qū)物價(jià)局關(guān)于調(diào)整居民生活用電階梯電價(jià)政策有關(guān)問(wèn)題的通知》中第一檔電量：每戶(hù)年用電量≤2040千瓦時(shí)（每戶(hù)月均用電量≤170千瓦時(shí)）來(lái)說(shuō)明顯不合理，建議有關(guān)部門(mén)積極組織調(diào)研，提高基礎(chǔ)電量，讓住戶(hù)買(mǎi)得放心，用得安心。

（4）對(duì)設(shè)計(jì)有空氣源熱泵熱水系統(tǒng)的住宅建筑，建議有關(guān)部門(mén)在售房合同中增加要求安裝使用空氣源熱泵熱水系統(tǒng)的條款，并在交房時(shí)收取安裝使用空氣源熱泵熱水系統(tǒng)的押金，待住戶(hù)安裝使用空氣源熱泵熱水系統(tǒng)后再將押金退回住戶(hù)。

（5）建議明確規(guī)定精裝房應(yīng)該按要求將分散式空氣源熱泵熱水系統(tǒng)安裝到位，毛坯房應(yīng)該按要求將分散式空氣源熱泵熱水系統(tǒng)的預(yù)留安裝位置、供電容量、排水設(shè)施等施工預(yù)留到位。

6 結(jié)束語(yǔ)

在廣西可再生能源利用中，住宅建筑采用分散式分體空氣源熱泵熱水系統(tǒng)不管在經(jīng)濟(jì)性、便利性和舒適性上都是適宜的，根據(jù)住戶(hù)人數(shù)確定空氣源熱泵的選用參數(shù)，安裝使用分散式空氣源熱泵熱水系統(tǒng)宜安裝熱水回水管和熱水循環(huán)泵，通過(guò)制定標(biāo)準(zhǔn)、加大宣傳、提高基礎(chǔ)電量、加強(qiáng)管理、明確安裝要求等來(lái)切實(shí)推進(jìn)廣西可再生能源的利用。