1 我国寒区代表性城市气象状况
表1列出了我国现行建筑气候区划中北方寒区（II B）代表性城市的气象数据。
从表1可以看出，在我国北方寒冷地区（ⅡB），除东北的营口、丹东和海拔较高的北京大同、银川、延庆外，供暖室外计算温度均较高低于-10℃。 因此，本文对空气源热泵散热器供暖在本区大部分地区的应用进行探讨。
表1 代表性城市气象参数
（JGJ 26-2010《严寒和寒冷地区住宅建筑节能设计标准》）
2 我国建筑节能现状及相应供暖负荷
1）实施空气源热泵散热器供暖，首先要调查用户建筑节能情况，计算供暖热负荷，确定合理的散热器形式、布置和水温。 过去锅炉采暖散热器的设计水温为95℃/70℃，这给出了散热器的特性。 一般的空气源热泵在寒冷的气温下无法在如此高的水温下运行。 因此，空气源热泵散热器采暖技术的实施应在节能建筑中进行，而在建筑节能中，建筑本身的节能起着首要作用。 JGJ 26-86《民用建筑节能设计标准（采暖住宅建筑）》（试行）指出，“住宅节能带来的节能成本增加不明显。据建设部统计，自北方地区建筑节能工作于1986年启动，第一阶段节能30%，北方采暖地区新建建筑和既有建筑节能改造费用为80-90元/平方米。增加的节能成本一般可通过节能效率在3至4年内恢复，自1996年第二期建筑节能50%以来，新建建筑和既有建筑改造成本北方采暖地区约为100至120元/平方米，增加的节能成本一般可通过4至5年即可收回的节能效益，住宅节能的经济效益和社会效益无疑是非常显着的。 ” 这就指出了节能对于建筑本身的意义，不仅是为了节约能源，更是为了保护环境和改善建筑设备。 为节能减排创造条件。
2）我国建筑节能各阶段供暖能耗指标及供暖设计热负荷。 城乡建设和环境保护部于1986年颁布了JGJ 26-86《民用建筑节能设计标准（采暖住宅建筑）》（试行），规定体形节能30%的设计标准系数≤0.3即所谓第一阶段； 2010年，住房和城乡建设部发布了JGJ 26-2010《严寒地区住宅建筑节能设计标准》，提出在第一阶段节能第二阶段的基础上，还将节省 20% 的能源。 继上述第二阶段之后，还有第三阶段，将在第二阶段的基础上再节省20%的能源。 表2列出了各阶段节能建筑的耗热量及相应的供暖需求。 近似设计热负荷值。
表2 节能建筑热耗指标及相应采暖设计热负荷估算
注：1）供暖设计负荷按表1数据计算；
2）表2中采暖热指标是按建筑体形系数0.3计算的；
3）所谓第一阶段节能30%的热工指标，是以1980-1981年的多层、高层建筑为基础的。
实际民用建筑中，低层、单体建筑体形系数大于0.3，在城镇和中小城市大量存在。 因此，此类建筑的热负荷比表2中的数字高出10％至30％。上条中提供的数字是节能实施年数与建筑或节能年数进行比较的。通过用户节能改造获得热耗参考值。 《民用建筑节能设计手册》（杨善勤主编）给出了不同地区、不同阶段住宅建筑采暖热耗指标曲线图。
3 适合寒冷地区散热器采暖的空气源热泵
空气源热泵一般采用中小型全封闭压缩机，容量为2.3～30kW。 全封闭涡旋压缩机具有比较先进的压缩过程结构。 ZB型压缩采用R22作为工作液。 机器，蒸发温度-12.5℃时冷凝温度达到40℃，可在环境温度-7~-5℃的环境下工作。 加热介质温度可达40℃，热水温度可达35~38℃。 对应的低压和高压分别为1.7 bar和14.2 bar，压缩比约为6.0（绝对压力比）。 对于北京等寒冷地区，如果没有其他技术措施，散热器供暖是不适合的。 《太阳能与空气源热泵》《在建筑节能中的应用》（李远哲主编）谈适应低温气候的空气源热泵，介绍美国谷轮压缩机总部2014年宣布的突破- 20℃（蒸发温度）时可补气增焓的压缩机，即ZW系列，出水温度可高于50℃，制热量4.5HP（ZW-51、220V、 50 赫兹）和 5.4 马力（ZW-61，380 伏，50 赫兹）。 性能参数如表3所示。
表3 ZW热水器系统在不同环境温度下的性能
北京清华索兰环境能源技术研究院选用ZW-51（220V、50Hz）压缩机打造补气增焓低温空气源热泵热水器，应用于北京延庆农家乐， 冬天里。
2012年，丹佛斯推出注液低温空气源热泵（380V，50Hz）。 它采用R410A作为制冷剂，制热量为19～39kW，可并联2～3台，蒸发温度可低至-25℃，冷凝温度可低至-25℃。高达55℃。 性能特点如图1所示。其工作环境温度可低至-20~-18℃，热水温度可高达55℃。
图1 丹佛斯补气增焓压缩机性能特点
4 国产散热器产品及采暖性能
针对上述寒冷气候地区的环境条件和上述节能建筑指标，相关行业协会的专家提供了适合空气源热泵的经济型散热器产品和热特性，如表4所示。
表4 低温采暖工况下采暖散热器的散热量
注：进水温度为50℃，出水温度为46℃，室温为17℃，计算出的温差为31℃。
本文介绍了以北京为代表的寒冷地区提供的各类散热器。 根据市场上现有低温空气源热泵的性能，设计工况下进水温度为50℃，出水温度为46℃。 ℃，进水温度45℃，出水温度40℃，室温18℃。 计算不同室外温度对应的散热器散热量，如图2所示。系列1设计供水温度为45℃，系列2设计供水温度为50℃。 数据对比见表5至表10。
图2 不同外部温度下散热器的散热量及对应的供回水温度
表5 图2a 传统圆管三柱散热器系列1与系列2数据对比
表6 图2b 传统四柱散热器系列1与系列2数据对比
表7 图2c 传统三柱散热器系列1与系列2数据对比
表8 图2d 铝铸翼型散热器LZY-5/5-0.8系列1与系列2数据对比
表9 图2e 铝铸翼型散热器LZY-6/6-0.8系列1与系列2数据对比
表10 图2f 铜管对流散热器系列1与系列2数据对比
从图2和表5～表10可以看出，在相同的设计水温下，上述各种散热器在对应室外温度不同引起的不同热负荷时，水温变化几乎相同。 因此，可以用同一个软件来对应不同的热负荷。 根据室外气温调节水温，使室温保持在18℃。 但不同散热器在相同水温下的散热效果却有很大差异。 需要注意的是，铸铁散热器水容量大，比较适合住宅建筑，而铝铸翼型和铜管对流散热器水流阻力大，需要水泵扬程大，水容量小，加热和冷却都很困难。 速度快，比较适合间歇性使用的用户。
5 项目实例
1）项目地点：北京市延庆县民主村二区104号；
2）用户画像（搭建方案见图3）
图3 延庆典型农舍示意图
建筑为1层，南北向，总面积约120平方米，供暖面积5个主房105平方米，住户4人，含员工； 家里原来的配电是220V，20A，包括其他家用电器。 最大允许负载 4 400 W。
3）热负荷计算
外围围护结构：①东、西、北外墙由37块砖墙砌成，后面加5厘米聚苯乙烯保温层，两侧抹灰； ②南墙为24砖门槛墙，单层金属框窗，为单层幕墙； ③朝南封闭阳台，宽1.5m，顶部为单层金属框窗，冬季内铺一层塑料布，下面为90厘米24砖窗台墙，东至24砖墙西方; ④朝南 外门、内门均为1.8m×2.0m，明亮的双开木门； ⑤ 屋顶：双坡屋顶，吊顶高度3.0m。
该农舍于2012年左右接受了北京市政府的节能改造，由于体形系数较大（约3.7），节能改造后的热工指标仍不达标。 经负荷计算，设计总供暖负荷为6 615.6 W，每平方米建筑面积60 W。 该负荷由原有带散热器的小煤炉和室内不保温管道共同分担，后者占10%。
4）根据用户安装的散热器散热量与供暖负荷平衡的关系计算散热器水温。 用户供暖系统安装了100个4柱813铸铁散热器。 该系统为外露式自上而下机械循环型。
5）选择空气源热泵热水机组作为热源：若设计供回水温差为2～3℃，则设计工况下的供回水温度为49℃/47℃左右，则空气源热泵将在设计工况下运行。 冷凝温度约为50℃，蒸发温度约为-20℃。 使用R22工质对应的冷凝压力和蒸发压力分别为2.0MPa和0.。 压缩比很高，应采用补气增焓压缩机。 。 本项目采用清华索兰环境能源技术研究院生产的220V、ZW型4.5马力空气源热泵。
6 实际运行情况及分析
为了验证供暖设计参数的正确性，选取了2014-2015年冬季连续最冷的4天。 数据分析如表11所示。
表11 2014-2015年冬季连续最冷4天运行数据
从表11可以看出：
1）2014年至2015年，该地区冬季室外温度未达到设计值，即天气温暖；
2）最冷日，室内温度与用户要求差距较小，说明供回水温度稍低；
3）根据表11的数据，我们可以计算出散热器的实际散热量与室内非保温管道的散热量之和，即冬季最冷日的实际采暖负荷，即根据连续4天供回水水平见表11 平均气温43.5℃，平均室温16.8℃。 4柱813散热器及室内管道的散热量计算公式为Q=(100×0.28×2.047×26.71.35)×1.1=5298.5W，该值与设计工况热负荷之比为5 298.5 瓦 ÷ 6615.6 瓦 = 0.81。 不难发现，这个比值约等于最冷日的实际室内外温差与设计条件下的室内外温差之比，即23℃÷25.9℃=0.89，即说明了本文中围护结构的传热性能和性能。 热负荷的计算，以及散热器水温的预测和散热量的计算基本正确。
由此可以推断，通过室内外平均温差与设计工况下室内外温差的比值，可以得到供暖期间较长期的采暖耗热量。
4）最冷4天日平均耗电量为67.25 kW·h，平均耗热量=5 298.5 W×24 h=127 kW·h。 那么这段时间空气源热泵的COP=127/67.25=1.89。
5）本次试验中，最冷日供回水平均温度为43.5℃，稍低。 正确值应由式（1）计算得出，即最冷4天采暖耗热量/设计工况热负荷=44℃。
即最冷4天的供回水平均温度为44℃，而不是43.5℃，但相差不大。 供暖系统运行过程中，不同外界空气温度下机组运行对应的水温如图2所示。
7 结论
本文对以京津冀（石家庄）为代表的我国寒冷地区（II B）以往建筑节能标准中规定的民用或住宅建筑采暖热耗指标（W/m2）进行了阐述，它是指该地区冬季供暖。 在室外平均温度下，保证室内采暖耗热量18℃。 本文利用这些地区的气象条件计算出相应的供热设计热负荷，作为用户供热热耗调查的参考值。
其次介绍了目前市场上商业化产品的低温空气源热泵及其特性参数，指出上述地区的供水温度在50℃左右，并转述了低温空气源热泵的类型。相关部门推荐的适合与空气源热泵配套的散热器。 提出了两种可行的热泵供水温度下散热器的散热情况，以及供回水温度和相应的散热量，以保证不同室外温度下的设计室温18℃。 最后以北京延庆空气源热泵供暖为例进行说明。 空气源热泵散热器供暖的实际实施参考本文的方法和步骤。
上述示例中，手动调节了热泵的供水温度，但没有时间自动调节空气源热泵的供水温度。
本文发表于《暖通专刊》2016年第8期
