北京某小区采用热泵能源梯级利用供暖，比燃气节省56.3%
在北方寒冷地区，热泵供暖比燃煤供暖更环保。 #生活技巧# #居家生活技巧# #节省能源技巧# #热泵供暖#
当地地处严寒地区，考虑到供暖的能耗成本，采用了一种热泵梯级供暖系统，即空气源热泵+水源热泵梯级提热系统来供暖，该系统可以比低温空气源热泵供暖系统可以节约能耗20%以上，且系统稳定可靠。
一、项目概况
本工程为我国北方严寒地区一新建住宅小区，共20栋，建筑面积共30万平米，均为18-20层的小高层，供暖采用地板低温热水辐射供暖方式。由于当地市政供热无法接入，开发商考虑采用热泵系统供暖。
当地地处严寒地区，考虑到供暖的能耗成本，采用了热泵梯级供暖系统，即空气源热泵+水源热泵梯级提热系统来供暖，该系统可以比低温空气源热泵供暖系统可以节约能耗20%以上，且系统稳定可靠。
二、供暖方案设计
2.1设计依据
1.《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范》GB 50736-2012;
2.《建筑给水排水及采暖工程施工质量验收规范》GB 50242-2002;
3.《地面辐射供暖技术规程》(JGJ142-2004)(J365-2004);
4.《供热工程热计量技术规范》JGJ173-2009;
5.当地气象资料及甲方提供的资料要求等。
2.2当地气候条件
2.2.1设计计算参数
设计技术参数表
热泵工况
计算参数
季节工况
当地冬季气象参数
水源热泵 工况条件
水源水温（℃）
10.0～20.0
冬季工况
室外空调计算温度（℃）
-12.8
供暖水温（℃）
30.0～75.0
室外采暖计算温度（℃）
-10.1
最冷月平均相对湿度（%）
50
空气源热泵 工况条件
环境计算温度（℃）
-20.0～43.0
当地大气压力（Pa）
93350
进水温度（℃）
5.0～20.0
空气源热泵出水温度（℃）
10.0～20.0
出水温度（℃）
10.0～20.0
水源热泵出水温度（℃）
30.0～75.0
2.2.2当地月平均气温
2.3供暖解决方案
该小区冬季供暖拟采用专用辅助热源型高效低温空气源热泵+水源热泵集中分布式能源梯级利用综合节能解决方案。专用辅助热源型高效低温空气源热泵集中设置做一级能源从外界环境中提热，提供10℃-20℃的热水做水源热泵的水源;水源热泵分布到户设置做二级能源为每户提供30℃-50℃热水作为地板辐射供暖的热源。
该系统不但很好的解决了空气源热泵在寒冷地区直接供热能效低下和故障频发无法保证供热热源稳定性的难题，而且通过水源热泵分布到户的设置又可以很好的解决目前北方集中供暖分户计量无法有效实施和住户浪费用能的不良习惯等难题。能够培养用户节约每一分能源的良好用能习惯。
专用辅助热源型高效低温空气源热泵在寒冷地区低水温段下能够高效稳定运行，有效的保证了水源热泵水源水温和稳定供应;同时水源热泵在10℃-20℃的水源工况下能够高效稳定的制热。该系统是目前在没有地表水、地下水和地下埋管的情况下，用热泵供暖最稳定可靠和能耗最低的热泵供暖系统。
空气源热泵热水机组和水源热泵热水机组都是目前技术比较成熟，应用最广的节能供热设备，具有节能、环保、安全、低碳减排、管理简单(全自动控制)等特点，而且也是目前除水地源热泵外，热泵供暖系统中运行能耗最低、经济效益最好、最稳定、最便于分户计量的方式。
2.4 供暖热负荷计算
以其中1栋建筑面积为21165.30平米住宅为例，共3个单元;其供暖总热负荷为808.3kw。
2.5 集中分布式能源梯级利用系统
所谓“集中分布式能源梯级利用”是指一次能源利用集中设置，二次能源利用分布在用户端的能源综合利用系统。一次能源以室外空气做为热源，为可再生能源，利用专用辅助热源型高效低温空气源热泵作为提升装置;二次能源以分布在用户端的水源热泵作为二级能源提升装置，实现以直接满足用户供暖需求的能源梯级利用，并通过一次能源供应系统提供支持和补充;在能源的输送和利用上分片布置，减少长距离输送能源的损失，有效的提高了能源利用的安全性和灵活性。
2.5.1水源热泵机组选型
水源热泵机组按分布到户的形式设置，即每一户设置一台小型的水源热泵机组，冬季用来制热为房间供暖，水源机组根据每个户型暖施图纸供暖热负荷来选取;共选用水源热泵机组216台。
2.5.2专用辅助热源型高效低温空气源热泵选择
专用辅助热源型高效低温空气源热泵机组按每栋楼或每单元一个系统集中设置，通过系统管道与分布到每一户的水源热泵机组连接，冬季制热为水源机组提供热源。共选用专用辅助热源型高效低温空气源热泵机组12台。
2.5.3一次能源与二次能源间循环水泵选型
专用辅助热源型高效低温空气源热泵机组按每栋楼或每单元一个系统集中设置，通过系统管道和循环水泵与分布到每一户的水源热泵机组连接，冬季制热为水源机组提供热源。每套系统间的循环水泵选型如下：
2.5.4家庭生活热水
家庭生活热水为选配，若家庭需要生活热水，每户增加一个保温承压水箱即可，根据户型大小，保温承压水箱容积150L-260L 即可满足日常的生活热水需求(洗浴、厨房等用热水需求)。
2.6 系统控制说明
1、一次能源空气源热泵根据进出水温度进行控制。
一般情况下，机组的出水温度稳定在15℃，根据机组的进出水温度和外界环境温度，来开启空气源热泵或压缩机的开启台数，空气源热泵机组6台压缩机，远程集控系统自行智能开启空气源热泵或压缩机台数，也可人工操作。
2、二次能源水源热泵机组通过二次侧的热水进出水温度进行控制。
一般情况下分成6个时段运行，每个时段一个工况运行。可以根据天气的变化进行调节，比如极端天气下，可以高水温运行;暖冬情况下，可以低水温运行;操作灵活，根据实际调整，通过远程集控系统自行智能开启水源热泵机组的压缩机运行数量，也可人工操作。
2.7 能源梯级利用供暖系统的优势及节能分析
1、稳定可靠：
一级能源辅助热源型高效低温空气源热泵机组热水出水温度15℃左右水温低，压缩机排气压力低，空气源热泵机组稳定可靠，二级能源水源热泵机组水源侧水温稳定在15℃，由于水源热泵分布到户，循环管路较短，热水侧出水温度一般不超过45℃即可很好的达到供暖效果。
一般的超低温空气源热泵机组，由于系统管理过长，需要把水温升到50℃以上循环才能保证供暖效果，导致压缩机排气压力过高，压缩机容易损坏，压缩机寿命大大缩短，稳定性差，供暖系统不可靠，影响供暖效果。
2、高效节能：
一级能源辅助热源型高效低温空气源热泵机组热水出水温度15℃左右，水温低，热泵机组的在-10℃环境下运行，其COP值仍可高达4.0以上。二级能源水源热泵机组在水源侧进水15℃下，其热水侧出水温度在45℃时，其COP值可高达4.5以上，其热水侧出水温度在35℃下时，其COP值可高达5.5以上;一二级均在高效段工作，系统高效节能，系统综合能效高达2.75以上。
一般的超低温空气源热泵机组，供暖工况下，其热水出水水温需达50℃以上循环才能保证供暖效果，在-10℃环境下运行，其COP值只能达到1.7左右，加上循环水泵的功耗，其综合能效COP值在1.5以下;其综合能效远远低于能源梯级供暖系统。
3、系统热损失小：
一级能源辅助热源型高效低温空气源热泵机组热水出水温度15℃左右，水温低，一二级能源间的管道损失大大降低。系统热损失小。
一般的超低温空气源热泵机组，供暖工况下，其热水出水水温需达50℃以上，水温高，管道损失大大升高。系统热损失大。市政集中供暖的供热管线过长，系统热损失更大。
4、分户计量简单：
能源梯级利用供暖系统，可以解决多年来北方集中供暖分户计量的难题，无需加装热计量装置，即做到二次能源，用户多用多出费用，少用少出费用，且计费准确可靠;不像热计量装置计费不准确，容易损坏，年年校核等弊端。
市政集中供暖和一般的超低温空气源热泵机组供暖系统，很难解决多年来北方集中供暖分户计量的难题，需加装热计量装置，但热计量装置计费不准确，容易损坏，经常校核等弊端。
5、节能减排、环保低碳：
能源梯级利用供暖系统，利用很少一部分清洁能源电能，将可再生的空气中低品位热能进行梯级利用，达到供暖的需求。系统节能减排，不向外界排放二氧化碳、二氧化硫等，环保低碳，能源再生循环利用。
燃气炉供暖系统，利用天然气清洁能源，减排不减碳，利用的是不可再生的能源。一般的超低温空气源热泵机组供暖系统，节能减排效果不明显。
6、培养节约用能的良好习惯：
能源梯级利用供暖系统，可以很简单分户计量，分时、分室控制，能够很好的培养人们节约能源，减少浪费用能的良好习惯。
市政集中供暖、燃气炉供暖系统和一般的超低温空气源热泵机组供暖系统，很难真正做到分户计量，分时、分室控制，浪费能源，不利于培养人们节约用能的习惯。
7、掌握能源梯级利用供暖系统核心技术：
能源梯级利用系统，国家发明专利技术，其供暖设备，已经经过多年的实际能源梯级利用考验。其它热泵厂家不具备能源梯级利用供暖系统的核心技术和实际成功案例的运营，更不具备设备生产许可认证。
8、系统远程集散智能控制：
远程集散智能控制系统，很方便的使一二级能源模块化控制，真正做到每个压缩机一个小模块，保证每个模块都是峰值效率高效运行，无论是在部分负荷或是在满负荷工况下均可以高效运行。无需人工操作，系统可以根据需求，用多少能量供应多少能量，比传统系统节能显著，彻底解决了设备在部分负荷下效率降低的难题。
解决不了系统智能控制，即使是节能设备，系统也不节能。
三、能源梯级利用供暖能耗概算
4.1 供暖能耗概算说明
1、当地供热时间按5个月计算，即每年的11月1日到次年的3月31日为一个供暖季;
2、用户端的水源热泵机组每天分6个时段运行，根据用户需求，每个时间段水源热泵机组的运行工况根据用户的生活习惯进行调整(模拟6个工况)。
日工作时间
段
5～8
8～11
11～13
13～16
16～21
21～5
时长（h）
3
3
2
3
5
8
水源侧进出
口水温（℃）
15/10
15/10
15/10
15/10
15/10
15/10
供暖侧进出
口水温（℃）
40/45
30/35
40/45
30/35
40/45
30/35
水源热泵机
组综合 COP 值
4.2
5.5
4.2
5.5
4.2
5.5
3、专用辅助热源型高效低温空气源热泵每天热水侧均按一个工况运行，即热水进出口水温10/15℃;外界环境温度按月平均温度计算，每天按2个室外工况进行模拟(日间工况和夜间工况)。
日工作时间段
6:00～18:00
18:00～6:00
时长（h）
12
12
机组进出口水温（℃）
10/15
10/15
11 月
环境温度（℃）
9
-3
机组综合 COP 值
5.52
4.42
12 月
环境温度（℃）
3
-10
机组综合 COP 值
4.94
4.00
1月
环境温度（℃）
1
-12
机组综合 COP 值
4.71
3.92
2月
环境温度（℃）
5
-8
机组综合 COP 值
5.17
4.12
3月
环境温度（℃）
12
-2
机组综合 COP 值
5.71
4.48
4、当地电费按0.6元/kwh计算，天然气按3.6元/N·m3计算，燃气炉综合效率70%计算(含水泵功耗)。
日工作时间
段
5～8
8～11
11～13
13～16
16～21
21～5
时长（h）
3
3
2
3
5
8
住宅室内温
度≥
16℃
10℃
16℃
10℃
16℃
10℃
日工作时间段
8～20
20～8
时长（h）
12
12
商业室内温度≥
16℃
10℃
4.2 供暖系统能耗概算对比(表六)
供暖系统
供暖费用指标（元/m2）
供暖能耗指标（kwh/m2）
备注
梯级供暖系统（一）
一次能源
14.96
24.94
集中段
二次能源
11.92
19.86
分布段
小计
26.88
44.80
超低温空气源热泵供暖系统（二）
33.61
56.02
集中
燃气炉（壁挂炉）供暖系统（三）
47.73
13.26
集中
供暖费用指标对比
（一）/（二）
79.97%
热泵梯级供暖系统节能显著
（一）/（三）
56.32
四、总结
热泵能源梯级利用供暖系统不但很好的解决了空气源热泵在寒冷地区直接供热能效低下和故障频发无法保证供热热源稳定性的难题，而且通过水源热泵分布到户的设置又可以很好的解决目前北方集中供暖分户计量无法有效实施和住户浪费用能的不良习惯等难题。
热泵能源梯级利用供暖系统能够培养用户节约每一分能源的良好用能习惯，同时也能够让企业和个人为北方地区冬季节能环保、减排、减碳，为北方冬季驱除雾霾，呼吸干净新鲜空气和享受蓝天阳光做自己的贡献。
以绿色能源推动中国节能减排事业发展，为建设美丽中国贡献力量;大家共同推动经济社会绿色发展、低碳发展，建设生态文明。
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