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2011年住宅与城乡建设部将空气源热泵太阳能以低温热水为组合建筑采暖系统的节能能效研发列为课题。在北京鸿博家园经济适用房作为测试项目进行研究，该项目以清华索兰环能技术研究所机组作为热源，上海安贞暖通设备工程有限公司予制地板作为末端。北京建筑工程学院负责热舒适度和红外图像的研究，北京清华索兰环能技术研究所、北京清华大学教授李元哲参与如下工作：（1）热负荷校核计算；（2）测试方案的补充；（3）测试数据整理、分析；（4）空气源热泵机组安装、运行调试、技术维护的文字说明等开展了工作。
上海方面十分赞同北京清华索兰对该技术十年来的成果及李元哲教授关于它的科学分析。一致认为在北方寒冷地区使用低于35℃的热水在50%以上节能建筑中进行地板辐射采暖完全符合舒适性的要求。
2012年3月15日索兰技术组对2011年至2012年冬季共105天的数据进行分析，结果如下。
1 系统基本情况介绍
鸿博家园小区位于北京南四环十八里店南桥以东，小区内楼房均为17-22层板楼。本样板房位于8层中，房型属南北通透户型。本栋楼外围护结构为钢筋混凝土外墙加外保温做法，整体厚度为30cm，其中保温层厚度为5cm。外窗为塑钢框，中空玻璃。本房建筑面积为82平方米。户内为59㎡。
采暖工程末端采用安贞预制嵌入式地暖，该地暖整体厚度为30mm,由下往上依次为15mm厚高压强挤塑保温板、50μ铝箔反射层、多孔固定板构成。地暖管采用规格10mm*1.5mm的PE-RT加热管，地暖的盘管间距统一设定为5cm。填充层由3mm厚1：3水泥砂浆构成。面层材料为1.2cm厚复合木地板。本房型共分为3个区域：即主卧、次卧及客厅。每个房间内装置1个室温温度显示板来设定，室内温度以朝北房间温度为准控制热泵启停。这样可以精确调控室内温度，确保监测数据的准确性。并且每个房间单独设置一个地板表面温度计来测量和记录地面温度。
本项目热源采用清华索兰分体式空气源热泵，主机型号为FRS-7型。机器具体参数为：制冷量6795w，输入功率2100w。冬季与辐射地板结合用于采暖，夏季与风机盘管结合送冷风组成户式中央空调。
2 采暖负荷计算
鸿博家园的采暖设计负荷依据：不包括公摊的采暖建筑面积为59m2，室内设计温度20℃，室外设计温度-7.8℃，外墙传热系数0.6w/m2·℃，外窗2.6w/m2·℃，采暖设计负荷为2073W，其中冷风渗透负荷为348W，占16.8%左右，单位面积负荷34.55W/m2，考虑了相邻不采暖的因素，地板向下热损失取15%，则采暖设计供热量为2438.9W。
鸿博家园采暖负荷计算表
3 系统控制方式
采用北向房间温度控制机组启停调节方式，并限制水温不超过35℃。
4 实测数据整理
1、原有仪表：量热表一台，用于定时测供、回水温度、流量及电量，另有各主要房间室温、地板表面温度及地埋管表面温度显示器共三套。
2、自12月下旬，加装地板表面热流计10块（设在典型位置）、热电偶温度传感器10支（限于条件紧固在管道铜接头外表面上）。测量供回水温度及自动数据采集器，加装的原因如下：
（1）热泵在室温控制下，以启停方式运行调节供热量，量热表不能反映间断的流动的供、回水温度；
（2）热量表的设计适应大温差，例如10℃以上的热水供暖系统。
因此，该量热表的温差读数从3℃起始，而热泵的冷凝端最大设计温差为6℃，且一般该温差仅在最大采暖负荷时出现，气温不低时，根本没有这样大的温差。加之量热表的感温元件安装在水平直管段的水中，其热阻不固定误差太大。
表2：原有测试仪表数据整理
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时间
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天数
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平均
室温
℃
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平均
外温
℃
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阶段平均供热量
w/h
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阶段总耗电量
KWh
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平均
C O P
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节能率
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2011.11.10-2011.11.30
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19
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20.00
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3.40
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1743-118*
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337.1
|
2.95
|
66%
|
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2011.12.1-2011.12.15
|
14
|
20.00
|
-1.96
|
2305-118
|
222.1
|
3.10
|
68%
|
|
2011.12.15-2011.12.23
|
8
|
20.00
|
-1.00
|
2205-118
|
142.8
|
2.48
|
60%
|
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2012.1.1-2012.1.10
|
9
|
21.30
|
-2.52
|
2501-118
|
189.4
|
2.63
|
62%
|
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2012.1.10-2012.1.17
|
6
|
20.70
|
-0.99
|
1903
|
109.9
|
2.49
|
60%
|
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2012.1.18-2012.2.1
|
14
|
19.46
|
-2.85
|
3097
|
395.8
|
2.45
|
59%
|
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2012.2.1-2012.2.27
|
26
|
20.58
|
-1.86
|
2356-118
|
406.9
|
3.43
|
71%
|
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2012.3.1-2012.3.15
|
14
|
20.63
|
1.67
|
1990.7-118
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130.2
|
4.83
|
79%
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备注
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24日、25日机器故障停机，26日上午十一点钟重新开机故去除这一周的数据
*阶段平均供热量中的118W/h为人体和电视机的热负荷。
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表3：补充测试仪器数据整理
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地板向上热流密度日平均值W/m2
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室外日平均温度℃
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室温平均值℃
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备注
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12月30日
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28.01
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-2.33
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20.17
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调整室温下限为19℃，地板有蓄热放出
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12月31日
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15.13
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-0.75
|
21
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1月1日
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25.73
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-0.94
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20.50
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1月2日
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15.76
|
-1.92
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19.67
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1月3日
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20.62
|
-3.33
|
19.67
|
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1月5日
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23.56
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-2.43
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21.28
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调高室温
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1月6日
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24.03
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-3.02
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21.31
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1月7日
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27.50
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-2.99
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21.28
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下雪，最低气温-7至-8℃
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1月8日
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29.84
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-1.88
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21.25
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1月9日
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18.94
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-1.99
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21.04
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表2中列出以原有仪表测试读数为依据的结果，由表可见：该供暖系统在11月及12月上旬节能率都在70%以上。12月下旬发现由于原热泵与系统对接的水流量不足够大及控温方案的制约，循环水泵运行时间过长，所以COP有所下降，恢复电动三通阀与跨越管后，如表2所示，1月上旬节能率达到70.3%。
表3是补充地面上的热流计以后的测试数据，该表中的热流一项数据反映了地板向上的供热量（W/m2）。室温21~22℃时的情况，数据均验证了该测试房的负荷计算的准确性。下图为曲线表现了不同月份及外温下的节能率。
5 鸿博家园同户型以燃气壁挂炉+暖气片采暖用户A、B同期耗气及费用对比
鸿博家园同户型以燃气壁挂炉+暖气片采暖用户A、B同期耗气及费用对比见表4。
表4：壁挂炉采暖A、B用户
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A用户鸿博家园B区4-3-601壁挂炉采暖燃气使用量记录表
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日期
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时间
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记录数字（燃气表剩余量）
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备注
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2011-12-15
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18:05
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84.41
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8天采暖用气68.28 m³，按每m³2.05元计，每天的采暖费用是17.5元
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2011-12-17
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18:05
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61.63
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2011-12-18
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18:17
|
59.41
|
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2011-12-19
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20:20
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50.03
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2011-12-21
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17:23
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34.18
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2011-12-22
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20:15
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25.16
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2011-12-23
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20:09
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16.13
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B用户鸿博家园B区4-3-801壁挂炉采暖燃气使用量记录表
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日期
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时间
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记录数字（燃气表剩余量）
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备注
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2011-12-15
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18:05
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232.6
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8天采暖用气113.7m³，按每m³2.05元计，每天的采暖费用是29.13元
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2011-12-17
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17:14
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206.6
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2011-12-19
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20:15
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175.6
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2011-12-21
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16:55
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150.4
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2011-12-22
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20:06
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134.41
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2011-12-23
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20:06
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118.9
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A、B户型是与空气源热泵地板采暖相同条件的对比房：同在一个小区，朝向和户型以及围护结构都相同。唯一的区别是采暖方式的不同。A、B户型都采用燃气壁挂炉+暖气片采暖。
6 分析与结论
1.鸿博家园住宅采暖示范房属节能建筑，建筑节能率约为65%
2.在上述示范房中采用的该空气源热泵薄型预制地暖系统经2011年至2012年冬季在现场测试，取得110天数据，整理结果为冬季采暖平均能效比为3.17，节能率高达68.45%。该室温平均20.3，供水温度小于33℃，总耗电2100kwh，按建筑面积82m2计，折合每平米23.8Kwh/季，采暖季的平均负荷为2171W，单位面面积的负荷为26.4W。在2011年12月15日至12月23日室外平均温度-1.0℃（接近北京冬季平均值）与同户型壁挂炉散热器采暖相比，减少8~20元/日且具有更高的热舒适性、安全性、冷暖合一的可能性及无需为分户计量增加麻烦等优点。
3.测试期间安贞薄型予制地板，管内水流速＞0.25m/s，无气堵问题。
4.实测数据表明，冬季供水温度＜35℃，地板表面＜24℃，符合低温辐射地板的技术要求。见表5。
表5：地板表面与供水温度最高值举例
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日期
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地表温度最大值℃
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供水温度最大值℃
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备注
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2011.12.15-2011.12.23
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23.6
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33.6
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供水温度由于测试点在管外，比实际值低约2℃
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2012.1.1-2012.1.10
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23.7
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32.9
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综上述，该采暖方式适用于以北京为代表的寒冷地区采暖。
5.本示范采暖系统获得了较高的稳定的节能率是由于热泵机组各部件设计参数经过专业人员研究以及安贞薄型予制地板热阻较小的结果。
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