根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，累年日平均溫度穩(wěn)定低于或等于5℃的日數(shù)大于或等于90天的地區(qū)，在保證室內(nèi)設(shè)計(jì)環(huán)境的情況下，采用集中供暖系統(tǒng)更為經(jīng)濟(jì)、合理。因此，多年來(lái)在北方地區(qū)，集中供暖方式成為主流的供暖形式。

但如今住宅獨(dú)立供暖方式悄然興起，并日益明顯地發(fā)展。原因如下。首先，由于我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人民生活水平提高，住宅供暖成為更多國(guó)民的需求。有如下5種情況催生了住宅獨(dú)立供暖方式，并且強(qiáng)勁地推動(dòng)了相關(guān)技術(shù)的發(fā)展：1）南方地區(qū)供暖的呼聲高漲，但不具備集中供暖條件，而且在南方地區(qū)建設(shè)集中供暖系統(tǒng)的投入過(guò)大、運(yùn)行不經(jīng)濟(jì)；2）農(nóng)村住宅與高檔獨(dú)立住宅不適宜采用集中供暖系統(tǒng)，使用獨(dú)立系統(tǒng)更為經(jīng)濟(jì)和方便，CECS332-2012《農(nóng)村單體居住建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》第5.1.2條規(guī)定：“分散居住的農(nóng)村建筑不應(yīng)采用集中式采暖系統(tǒng)”；3）城市化進(jìn)程持續(xù)，每年大量新增住宅需要供暖，但城市熱源建設(shè)落后于住宅小區(qū)建設(shè)，迫使住戶自尋出路去解決熱源；4）由于市場(chǎng)行為，出現(xiàn)大量住宅閑置現(xiàn)象，考慮供熱管理成本和運(yùn)行費(fèi)用經(jīng)濟(jì)，避免“大馬拉小車”現(xiàn)象，獨(dú)立系統(tǒng)比集中供暖系統(tǒng)有優(yōu)勢(shì)；5）新建住宅已執(zhí)行節(jié)能65%的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，供暖耗熱量下降許多，以電或燃?xì)鉃闊嵩吹膽羰姜?dú)立供暖系統(tǒng)的費(fèi)用大幅降低，較容易被用戶接受。

其次，我國(guó)電力建設(shè)一直保持較快發(fā)展勢(shì)態(tài)，尤其在當(dāng)前我國(guó)經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)入新常態(tài)、經(jīng)濟(jì)發(fā)展方式將從規(guī)模速度型粗放增長(zhǎng)轉(zhuǎn)向質(zhì)量效益型集約增長(zhǎng)的形式下，大量高能耗、高污染企業(yè)和過(guò)剩產(chǎn)能被調(diào)整，為了保證生產(chǎn)設(shè)備效率，發(fā)揮投資效益，需要為在經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型過(guò)程中節(jié)余的能源（電、燃?xì)猓┦褂脤で笮碌某雎贰Ｆ淙?，考察?dú)立供暖系統(tǒng)能源的使用、排放，電、燃?xì)庀鄬?duì)于燃煤是清潔能源，能較好滿足環(huán)境保護(hù)的國(guó)策。因此，在符合現(xiàn)行國(guó)家設(shè)計(jì)規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)的前提下，以電、燃?xì)鉃闊嵩吹莫?dú)立供暖系統(tǒng)能較好地符合環(huán)境保護(hù)的要求。

上述因素決定了戶式獨(dú)立供暖系統(tǒng)的使用有其必然性，并且其使用面積將迅速增長(zhǎng)，具有很大的發(fā)展空間。這預(yù)示著，戶式獨(dú)立供暖系統(tǒng)的能耗量占社會(huì)供暖總耗能的比例將增大，并且持增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)。此外，電、燃?xì)馐莾?yōu)質(zhì)或高品位能源，而在供暖工程中低溫?zé)嵩醇纯蓾M足供暖的要求。因此，以 電、燃?xì)鉃闊嵩吹膽羰姜?dú)立供暖系統(tǒng)的使用水平，對(duì)改善能源高品低用、對(duì)建筑工程的節(jié)能減排必定產(chǎn)生不容忽視的影響。當(dāng)前獨(dú)立系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)行中存在許多不規(guī)范現(xiàn)象，甚至為了解決住宅熱源，有部分獨(dú)立系統(tǒng)片面地以低能效、排放污染高為代價(jià)。因此，需要從綠色節(jié)能的視角，審視和比較現(xiàn)有的各種獨(dú)立供暖方式，確立綜合考慮當(dāng)?shù)啬茉礂l件、政策規(guī)定，從能源形式、系統(tǒng)能效、熱舒適度、環(huán)境保護(hù)、一次投入與運(yùn)行費(fèi)用等的理念，因地制宜，規(guī)范和引導(dǎo)獨(dú)立系統(tǒng)的應(yīng)用，推動(dòng)其健康發(fā)展。

空氣源熱泵直熱式地面輻射供暖系統(tǒng)主要由熱源機(jī)（空氣源熱泵）、輸配管（供氣管、回液管）和地埋供熱部件（毛細(xì)管席）組成。該系統(tǒng)采用制冷劑的冷凝熱直接加熱地板，是熱泵技術(shù)和地板輻射供暖合理的結(jié)合。圖1為系統(tǒng)原理圖。

空氣源熱泵直熱式輻射供暖系統(tǒng)原理圖

       該系統(tǒng)采用毛細(xì)管席作為供暖末端。毛細(xì)管席示意圖見圖2。

毛細(xì)管席示意圖

輻射供暖地面的向上供熱量和向下傳熱量應(yīng)當(dāng)通過(guò)計(jì)算確定。毛細(xì)管席的供熱量與管材的規(guī) 格、長(zhǎng)度、地面層的構(gòu)造和材料等有關(guān)，并且毛細(xì)管的產(chǎn)熱量與熱源機(jī)的冷凝壓力有關(guān)。目前尚無(wú)軟件計(jì)算直熱式輻射供暖系統(tǒng)的地面供熱量。JGJ 142—2012 《輻射供暖供冷技術(shù)規(guī)程》第3.4.4條規(guī)定：“毛細(xì)管網(wǎng)輻射表面向上供熱量或供冷量，以及向下傳熱量應(yīng)按產(chǎn)品監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)確定”。通過(guò)實(shí)驗(yàn)與工程實(shí)踐，積累數(shù)據(jù)，該系統(tǒng)得到一定條件（熱源機(jī)機(jī)型）下一定規(guī)格的毛細(xì)管網(wǎng)輻射表面向上供熱量。

按照連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行條件，地面供熱量接近熱源機(jī)的產(chǎn)熱量，因此把系統(tǒng)供熱量計(jì)算簡(jiǎn)化為類似電纜地面輻射供暖系統(tǒng)的供熱量的計(jì)算。在對(duì)以住宅獨(dú)立供暖為對(duì)象的空氣源熱泵直熱式輻射供暖系統(tǒng)研究課題中，為獲得較高的系統(tǒng)能效，以已開發(fā)的熱泵室外機(jī)機(jī)型對(duì)毛細(xì)管席發(fā)熱管進(jìn)行配型，通過(guò)實(shí)驗(yàn)與大量的工程實(shí)踐與實(shí)測(cè)，毛細(xì)管席的每根分路管長(zhǎng)度為16m時(shí)，放熱量約為200W，即12.5W/m。因此，設(shè)于該區(qū)域的毛細(xì)管席的分路管總長(zhǎng)度可根據(jù)所負(fù)擔(dān)的供暖區(qū)域需要的負(fù)荷進(jìn)行計(jì)算。

空氣源熱泵直熱式地面輻射供暖系統(tǒng)設(shè)計(jì)、施工、驗(yàn)收的內(nèi)容包括：一般規(guī)定、地面構(gòu)造、房間熱負(fù)荷計(jì)算、輻射面散熱量和系統(tǒng)供熱量計(jì)算、供暖系統(tǒng)設(shè)計(jì)、溫控、系統(tǒng)與地面材料、施工、試運(yùn)行、調(diào)試及驗(yàn)收，主要依據(jù)JGJ142-2012《輻射供暖供 冷技術(shù)規(guī)程》，或河北省工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)DB13（J） / T168—2014《空氣源熱泵直熱式輻射供暖技術(shù)規(guī)程》的規(guī)定進(jìn)行。

3.2.1圍護(hù)結(jié)構(gòu)

住宅用戶獨(dú)立供暖系統(tǒng)用戶行為節(jié)能意識(shí)較強(qiáng)，為減少因戶間傳熱產(chǎn)生的供暖費(fèi)用，宜做好戶間隔墻、樓板的保溫。河北省工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)DB13（J）63—2011《居住建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定采用地 面輻射供暖系統(tǒng)的住宅的分戶墻、分戶樓板的傳熱系數(shù)限值分別為1.6W/（㎡.K）和1.2W/ （㎡.K）。

3.2.2熱負(fù)荷計(jì)算

空氣源熱泵直熱式地面輻射供暖系統(tǒng)的通常做法為：每戶獨(dú)立配置熱源機(jī)，獨(dú)立設(shè)置室內(nèi)供暖系統(tǒng)，具有自動(dòng)控溫、定時(shí)運(yùn)行等功能。該系統(tǒng)屬于分戶獨(dú)立熱源的輻射供暖系統(tǒng)。所以其熱負(fù)荷計(jì)算時(shí)需考慮間歇供暖附加值和戶間傳熱負(fù)荷。對(duì)于住宅，考慮附加后房間熱負(fù)荷可參考下式計(jì)算。

對(duì)于公共建筑如采用間歇供暖形式，可參照J(rèn)GJ142—2012《輻射供暖供冷技術(shù)規(guī)程》第3.3.7 條的條文說(shuō)明，對(duì)房間基本負(fù)荷考慮一定的間歇供暖負(fù)荷修正。

3.2.3系統(tǒng)設(shè)計(jì)

系統(tǒng)設(shè)計(jì)分為熱源機(jī)選型與設(shè)置、輸配管線設(shè)計(jì)、供暖環(huán)路劃分、毛細(xì)管席設(shè)計(jì)。

1）熱源機(jī)選型與設(shè)置

對(duì)熱源機(jī)的選擇首先應(yīng)符合規(guī)范對(duì)熱泵融霜控制、冬季機(jī)組性能系數(shù)的要求，即融霜控制可靠， 融霜時(shí)間總和不應(yīng)超過(guò)運(yùn)行周期的20%；冬季設(shè)計(jì)工況時(shí)機(jī)組性能系數(shù)（COP）不應(yīng)小于1.8。從氣候條件來(lái)講，熱泵的能效隨著室外空氣溫度的降低而下降，從提高能效角度出發(fā)，在寒冷地區(qū)使用比在嚴(yán)寒地區(qū)更適宜。

目前已經(jīng)用于工程的熱源機(jī)分為標(biāo)準(zhǔn)型和低溫型，其性能參數(shù)見表1，性能曲線見圖3~6。

表1：熱源機(jī)技術(shù)參數(shù)

圖3：熱源機(jī)標(biāo)準(zhǔn)型（制熱量5.2kW）性能曲線

圖4：熱源機(jī)標(biāo)準(zhǔn)型（制熱量7.8kW）性能曲線

圖5：熱源機(jī)標(biāo)準(zhǔn)型（制熱量4.3kW）性能曲線

圖6：熱源機(jī)標(biāo)準(zhǔn)型（制熱量6.0kW）性能曲線

熱源機(jī)選型。根據(jù)室內(nèi)熱負(fù)荷，初步確定滿足要求的熱源機(jī)額定制熱量；按照設(shè)計(jì)工況，對(duì)熱源機(jī)的有效制熱量，根據(jù)室外供暖計(jì)算溫度，分別采用溫度修正系數(shù)和融霜修正系數(shù)進(jìn)行校核；根據(jù)校核結(jié)果，確認(rèn)熱源機(jī)容量。

2）輸配管線的設(shè)計(jì)

輸配管的規(guī)格選擇應(yīng)滿足系統(tǒng)供熱所需制冷劑質(zhì)量流量的要求。輸配管的長(zhǎng)短與系統(tǒng)制冷劑 的充注量相關(guān)，管道過(guò)長(zhǎng)不僅會(huì)增加制冷劑的充注量，而且還會(huì)影響系統(tǒng)的制熱能力和系統(tǒng)的可靠性。輸配管與毛細(xì)管席間的連接應(yīng)利于安裝、便于檢修，并遵循管路最短原則；輸配管至各環(huán)路的長(zhǎng)度宜盡量接近，以利于系統(tǒng)中各環(huán)路的水力平衡。供氣管與回液管、毛細(xì)管的分氣頭與集液頭的溫差較大，兩管間距過(guò)小時(shí)會(huì)引起無(wú)效傳熱損失，構(gòu)造 層中供氣管與回液管間距不宜小于10mm，若小于10mm，應(yīng)采用隔熱材料隔離；絕熱材料可采用聚苯乙烯泡沫塑料。

熱源機(jī)與室內(nèi)毛細(xì)管席間的管線長(zhǎng)度、高差不應(yīng)超過(guò)產(chǎn)品技術(shù)要求。輸配管的規(guī)格選擇可按照熱源機(jī)的供熱量參照表2選配。

表2：熱源機(jī)機(jī)型與對(duì)應(yīng)的輸配管管徑

3）毛細(xì)管席的設(shè)計(jì)

直熱式輻射供暖系統(tǒng)戶內(nèi)的供暖環(huán)路應(yīng)按供暖區(qū)域劃分，每個(gè)房間宜為一個(gè)供暖區(qū)域，設(shè)置一個(gè)供暖部件（毛細(xì)管席），對(duì)于面積較大的房間可劃分成多個(gè)供暖區(qū)域。各供暖區(qū)域的毛細(xì)管席應(yīng)按所需供熱量配置，應(yīng)設(shè)置在所在供暖區(qū)域的有效散熱區(qū)內(nèi)。

分氣頭、集液頭上下布置，高差應(yīng)不小于20mm；分氣頭、集液頭之間間距不應(yīng)大于200mm； 毛細(xì)管席的分路管宜采用等長(zhǎng)銅管制作；分路管宜均布，不宜交叉，必須交叉時(shí)應(yīng)在空間位置上錯(cuò)開，高差應(yīng)不小于10mm；分路管應(yīng)等間距排布，宜采用平行型（直列型）排布，管間水平距離最大不超過(guò)150mm，最小不小于50mm。

毛細(xì)管席的分氣頭、集液頭處是管路焊接點(diǎn)集中的部位，為方便檢修，設(shè)置檢修盒，作為檢修空間。

所有與制冷劑接觸的管道材料采用磷脫氧無(wú)縫拉制的紫銅管，銅管的各項(xiàng)性能指標(biāo)應(yīng)滿足 GB/T18033—2007《無(wú)縫銅水管和銅氣管》的要求。

空氣源熱泵直熱式地面輻射供暖系統(tǒng)的土建構(gòu)造層施工與一般的地面輻射供暖系統(tǒng)相同。室 內(nèi)系統(tǒng)施工，如冷媒管安裝（切割、彎曲、脹管、喇叭 口制作、焊接）、氣密性試驗(yàn)、制冷劑的充注與回收等應(yīng)按照J(rèn)GJ174—2010《多聯(lián)機(jī)空調(diào)系統(tǒng)工程技術(shù)規(guī)程》的要求進(jìn)行。

在施工中需要注意以下幾方面：毛細(xì)管席的分路管應(yīng)使用整根銅管，不應(yīng)拼接使用。供暖系統(tǒng)管道焊接部位均應(yīng)安裝在檢修盒中，檢修盒應(yīng)在所有管道敷設(shè)完成、接頭焊接完成后依照施工圖的要求安裝固定。檢修盒不應(yīng)設(shè)在固定設(shè)備的下方。嚴(yán)禁在管道內(nèi)有壓力的情況下進(jìn)行焊接，輸配管的下部是絕熱層，焊接作業(yè)時(shí)應(yīng)做好防火安全防護(hù)措施。當(dāng)系統(tǒng)需要排空制冷劑進(jìn)行維修時(shí)，應(yīng)使用專用回收機(jī)對(duì)系統(tǒng)內(nèi)剩余的制冷劑回收。當(dāng)發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)有泄漏需要補(bǔ)焊修復(fù)時(shí)，必須將修復(fù)段的制冷劑排空回收。

目前采用戶式獨(dú)立供暖方式的住宅，其圍護(hù)結(jié) 構(gòu)熱工性能已達(dá)到二步節(jié)能要求（節(jié)能率65%）。以石家莊市為例，供暖熱指標(biāo)為＜30W/㎡?？紤] 間歇運(yùn)行和戶間傳熱因素，熱指標(biāo)為46~52W/㎡。

按照熱指標(biāo)為46~52W/㎡ 計(jì)算石家莊市住宅年耗熱量，分別為0.372， 0.421GJ 。

對(duì)電直熱式供暖地面輻射供暖系統(tǒng)、空氣源熱泵直熱式地面輻射供暖系統(tǒng)、燃?xì)獗趻鞝t地面輻射供暖系統(tǒng)的運(yùn)行費(fèi)用進(jìn)行計(jì)算，結(jié)果見表3~5。

表3：電直熱式供暖（電纜、碳纖維、電熱膜）的費(fèi)用

表4：燃?xì)獗趻鞝t供暖的費(fèi)用（注：天然氣熱值為35169kj/㎡ ）

表5：空氣源熱泵直熱式地面輻射供暖系統(tǒng)的費(fèi)用（注：熱源機(jī)主機(jī)在室外空氣溫度為-9℃時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)型5.2,7.8熱源機(jī)的COP值均大于3，系統(tǒng)COP按2.0,2.5計(jì)算，分子項(xiàng)系數(shù)對(duì)應(yīng)COP=2.0，分母項(xiàng)系數(shù)對(duì)應(yīng)COP=2.5）

采用燃?xì)獗趻鞝t費(fèi)用。燃?xì)鉅t部分負(fù)荷下的效率為85%，天然氣價(jià)格為2.4元/m3，天然氣用量為8.12m3（46W/㎡ 時(shí)12.44m3，52W/㎡ 時(shí)14.07m3）。費(fèi)用：46W/㎡時(shí)29.86元/㎡，52W/㎡ 時(shí)33.79元/㎡。

       表6為3種不同熱源的地面輻射供暖系統(tǒng)費(fèi)用的比較。

（表6：3種不同熱源的地面輻射供暖系統(tǒng)費(fèi)用的比較，注：表中第4列中數(shù)據(jù)為表5所列地面輻射供暖系統(tǒng)（COP）為2.0~2.5時(shí)的費(fèi)用。）

       以上費(fèi)用計(jì)算均未考慮即將出臺(tái)的階梯氣價(jià)、電價(jià)規(guī)定。

由表6可知，空氣源熱泵直熱式地面輻射供暖系統(tǒng)運(yùn)行費(fèi)用低于燃?xì)夤┡M(fèi)用，并且熱泵系統(tǒng)的能效越高，其運(yùn)行費(fèi)用越低。當(dāng)然，由于市場(chǎng)價(jià)格體系、氣源、電力供應(yīng)不斷變化，降低費(fèi)用的根本途徑在于降低建筑能耗和提高系統(tǒng)能效。

據(jù)工程施工單位回訪與統(tǒng)計(jì)，在熱泵直熱式地面輻射供暖系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行中，農(nóng)村居民的供暖支出費(fèi)用為17~22元/㎡，城市居民為14元/㎡。可以看出，其中行為節(jié)能因素對(duì)費(fèi)用的影響明顯，但也說(shuō)明此種供暖方式的潛力。