1 提出的問題
針對公共供暖費用居高不下， 空調耗電量大的情況， 國內外眾多科研單位及學者做了大量的嘗試， 希望只需要一套公用設備，
以上組合方式無論採用風管系統或風機盤管， 在節能上都有一定的優勢， 但也存在不可克服的缺點， 如送風機、未端裝置風機盤管的耗能問題、風機盤管的雜訊影響睡眠問題。 有的用戶反映冬季使用風機盤管， 室內空氣比其他採暖方式要乾燥， 並且室內灰塵較大、不舒適等。
以上諸多問題隨著空調在公共建築中的普及， 以及人們生活品質的提高，
2 項目概況
本建築位於京郊區某縣， 共兩層， 第一層建築面積約1054㎡，
3 氣象參數
（1）冬季室外採暖計算溫度為-7.6℃。
（2）冬季室外通風計算溫度為-3.6℃。
（3）夏季室外通風計算溫度為29.7℃。
（4）夏季空氣調節室外所計算出的溫度為33.5℃。
（5）夏季空氣調節室外計算的濕球溫度為26.4℃。
（6）冬季空氣調節室外計算的相對濕度為45%。
（7）夏季通風室外計算相對濕度為61%。
（8）冬季室外風速為2.6m/s。
（9）夏季室外風速為2.1m/s。
4 負荷計算
4.1 冬季採暖熱負荷
由於建築結構不詳， 需要對原建築增設外圍護， 包括外牆、屋頂保溫、外窗、外門保溫等， 整改後應達到北京市第三步節能標準。
冬季採暖熱負荷估算：總熱負荷約為196.17kW。
系統具體劃分如下：
一、二層（南）總建築面積：761㎡；熱負荷約為60.52kW。
一、二層（西北）總建築面積：701㎡；與中間樓梯為界， 公共區域為（東北）， 熱負荷約為64.4kW。
一、二層（東北）總建築面積：748㎡；熱負荷約為70.27kW。
5 熱源的選擇
5.1 空氣源熱泵選擇
選用空氣源熱泵三台， （由於甲方只提供60kW供電量）在-10℃～15℃時， 能效比為1：2， 空氣源熱泵提供熱負荷約為120kW， 剩餘的熱量約為76kW由太陽能（太陽能上有輔助電加熱）承擔。
5.2 太陽能部分的選擇
（1）北京地區太陽輻射及氣候狀況（如表1）。
（2）集熱器全日集熱效率ηcd的確定。
北京年平均日太陽能輻照量Jt=16014kJ/㎡。 年平均日照小時數7.5h， 則平均總日照輻照量G為16014/(3600×7.5)=593(W/㎡)。
北京市年平均氣溫11.5℃， 則歸一化溫差T*i計算為[(10/3+48×2/3)－11.5]/593=0.040。
將以上資料代入我公司集熱器的暫態效率曲線圖， 得到資料為53%。
（3）年太陽能節能量的確定：
年太陽能節能量為：ΔQsave1=AcJt(1-ηc)ηcd
式中：
ΔQsave1——太陽能熱水系統一年的節能量， MJ；
Ac——直接系統的太陽能集熱面積， ㎡；
Jt——太陽能集熱器採光表面上的年總太陽輻照量， MJ/㎡；
ηcd——太陽能集熱器全日集熱效率；
ηc——管路和水箱的熱損失率。
ΔQsave1=303×5844×（1-0.2）×0.53=750790MJ
5.3 太陽能集熱器面積：
根據北京年平均日太陽能輻照量， 得到ηcd為53%， 管路和水箱的熱損失率取20%。
Ac=76×1000/［593×0.53×（1-0.2）］=7600/251=303㎡
6 供回水參數的確定
冬季地面供暖由空氣源熱泵供給40℃熱水，回水溫度為35℃（太陽能輔助熱源）；夏季空氣源熱泵提供7℃冷凍水，回水溫度為12℃；一年四季提供生活熱水。
6.1 供熱地表面溫度
6.1.1 供熱地表面平均溫度
地面設計不同裝飾材料的表面溫度，是來自於人的腳直接與過熱或過冷的物體表面接觸，本設計參照國際標準（ISO 7730）規定，對於室內不運動的人來說，室溫宜在19℃～20℃之間，其中29℃是地面供暖系統地表溫度的極限；歐盟CEN建議對供暖地表面溫度，根據舒適程度可分為三個等級，A級別最高，B級與C級別較低，因此地表面溫度是根據不同的舒適等級程度來確定的，供暖地表面溫度範圍見下表2。
通過表2得知，地面輻射供暖的地面表面溫度範圍是19℃～29℃。
7 太陽能集熱系統
太陽能集熱系統主要由太陽能集熱器、集熱器支架、迴圈管路、迴圈泵、閥門、篩檢程式、儲熱水箱等組成。
集熱器由太陽能採暖專用真空管和特製的採暖聯箱組成，本集熱器實現了承壓運行、超低溫差傳導、防垢、防凍、防漏、抗風功能，真空管經過特殊加工處理，即使玻璃管損壞，系統也不會漏水，可以照常運行。
集熱器及支架設計安裝合理，且功能與景觀完美結合，不破壞建築物美觀，並可起到屋頂隔熱層作用。
集熱器採集的熱量以水為載體，通過迴圈管路儲存于儲熱水箱中。水箱有兩個，一個是熱水水箱，主要用於生活熱水和洗浴熱水，另一個是膨脹水箱，主要用於採暖和製冷。
水箱與集熱器採用高位集熱器低位元水箱安裝方式，強制迴圈，以停機排空的運行方式，實現太陽能的採集和系統防凍，大大提高了對太陽能的採集效率和系統安全性。
8 低溫熱水地面輻射採暖系統
低溫熱水地面輻射採暖系統，本工程採用低溫熱水地面輻射採暖，上下兩層共設四組分集水器，每組分別採用溫控器控制，優先使用太陽能能源，根據採暖區域溫度的要求，合理利用輔助熱源，大大減少運行費用。
進入冬季採暖時，必須先將系統進行冬夏季迴圈管路轉換，然後以集熱系統及輔助能源系統生產的熱水為熱媒，在地板盤管中迴圈流動，從而加熱地板，再通過地面輻射的方式向室內供熱。
低溫熱水地面輻射採暖所需供水溫度在35℃～50℃，較普通散熱器供水溫度85℃～95℃低很多，從採暖水箱到採暖末端屬於低溫傳輸，所以傳輸熱損會大大減少。
地面輻射採暖系統，由供暖系統供給40℃熱水，進入設置的集、分水器，經集、分水器接至各環路加熱盤管。在總供水支管分至集、分水器之間設置篩檢程式及調節閥。為確保採暖系統運行可靠可在集、分水器上分別設置調節閥及自動排氣閥。
9 材料採購及說明
9.1 PE-X管材（交聯聚乙烯管材）
採用德國加工技術及韓國LG公司進口原材料製成的PE-X管材，符合國際標準ISO 9001，無論從品質上、品種上都達到了國內領先水準，能滿足用戶的要求。
（1）縱向回縮率≤0.3%。
（2）液壓試驗110℃，環應力2.5MPa，8760h，無滲漏和不破損。
（3）其他試驗要求。
9.2 集、分水器
選用銅制集、分水器及管件，集、分水器棒體直徑為φDN32㎜。為確保每環流量分配均勻，在分、集水器上分別帶有流量調節閥，使用者可根據相應的流量以調節所需流量。為確保系統運行正常，在集、分水器上安裝先進的自動排氣閥。
9.3 自熄型聚苯乙烯泡沫塑料板
其物理性能應符合下列要求：
（1）表觀密度≥20kg/m³。
（2）導熱係數≤0.041W/m·k。
（3）抗壓強度≥100kPa。
（4）氧指數不應小於30%。
所有地板輻射採暖供應的材料附有產品品質檢驗報告及出廠合格證書。
10 熱泵機組
本系統利用了風冷熱泵機組的優點，它不但冬季可以給太陽能採暖提供熱能補充，還可以獨立完成夏季製冷的需求，實現一機多用，充分利用能源，降低投資成本。進入夏季製冷時必須先將系統進行冬夏季迴圈管路轉換，將生活水箱和膨脹水箱獨立使用，太陽能集熱器為用戶提供熱水。由熱泵機組生產低溫水並儲存於膨脹水箱，通過風機盤管吸收室內熱量，為室內降溫，達到製冷目的。由於採用冷水系統，室內水分及人體水分不易流失，所以遠比直接使用氟系統舒適。
11 系統組態
本系統採用微電腦自動控制，能夠自動識別陽光有無及強弱，監測水箱水溫和室內溫度，實現太陽能集熱系統和採暖系統溫差迴圈，採暖實施分室分時段控制；水位自動控制；熱水系統自動迴圈保溫，恒溫恒壓給水；即時功能狀態顯示；另特為有峰穀電價地區的使用者設計了谷電應用功能，使輔助能源在谷電時間段內充分蓄能，享受優惠電價，減少運行費用。
為保證系統運行可靠及使用者人身安全，還設置了多種保護措施，如漏電保護、超載短路保護、幹燒保護、水流保護、逆序保護、缺相保護、超溫保護、高壓保護、低壓保護、頻繁啟動保護等，用戶可放心使用。
控制系統人機界面可以顯示各種設置點參數及各設備運行情況，自動檢測系統故障並顯示故障代碼，以方便查詢和檢修。通過全智慧化的控制功能，即充分有效地採集利用了可再生能源，又最大限度地節約了能源，同時保證了系統的穩定性、可靠性和安全性。
自動控制系統：電控櫃、主控採用德國SIEMENS的PLC為控制核心。該裝置具有模組化組合功能，能夠進行現場程式設計，遠端監控及聯網，工作中安全可靠。
12 特性
本系統充分利用現有條件，與太陽能熱泵相結合，最大限度利用太陽能，在冬季陽光充足時，採集能量由保溫水箱儲存使用。熱泵系統在當室外氣溫在5℃以上時，熱泵系統的能效比在3以上作為主運行狀態，5℃以下時熱泵系統的能效比在2.4以上作為輔助運行狀態，通過這種運行方式採集能量，由水箱儲存，夜晚使用，可以最大限度地節約電能，並滿足供熱與製冷要求。
如有波峰波谷半價電供應地區熱泵夜間使用將更實惠。
13 費用指標
（1）全年採用平價電運行電費：
60×0.5×10×120/2210=16.2元/㎡
（2）如採用低谷電全年為：
60×0.33×10×120/2210=10.8元/㎡
6 供回水參數的確定
冬季地面供暖由空氣源熱泵供給40℃熱水，回水溫度為35℃（太陽能輔助熱源）；夏季空氣源熱泵提供7℃冷凍水，回水溫度為12℃；一年四季提供生活熱水。
6.1 供熱地表面溫度
6.1.1 供熱地表面平均溫度
地面設計不同裝飾材料的表面溫度，是來自於人的腳直接與過熱或過冷的物體表面接觸，本設計參照國際標準（ISO 7730）規定，對於室內不運動的人來說，室溫宜在19℃～20℃之間，其中29℃是地面供暖系統地表溫度的極限；歐盟CEN建議對供暖地表面溫度，根據舒適程度可分為三個等級，A級別最高，B級與C級別較低，因此地表面溫度是根據不同的舒適等級程度來確定的，供暖地表面溫度範圍見下表2。
通過表2得知，地面輻射供暖的地面表面溫度範圍是19℃～29℃。
7 太陽能集熱系統
太陽能集熱系統主要由太陽能集熱器、集熱器支架、迴圈管路、迴圈泵、閥門、篩檢程式、儲熱水箱等組成。
集熱器由太陽能採暖專用真空管和特製的採暖聯箱組成，本集熱器實現了承壓運行、超低溫差傳導、防垢、防凍、防漏、抗風功能，真空管經過特殊加工處理，即使玻璃管損壞，系統也不會漏水，可以照常運行。
集熱器及支架設計安裝合理，且功能與景觀完美結合，不破壞建築物美觀，並可起到屋頂隔熱層作用。
集熱器採集的熱量以水為載體，通過迴圈管路儲存于儲熱水箱中。水箱有兩個，一個是熱水水箱，主要用於生活熱水和洗浴熱水，另一個是膨脹水箱，主要用於採暖和製冷。
水箱與集熱器採用高位集熱器低位元水箱安裝方式，強制迴圈，以停機排空的運行方式，實現太陽能的採集和系統防凍，大大提高了對太陽能的採集效率和系統安全性。
8 低溫熱水地面輻射採暖系統
低溫熱水地面輻射採暖系統，本工程採用低溫熱水地面輻射採暖，上下兩層共設四組分集水器，每組分別採用溫控器控制，優先使用太陽能能源，根據採暖區域溫度的要求，合理利用輔助熱源，大大減少運行費用。
進入冬季採暖時，必須先將系統進行冬夏季迴圈管路轉換，然後以集熱系統及輔助能源系統生產的熱水為熱媒，在地板盤管中迴圈流動，從而加熱地板，再通過地面輻射的方式向室內供熱。
低溫熱水地面輻射採暖所需供水溫度在35℃～50℃，較普通散熱器供水溫度85℃～95℃低很多，從採暖水箱到採暖末端屬於低溫傳輸，所以傳輸熱損會大大減少。
地面輻射採暖系統，由供暖系統供給40℃熱水，進入設置的集、分水器，經集、分水器接至各環路加熱盤管。在總供水支管分至集、分水器之間設置篩檢程式及調節閥。為確保採暖系統運行可靠可在集、分水器上分別設置調節閥及自動排氣閥。
9 材料採購及說明
9.1 PE-X管材（交聯聚乙烯管材）
採用德國加工技術及韓國LG公司進口原材料製成的PE-X管材，符合國際標準ISO 9001，無論從品質上、品種上都達到了國內領先水準，能滿足用戶的要求。
（1）縱向回縮率≤0.3%。
（2）液壓試驗110℃，環應力2.5MPa，8760h，無滲漏和不破損。
（3）其他試驗要求。
9.2 集、分水器
選用銅制集、分水器及管件，集、分水器棒體直徑為φDN32㎜。為確保每環流量分配均勻，在分、集水器上分別帶有流量調節閥，使用者可根據相應的流量以調節所需流量。為確保系統運行正常，在集、分水器上安裝先進的自動排氣閥。
9.3 自熄型聚苯乙烯泡沫塑料板
其物理性能應符合下列要求：
（1）表觀密度≥20kg/m³。
（2）導熱係數≤0.041W/m·k。
（3）抗壓強度≥100kPa。
（4）氧指數不應小於30%。
所有地板輻射採暖供應的材料附有產品品質檢驗報告及出廠合格證書。
10 熱泵機組
本系統利用了風冷熱泵機組的優點，它不但冬季可以給太陽能採暖提供熱能補充，還可以獨立完成夏季製冷的需求，實現一機多用，充分利用能源，降低投資成本。進入夏季製冷時必須先將系統進行冬夏季迴圈管路轉換，將生活水箱和膨脹水箱獨立使用，太陽能集熱器為用戶提供熱水。由熱泵機組生產低溫水並儲存於膨脹水箱，通過風機盤管吸收室內熱量，為室內降溫，達到製冷目的。由於採用冷水系統，室內水分及人體水分不易流失，所以遠比直接使用氟系統舒適。
11 系統組態
本系統採用微電腦自動控制，能夠自動識別陽光有無及強弱，監測水箱水溫和室內溫度，實現太陽能集熱系統和採暖系統溫差迴圈，採暖實施分室分時段控制；水位自動控制；熱水系統自動迴圈保溫，恒溫恒壓給水；即時功能狀態顯示；另特為有峰穀電價地區的使用者設計了谷電應用功能，使輔助能源在谷電時間段內充分蓄能，享受優惠電價，減少運行費用。
為保證系統運行可靠及使用者人身安全，還設置了多種保護措施，如漏電保護、超載短路保護、幹燒保護、水流保護、逆序保護、缺相保護、超溫保護、高壓保護、低壓保護、頻繁啟動保護等，用戶可放心使用。
控制系統人機界面可以顯示各種設置點參數及各設備運行情況，自動檢測系統故障並顯示故障代碼，以方便查詢和檢修。通過全智慧化的控制功能，即充分有效地採集利用了可再生能源，又最大限度地節約了能源，同時保證了系統的穩定性、可靠性和安全性。
自動控制系統：電控櫃、主控採用德國SIEMENS的PLC為控制核心。該裝置具有模組化組合功能，能夠進行現場程式設計，遠端監控及聯網，工作中安全可靠。
12 特性
本系統充分利用現有條件，與太陽能熱泵相結合，最大限度利用太陽能，在冬季陽光充足時，採集能量由保溫水箱儲存使用。熱泵系統在當室外氣溫在5℃以上時，熱泵系統的能效比在3以上作為主運行狀態，5℃以下時熱泵系統的能效比在2.4以上作為輔助運行狀態，通過這種運行方式採集能量，由水箱儲存，夜晚使用，可以最大限度地節約電能，並滿足供熱與製冷要求。
如有波峰波谷半價電供應地區熱泵夜間使用將更實惠。
13 費用指標
（1）全年採用平價電運行電費：
60×0.5×10×120/2210=16.2元/㎡
（2）如採用低谷電全年為：
60×0.33×10×120/2210=10.8元/㎡