重慶村鎮空氣源熱泵供暖系統夜間性能實測分析

重慶村鎮空氣源熱泵供暖系統夜間性能實測分析

劉猛1，薛凱1，周宇2，李聰2

(1.重慶大學 城市建設與環境工程學院，綠色建筑與人居環境營造國際合作聯合實驗室，

國家級低碳綠色建筑國際聯合研究中心，重慶 400045;

2. 重慶建工新農村投資有限公司，重慶 402160)

摘要：針對重慶山地村鎮迫切的供暖需求，選取該地區典型村鎮搭建了空氣源熱泵供暖系統實驗平臺，分析了空氣源熱泵系統性能影響因素，并從供回水溫度、系統耗電量、供熱量、性能系數COP等角度對運行過程中的階段特性(啟動、穩定運行及全階段)進行闡述，發現系統在3個階段特點差異很大：啟動階段初始溫度對COP影響較為明顯，除霜時系統性能下降25%；穩定階段特性與初始溫度無關，室外條件較好時，降低設定溫度，COP提高明顯；總體來看，啟動階段COP最高，全階段次之，穩定階段COP最低。

關鍵詞：村鎮；空氣源熱泵；供暖；建筑節能

Received:2015-08-11

Foundation item：National Key Technology Research and Development Program of the Ministry of Science and Technology of China During the “12 th Five-Year Plan” (No.2013BAJ11B05)

從“十二五”開始，中國的能源政策從提高能效逐步轉向總量控制。從碳排放總量和能源供應量的約束角度，中國建筑能耗總量應該在2.93×108kJ以內[1]。生理學家發現，當冬季溫度較低時，死亡人數與氣溫之間存在明顯負相關性[2]。在南方地區，由于冬季室外空氣溫度、地下溫度都高于北方地區，所以非常適合作為各類分散式熱泵的供暖熱源[3-4]。到目前為止，熱泵技術已成為應用于供暖領域最成功的技術之一[5]。空氣源熱泵由于不受水源和建筑地理條件的限制，冬夏共用，設備利用率高等特點[6]，發展越來越成熟。

根據逆卡諾循環制熱系數定義，當蒸發溫度不變時，制熱系數隨冷凝溫度升高而降低，當冷凝溫度不變時，制熱系數隨蒸發溫度升高而升高。對于空氣源熱泵熱水系統，環境溫度(空氣溫度)和蒸發溫度具有正相關性，熱水溫度和冷凝溫度具有正相關性，而針對夏熱冬冷地區的熱泵空調器在冬季結霜工況測試中，大約有1/3的供熱期受熱泵結霜的影響不能正常制熱[7]，山地城市中海拔會影響干球溫度，隨著海拔的升高使得熱泵性能變差[8]。此外，研究發現，對于冷凝盤管來說，當盤管做成“L”型時可獲得更佳的換熱效果[9]，而垂直單回路的結構會導致水箱內出現了明顯的分層[10]；實驗中發現，當沉浸式冷凝器的盤管布置有肋片時，在環境溫度為24 ℃、水溫為27 ℃時熱泵的性能系數COP(即在額定工況和規定條件下，熱泵制熱量與有效輸入功率之比)為2.4[11]；將熱泵熱水系統和常規空調結合實現多功能時，其制冷和制熱能效比平均可達3.5[12]；另外，空調熱泵的冷凝廢熱可以通過在壓縮機和冷凝器之間布置過熱換熱器來實現，為水箱容積和管道輸送策略提出了建議[13]。

重慶地區地處西南，山地特征明顯、居住較為分散，由于海拔及微氣候的影響，村鎮熱濕狀況與城區存在很大差距，利用空氣源熱泵供暖仍存在很多不確定性，分析熱泵在該地區的供暖性能變得尤其重要。

1氣象數據與供暖需求

通過微型氣象站采集空氣源熱泵運行的環境條件，如圖1。

圖1　逐時氣象參數Fig.1　Hourly weather

選取該地區典型冬季連續一個月(2015-01-08—2015-02-08)的逐時氣象數據進行分析，可知平均溫度為7.9 ℃，最高溫度達16.7 ℃，最低溫度達到2.2 ℃，平均相對濕度達到87%以上，天氣狀態好時，晝夜溫差較大，陰雨天時，晝夜溫差起伏不大。山地村鎮平均溫度比主城(10.2 ℃)低約2.3 ℃，供暖需求比城區更迫切。

空氣源熱泵供暖基本工作在夜間(晚上20:00—次日凌晨6:00)，為此對夜間運行時間段氣象數據(如圖2)進行分析。圖2反映了測試期間(2015-01-08—2015-02-08)白天與夜間的平均溫度及溫度波動(最高溫與最低溫之差)對比情況，夜間日平均氣溫為7.6 ℃，略低于白天(8.3 ℃)，而從溫度波動角度來看，夜間平均波動為2.2 ℃，最大為4 ℃(晴天)，最小為0.7 ℃(陰雨天)，而白天溫度波動為3.5 ℃，最大波動達9.1 ℃，整體來看，夜間溫度要穩定得多。

圖2　測試期間白天與夜間的平均溫度及溫度波動Fig.2　Daytime and nighttime average temperature and temperature fluctuations during the

另一方面，重慶旅游人數逐年攀升，尤其是鄉村旅游，給人們生活水平帶來很大改善，如圖3。同時,隨著道路交通等基礎設施的不斷完善，大大推動了重慶地區旅游產業的發展，然而,該地區冬季潮濕陰冷的狀況依然很普遍，旅游住宿、熱水使用等方面，游客抱怨時有發生，給旅游產業的進一步發展帶來一定阻力。此外，現有供暖設施落后，主要以電暖器、柴薪、煤球為主[14]，使得一方面需求遠遠得不到滿足，另一方面這些較為原始的供暖方式污染嚴重，給人體健康帶來潛在危害。

圖3　重慶農村發展現狀Fig.3　Countryside development status in

基于該地區嚴峻的供暖現狀，通過搭建試驗臺，實際測試了空氣源熱泵在該地區的運行特點，分析空氣源熱泵運行性能的影響因素。

2實驗平臺簡介

實驗平臺位于重慶市某山地村鎮，建筑類型為一典型2層建筑，實驗房間為該農家樂2層一間臥室，面積為18.24 m2，朝向為西，1面內墻，3面外墻，鄰室和樓下房間均不供暖，建筑圍護結構參數見表1。選取的毛細管網標準規格為1.2 m×3.8 m，共選擇4片相同規格的毛細管網鋪設在地板下面。圖4為建筑2層平面圖。

表1　圍護結構參數

圖4　建筑2層平面圖Fig.4　Building plan of

圖5為空氣源熱泵供熱系統圖，供暖系統主要包括空氣源熱泵主機、熱泵內機、緩沖水箱以及毛細管輻射采暖末端。

測試中系統參數、主要儀器、測點及技術參數見表2和表3。

圖5　空氣源熱泵供熱系統圖Fig.5　Air-source heat pump system of

冷媒電源制熱能力/W制冷能力/W制熱輸入功率/W制冷輸入功率/WR410A220-240V/50Hz/1PH3400~98002600~80001050~28101100~3500制熱能效比制冷能效比壓縮機類型壓縮機數量/臺風扇類型風扇數量2.6~4.52.3~3.2雙轉子1軸流1風扇風量/(m3·h-1)風扇輸入功率/W空氣側換熱器類型空氣側換熱器管徑/mm空氣側換熱器表面積/m2水側換熱器類型2800160內螺紋銅管-親水鋁片9.5250.705高效率殼管式換熱器水側換熱器水壓降/kPa水側換熱器連管/mm水側換熱器額定水流量/(m3·h-1)水泵全揚程/m水泵最大流量/(m3·h-1)水泵輸入功率/W6019.051.77.86151

表3　主要儀器、測點及技術參數表

實驗開始前，先用水銀溫度計對各個溫度測點進行標定，測試時間在2015年1月至2015年2月。測試方案如表4。

表4　測試方案表

采用數據采集儀對數據進行自動記錄，時間間隔為15 min，測試參數主要包括供回水溫度、流量、供熱量、耗電量、室外溫濕度、水箱溫度等。

3數據分析

空氣源熱泵夜間供暖的整個運行過程，按照供水溫度是否達到設定溫度將其分為啟動階段與穩定運行階段。空氣源熱泵系統性能分析主要包括系統供回水溫度、系統耗電量、供熱量以及系統COP等的分析。

3.1　啟動階段

由氣象數據可知，重慶地區冬季夜間熱泵運行平均溫度約為7.9 ℃，空氣源熱泵大部分運行在5~10 ℃的環境下，為此，統計室外溫度在此范圍內系統啟動階段情況，如圖6~8，初始溫度為10、20、30 ℃，設定溫度分別為35、40、45 ℃時，啟動階段供回水溫度以及耗功量的變化情況，此外，當環境露點溫度小于4 ℃時，系統室外機出現結霜現象，大大影響系統啟動情況。對于加熱時間來說，受初始溫度以及設定溫度之間的溫度差的影響，冬季空氣源熱泵各工況來下大部分啟動時間在45 min以內。

圖6　初始溫度為10 ℃供回水溫度、耗功量的變化情況Fig.6　The variation of supply and return water temperature,power consumption when the water initial temperature of 10 ℃

圖7　初始溫度為20 ℃供回水溫度、耗功量的變化情況Fig.7　The variation of supply and return water temperature,power consumption when the water initial temperature of 20 ℃

圖8　初始溫度為30 ℃供回水溫度、耗功量的變化情況Fig.8　The variation of supply and return water temperature,power consumption when the water initial temperature of 30 ℃

從供回水溫度來看，啟動之后，供水溫度會快速上升至設定溫度，由于末端負荷的影響，回水溫度較低，較供水溫度穩定有一定時間的滯后，整個啟動階段，供回水溫差由小變大再變小。開機之后，供回水溫度相差不大，供水溫度甚至會低于回水溫度，這是由于管路中“死水”的存在，對供水溫度造成了一定影響，使得開始時，回水溫度有可能高于供水溫度，隨著熱泵平穩啟動，供水溫度迅速上升，供回溫差逐漸加大。然而，隨著供水溫度進一步上升，冷凝溫度就會提高，系統性能下降，供水溫度提升變慢，功耗降低，當供水溫度達到設定溫度，耗功量逐漸穩定，由于回水溫度有一定滯后性，所以回水溫度仍有上升趨勢。此外，當起始溫度提高至30 ℃之后，可見啟動時間大大縮短，水溫迅速達到設定溫度，供回水溫差與初始溫度10 ℃相比時，變化差別不大，接近設定溫度時，溫差減小。

從功耗角度看，各個啟動階段，系統均會在啟動15 min后，功耗達到最大，這是由于啟動的第1個階段，水溫最低，壓縮機處于高負荷狀態。隨著供水溫度的增加，功耗逐漸降下來。當初始溫度由10 ℃提高至30 ℃后，最大功耗將有所降低，對于不同設定溫度，平均下降20%。

為了研究系統啟動階段特性，定義啟動階段COP為啟動階段總供熱量與啟動階段總耗電量之比。圖9為啟動階段不同初始溫度與設定溫度下，系統的耗電量、供熱量與啟動COP情況。

圖9　不同初始溫度與設定溫度下，啟動耗電量、供熱量與COP變化圖Fig.9　The start power consumption, heat supply and COP in different initial temperature and set

首先從耗電量角度來看，初始溫度為10 ℃時，35 ℃供水的耗電量1.4 kWh，分別為40、45 ℃的68%、61%；而當初始溫度提高為30 ℃時，就只有0.59 kWh，分別為40、45 ℃的51%、43%，初始溫度的提高，使得耗電量下降較初始溫度10 ℃時更明顯。

對于供熱量來說，是通過供回水溫度以及流量計算得來，隨著初始溫度以及設定溫度的變化趨勢與耗電量一致，但是下降幅度與耗電量不同，兩者直接影響著啟動COP。

為此，從啟動COP角度分析，初始溫度為10 ℃時，35 ℃設定溫度COP約為2.0；提高設定溫度至40、45 ℃，COP分別下降8%、10%，而當初始溫度至20、30 ℃，35 ℃供水啟動COP則將升高27%、48%，COP提升效果很明顯。即不同設定溫度下，啟動COP與初始溫度呈正相關，且初始溫度對COP的影響較設定溫度更加明顯。起始溫度的提高，使得啟動階段溫度提升減小，可以使熱泵快速啟動，使得供熱量與耗電量均呈下降趨勢，由圖9可知，電量下降的速度等于或大于熱量下降的速度時，系統COP呈現出升高的趨勢。

此外，影響啟動階段COP的因素還有室外溫度。圖10所示為固定初始溫度在20 ℃左右，不同室外溫度與設定溫度下，啟動階段系統的耗電量、供熱量與啟動COP情況。

圖10　不同室外溫度與設定溫度下，啟動耗電量、供熱量與COP變化圖Fig.10　The start power consumption, heat supply and COP in different outside temperature and set

室外溫度小于5 ℃時，35 ℃供水的耗電量為1.823 kWh，設定溫度提高至40 ℃，耗電量將急劇升高，增加了一倍多，主要是在溫度很低時，熱泵系統室外機結霜，可以預見的是，設定溫度繼續升高，耗電量將進一步加大。而當室外溫度提高至10 ℃以上，35 ℃時耗電量為1 kWh，設定溫度提高至40、45℃時，分別增加了0.3倍與1.1倍。即，室外溫度增加后，提高設定溫度，耗電量增加變緩。供熱量同樣是在趨勢上與耗電量保持一致。在結霜條件下，供熱量也會急劇增加，與耗電量共同作用，使得COP下降很劇烈。

從啟動階段COP角度分析，當設定溫度為35 ℃時，室外溫度小于5 ℃時，COP為1.898，設定溫度提高，系統可能會結霜，COP下降了22%，當室外溫度提高至5~10 ℃，35、40 ℃時COP上升很明顯，分別提高35%、60%，而隨著室外溫度的繼續提高，35、40 ℃的COP升高變得很緩慢，僅上升1%、2%。所以，空氣源熱泵應避免進入結霜區，即室外溫度保持大于5 ℃，且設定溫度不超過40 ℃，而在非結霜區，設定溫度的影響略大于室外溫度對系統性能的影響。

圖11為測試期間夜間露點溫度變化情況，露點溫度基本小于10 ℃，平均約為5.7 ℃，且溫度波動與天氣條件有關，天氣條件好時，可達3.5 ℃，對于大部分陰雨天，露點波動不大，實驗中發現，當露點溫度小于4 ℃時，室外盤管基本會出現霜層，末端負荷越大，結霜量越大。

圖11　測試期間夜間露點溫度變化情況Fig.11　During the night the dew point temperaturechange of the

當達到一定條件，熱泵進行除霜，此時，熱泵切換為制冷模式，室外風機停轉，四通換向閥反轉，溫度較高的制冷劑會流向室外換熱盤管表面，進行融霜，如圖12所示。從圖12可以看出，熱泵供回水溫度以及電功率出現明顯的下降，供水溫度在除霜時下降很明顯，接近回水溫度，一方面使得啟動階段時間延長，耗電量大大增加，另一方面四通換向閥反轉給壓縮機的穩定性造成一定影響。

圖12　熱泵結霜工況Fig.12　The operation of pump frosting

圖13所示為除霜過程與非除霜過程運行時間、啟動能耗、供熱量以及COP的變化情況，從運行時間上看，除霜模式下，運行時間約為不除霜時的2倍，啟動能耗約為不除霜時的2.1倍，啟動供熱量約為1.6倍。對于COP來說，除霜模式下，COP不到1.5，性能下降了約25%。惡劣條件下結霜的存在使得系統運行性能大大降低。

圖13　除霜工況與非除霜工況對比圖Fig.13　The difference between defrost conditions and non-defrost

李臘芳[7]采用冬夏兩用分體式熱泵(額定制熱量3.5 kW)針對夏熱冬冷地區空氣源熱泵進行了除霜實測，發現室外溫度低于5 ℃時，COP平均約為1.23，較本實驗略低，在氣象條件相差不大的條件下，主要是本實驗采用制熱能力更大(10 kW)的機組，融霜時間更短，并且結構上采用水作為載冷劑，消耗能量更少。

3.2　穩定運行階段

熱泵在供水溫度達到設定溫度后，進入穩定運行階段，時間占整個夜間的90%以上。穩定階段近似保溫階段，首先熱泵壓縮機運轉，將供水溫度加熱至設定溫度，而后自動停機，室外風機停止運轉，但供熱過程不會停止，水泵持續不斷向室內供熱，直到供水溫度下降至熱泵重新啟動設定的溫度值時，室外機又開始啟動，達到設定溫度又自動停機，周而復始的進行下去，直至凌晨6:00，到達停機時間。所以，整個穩定運行過程與進水溫度的高低沒有關系，只與該階段室外溫度以及設定溫度有關。

圖14~16為不同設定溫度下，系統穩定階段供回水溫度及耗功量的變化情況。由圖14~16可見，室外溫度在整夜變化不大，供回水溫度變化同步，且波動不大，但是隨著供水溫度的升高有上升趨勢，35、40、45 ℃對應的平均溫差分別為1.8、2.1、2.4 ℃，主要是設定溫度提高后，供熱量增加，在流量變化不大的情況下，供水溫差有所增加。從耗功量角度來看，設定溫度越高，需要提升的溫度越高，耗功量相應加大。

圖14　設定溫度35 ℃，供回水溫度及耗功量的變化圖Fig.14　The variation of supply and return water temperature,power consumption when the water set temperature of 35 ℃

圖15　設定溫度40 ℃，供回水溫度及耗功量的變化圖Fig.15　The variation of supply and return water temperature,power consumption when the water set temperature of 40 ℃

圖16　設定溫度45 ℃，供回水溫度及耗功量的變化圖Fig.16　The variation of supply and return water temperature,power consumption when the water set temperature of 45 ℃

圖17為不同設定溫度下供回水溫差的變化情況。由圖17可以看出，同一設定溫度下，供水與回水溫度在不同室外條件下相差不大，但是均沒有達到設定溫度，這與管路沿程熱損失有關。從供回水溫差來看，設定溫度為45 ℃時，供回水溫差要高于35 ℃與40 ℃時，設定溫度越高，提供給末端熱量越多。

定義穩定階段COP為穩定階段總供熱量與總耗電量之比。由于穩定階段耗電量與起始溫度無關，將相似工況下耗電量與穩定COP進行平均，得到耗電量、供熱量與穩定COP隨室外溫度及設定溫度的變化情況，如圖18所示。

圖17　不同室外溫度與設定溫度下，穩定供回水溫度變化圖Fig.17　The stable supply/return temperature in different outside temperature and set

圖18　不同室外溫度與設定溫度下穩定耗電量、供熱量與COP變化圖Fig.18　The stable power consumption, heat supply and COP in different outside temperature and set

從耗電量來看，當設定溫度為45 ℃時，室外溫度處于5~10 ℃，耗電量為14.3 kWh，隨著設定溫度的降低，耗電量減小，在40與35℃時，分別降低至11.2、9.0 kW·h，減小了22%與37%。當室外條件逐漸變好至10 ℃以上時，設定溫度45 ℃，耗電量減小為12 kW·h，降低設定溫度對耗電量的影響略有增強，分別減小了25%和38%，耗電量減小幅度略有增強。即室外溫度提高時，降低設定溫度對耗電量的降低有一定加強作用。

對于供熱量來說，與耗電量趨勢一致，但是供熱量下降趨勢沒有耗電量大。

從穩定階段COP角度來看，當設定溫度為45 ℃時，室外溫度在5~10 ℃，穩定COP為1.628，隨著設定溫度的降低，COP提高，在40與35℃時，分別提高至1.746與1.771，提高了7%與9%。當室外條件逐漸變好至10 ℃以上時，設定溫度45 ℃，COP提高為1.693，降低設定溫度對COP的增強效果明顯，分別增加了11%和20%。即室外溫度提高時，降低設定溫度對COP的提升有明顯加強作用。由于時間上遠遠大于啟動階段，所以耗電量遠遠大于啟動階段耗電量，COP總體上來說較啟動階段低，穩定階段COP的改善更值得關注。

3.3　全階段

全階段綜合了啟動階段以及穩定運行階段，從晚上20:00開機，直到次日早上6:00關機，系統連續運行10 h。由于全階段中有90%以上的時間系統處于穩定運行工況，所以初始溫度對全階段性能的影響可忽略不計。

如圖19~21，為不同設定溫度(35、40、45℃)下的系統供回水溫度以及耗功情況，啟動階段最大功耗約為穩定階段的3倍。熱泵系統的穩定以供水溫度穩定為準，室內房間的穩定以供回水溫差的穩定為準。可知，夜間20:00開機，不論設定溫度為多少，系統基本上在2 h以后供回水溫差維持不變，室內達到穩定狀態。即達到穩定狀態的時間，與設定溫度的高低沒有關系。供回水溫度的其他分析見前文。

圖19　設定溫度35 ℃，供回水溫度及耗功量的變化圖Fig.19　The variation of supply and return water temperature,power consumption when the water set temperature of 35 ℃

圖20　設定溫度40 ℃，供回水溫度及耗功量的變化圖Fig.20　The variation of supply and return water temperature,power consumption when the water set temperature of 40 ℃

圖21　設定溫度45 ℃，供回水溫度及耗功量的變化圖Fig.21　The variation of supply and return water temperature,power consumption when the water set temperature of 45 ℃

將相似工況下全階段耗電量、供熱量與COP進行平均，得到耗電量、供熱量與COP的變化情況，如圖22~24所示。

圖22　不同初始溫度與設定溫度下全階段耗電量變化圖Fig.22　The whole stage power consumption in different initial temperature and set

圖23　不同初始溫度與設定溫度下全階段供熱量變化圖Fig.23　The whole stage heat supply in different initial temperature and set

圖24　不同室外溫度與設定溫度下全階段耗電量、供熱量與COP的變化圖Fig.24　The whole stage power consumption, heat supply and COP in different outside temperature and set

對于全階段耗電量與供熱量來說，包括啟動階段與穩定階段，由于穩定階段與初始溫度無關，耗電量、供熱量相差不大，所以采用平均耗電量與平均供熱量進行分析，不同設定溫度下耗電量分別為10、12、14 kW·h，供熱量分別為16.4、19.5、21.3 kW·h。啟動階段耗電量與供熱量約占到全階段的10%左右，這與付詳釗等[15]采用制熱能力10.5 kW的空氣源熱泵機組針對重慶某150 m2住宅進行的冬季地板供暖實測分析，啟動階段能耗占總能耗的9.5%的結論相近。

從COP角度來看，由于全階段COP為啟動與穩定階段的供熱量之和與耗電量之和的比值，又由于啟動階段COP總體上高于穩定階段，所以，全階段COP比穩定階段COP略有提高，但總體上還是低于文獻[16]空氣源熱泵系統(制熱能力13 kW)的COP，約為2.4，對比發現，在機組相差不大的情況下，主要是氣象參數的影響，重慶地區與鄭州相比，室外溫度相差不大時，由于重慶冬季濕度90%，遠遠大于鄭州，除霜時間較長，融霜能量較大，COP會略低一些。重慶地區對空氣源熱泵運行中結霜的考慮更加迫切。

熱泵冬季夜間運行過程中，為了維持室內一定溫度，需要滿足供熱量等于耗熱量，耗熱量主要包括兩部分，即圍護結構對流換熱量以及由于氣密性差異所帶來的冷風滲透耗熱量。該實驗臺與文獻[14]為同一試驗臺，根據其實驗可知，供水溫度在35 ℃以上時，室內均能達到16 ℃以上，對于設定溫度為40 ℃時，整夜供熱量可達23.115 kW·h，穩態計算得供暖整夜通過圍護結構基本耗熱量見圖25，圖中耗熱量單位為W。

圖25　圍護結構基本耗熱量(單位：W)Fig.25　Building envelope basic heat

此外，由于滲透所帶來的冷風滲透耗熱量可采用式(1)計算。

Q=0.278LρwCp(tN-tw)

(1)

式中：L為風量，m3/h;0.278為單位換算系數;ρw為供暖室外計算溫度下的空氣密度，kg/m3；Cp為冷空氣的比定壓熱容，kJ/kg·℃；tN為供暖室內設計溫度，℃；tw為供暖室外設計溫度，℃。

由此可估算出房間換氣次數約為1.4 h-1，建筑氣密性能遠低于城鎮建筑0.5 h-1的性能水平。圖26為全階段早上6:00供熱停止后，供水溫度、室內溫度以及室外溫度的變化情況。

圖26　供水溫度、室內溫度以及室外溫度的變化情況Fig.26　The variety in water temperature, indoor temperature and outdoor temperature

由圖26可以看出，停止供熱后，供水溫度會迅速下降，這與室外氣象條件惡劣以及管路保溫性能差有很大關系，而對于室內溫度來說，供熱停止就呈現下降趨勢，一方面與圍護結構的蓄熱性能很差有關，重慶村鎮圍護結構熱惰性指標均較低，熱穩定性較差；另一方面，圍護結構氣密性不足所帶來的冷風滲透耗熱量也是導致室內溫度同步下降的原因，該地區應重點考慮。

4結論

通過對重慶山地村鎮空氣源熱泵供暖系統性能測試，得到以下結論及建議：

1)對于啟動階段來說，受室外溫度、初始溫度以及設定溫度的影響。其中,冬季大部分啟動時間在45 min以內；起始溫度提高，啟動時間將大大縮短，最大功耗平均下降20%，且初始溫度對COP的影響較設定溫度更加明顯。

2)當露點溫度小于4 ℃時，室外盤管結霜，除霜模式下，系統COP不到1.5，性能下降了約25%。而提高初始溫度可以減少系統的啟動負荷，縮短系統啟動時間，惡劣條件下，還能防止室外盤管的結霜，提高了性能的同時，也提高了系統的穩定性。

3)對于穩定運行階段，時間占整個夜間的90%以上，從而弱化了初始溫度對該階段性能的影響；而室外溫度提高時，對COP的提升則有明顯加強作用。

4)全階段綜合了啟動階段以及穩定運行階段，其中,啟動階段耗電量與供熱量約占到全階段的10%左右，全階段COP比穩定階段COP略有提高，但總體規律與穩定階段近似，圍護結構熱穩定性能差以及冷風滲透的影響使得房間蓄熱能力很差，在該地區應重點考慮。

5)結合重慶山地村鎮的特點，可從主動、被動兩方面來對熱泵運行性能進行因地制宜的優化，被動策略包括提高系統自身保溫性能(水箱、管路等)及圍護結構保溫性能，減少熱損失，主動策略主要針對啟動階段，可以將冬季有限的太陽能資源或沼氣資源等與空氣源熱泵復合來預先加熱初始水溫，此外利用熱泵本身，將啟動時刻與啟動溫度提前至室外天氣條件好、運行效率高的白天，對熱泵系統進行調控，都可以有效解決熱泵系統啟動階段效率低時間長的劣勢。

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(編輯胡英奎)

Author brief：Liu Meng(1979- ), professor, PhD, main research interests: green building technology and building energy conservation, (E-mail) liumeng2033@126.com.

Nighttime performance analysis of air source heat pump heating system in Chongqing rural residential

Liu Meng1, Xue Kai1, Zhou Yu2, Li Cong2

(1.Faculty of Urban Construction and Environmental Engineering；Joint International Research Laboratory of

Green Building and Built Environment ,Ministry of Education；National Centre for International

Research of Low-carbon and Green Builidings， Chongqing University, Chongqing 400045, P. R. China;

2.Chongqing Construction of New Countryside Investment Co, ltd, Chongqing 402160, P. R. China)

Abstract:According to the urgent requirements for the winter heating in a rural residential in Chongqing, it has set up air-source heat pump heating system experiment platform. From the perspective of supply and return water temperature, power consumption, heat supply and coefficient of performance (COP), it has analyzed the system performance factors and phase characteristics (including starting, stable operation and whole stage) during operation, and the system has been very different characteristics in this three stages. Primarily, the initial temperature of the starting phase has obviously influenced COP of the system and when defrosting, it has a 25% drop in performance of the system. For stable operation of the stage, the performance and the initial temperature are not related. Reducing the set temperature, the COP has increased significantly, when there has been a good outdoor condition. Overall, COP in starting stage is the highest, then the whole stage, and COP of stable operation is lowest.

Key words:rural; air source heat pumps; heating; building energy conservation

作者簡介：劉猛(1979-)，男，教授，博士，主要從事綠色建筑技術、建筑節能研究，(E-mail) liumeng2033@126.com。

基金項目：國家“十二五”科技支撐計劃重大項目(2013BAJ11B05)

收稿日期：2015-08-11

中圖分類號：TU831.1；TU832.1；TU833.3

文獻標志碼：A

文章編號：1674-4764(2015)06-0087-11

doi:10.11835/j.issn.1674-4764.2015.06.012