北京清华索兰环能技术研究所

 

清华索兰地板空调 - - - 缔造舒适家居环境

 

   在工作温度不低于-15℃的情况下，无需辅助加热，仅从空气中提取能量就能为地面辐射供暖（简称“地暖”）系统提供热水……这种采暖方式靠谱吗？在北京市刚刚经历的低温严寒天气中，北京清华索兰研究所开发的地暖用空气源热泵系统以其出色的表现，对不少人的上述疑问做出了肯定的回答。

品质，在低温天气中闪光

——记清华索兰研究所开发的地面辅射供暖用空气源热泵系统

2010年元旦过后的北京，一场突如其来的暴雪打乱了很多人的出行计划和生活秩序，也使地暖诸多热源设备中的一个——空气源热泵系统成为地暖人关注的焦点。

滴水成冰，空气源热泵真能从空气中制取热水？

1月6日上午，在北京市低温状况下，有关媒体和北京清华索兰环能技术研究所打算组团验证其地暖用空气源热泵运行状况的报道引起了很多地暖人的关注。

当天媒体报道的信息显示：1月5日北京市观象台观测到的气温为-15.6℃。北京市气象台同时预测，1月6日凌晨，北京市的气温可能跌破-16℃，有望打破北京市39年来历史同期日气温的纪录。并且在未来一周内，北京市白天的平均温度将不会超过0℃。与此同时，中国地暖网上一条由清华索兰环能技术研究所发布的消息称：鉴于低温天气将持续保持，清华索兰环能技术研究所决定邀请部分业内人士于1月8日到部分别墅中现场验证索兰空气源热泵在低温天气中的运行状况。　

这两条信息的发布，很快在北京、河北、河南、山东等城市中不少关心空气源热泵的人引起了强烈反响。在很多人看来，如果１月６号凌晨的气温真如北京市气象局预测的那样跌破-16℃，这将给索兰空气源热泵带来极大的考验，因为这一温度比清华索兰研究所声称的索兰空气源热泵的工作温度——-15℃——还要低。何况，他们中的大多人对于索兰空气源热泵能否在-15℃甚至更高的温度下正常运行心里没底。因为和很多人一样，他们对空气源热泵并不陌生，但并不熟悉。虽然他们知道这是一种和水源热泵、土壤源热泵工作原理接近的热泵系统，但由于地源热泵系统和土壤源热泵从温度较高的地下水和土壤中提取热量的制热方式比较容易理解，而空气源热泵从温度较低的空气中提取热量的特点却令人费解，尤其对于空气源热泵能在滴水成冰的气温状况下从空气中提取能量的说法，他们更觉得匪夷所思。尽管他们中的很多人知道，作为我国暖通界德高望重的李元哲教授的产品，索兰空气源热泵早在2002年就通过了原建设部科技司的鉴定，并且在全国已经有很多成功的案例，但由于没有亲眼看到，他们一方面确信索兰空气源热泵性能优越，一方面仍在心存疑虑。因此，包括河南昌惠建筑节能工程有限公司的董事长路长法、青岛信和利机械设备仪器有限公司曾全、北京三恒地暖公司的冯总等在内的不少人在获知上述述信息后，争先恐后地申报了这个验证活动。

 名不虚传，品质在低温天气中闪光

1月8号午后，北京南郊的世界名园别墅区内寒冷异常。虽然当时的气温较1月6日凌晨-16.7℃的气温有所回升，但清华索兰环能技术研究所组织的“验证团”团员们仍然感到寒风刺骨。

但在别墅区内的孙先生家，温度却保持在17℃附近。“由于近两天小区内电压不稳，家里的供暖系统从今天早上已经停上运行。否则，这一温度至少会保持在18℃，的时候可以达到19摄氏度。”对于当时17℃的室温，孙先生向“团员”们作了如上解释。

在停止供暖约6个小时之后，能使孙先生家的残留温度达到17摄氏度的供暖系统正是“索兰空气源热泵+地暖”系统。据孙先生介绍，包括这个冬天，他家的地暖系统已经伴随他们家人安然度过了3个半采暖季，对于大家特别关心的“索兰空气源热泵在-16.7℃时的运行情况”，孙先生表示，除了工作时间比平时多两了三个小时外，没有发现什么异常。

“原来的集中供暖系统太热、太躁。而这现在的供暖系统想开就开，想关就关。你们看，你要是觉得温度低，摁一下这个键就行，你要是觉得温度高……”在孙先生的邻居王大妈家，家中也采用了“索兰空气源热泵+地暖”系统的王大妈提起“空气源热泵地暖系统”的好处如数家珍。由于家里设定的温度较高，王大妈的单位采暖费要比孙先生家稍高。但王大妈相王大妈认为“值当”，并打算将她家的采暖面积由楼下扩大到楼上。

“真暖和！”在当天的第二个目的地——香山清琴别墅区，刚刚走进尚处于装修收尾阶段的程先生家，“团员”们就明显感受到温暖。团员们很快在这个总面积约400平方米、安装了“索兰空气源热泵+地暖+中央空调系统”的豪华别墅里找到了温暖的原因：程先生家的所有房间的平均温度超过21℃！据程先生介绍，这套供暖系统自安装运行以来，运行状态非常良好——当然包括在1月6日凌晨时的表现。

耗电量低，空气源热泵节能效果明显

    室外温度：-10℃度；供水温度：44℃；回水温度：33℃；电流：24A；电压：380V；功率：12千瓦……１月８号傍晚，在“验证团”尚行进在去往后一个目的地——清华阳光工业园——的路上的时候，李元哲教授己在清华阳光工业园区的太阳能综合利用系统监控室里完成了上述数据的采集工作。

在清华阳光的展示大厅里，李教授从向随后赶到的“验证团”们并公布由上述数据计算出来的结果：索兰空气源热泵当天的能效比（COP）接近3，这一数据高于清华索兰环能技术研究所宣传的索兰空气源热泵的平均能效比2.2的数值。

并非所有“团员”都清楚索兰空气源热泵能效比接3的准确含义，但当他们综合了清华阳光工业园和世界名园别墅区中有关耗电量的数据后，他们对索兰空气源热泵在低温天气下的出色的节能优点的印象非常深刻。

据清华阳光公司的何工透露，在清华阳光采用索兰空气源热泵取代电锅炉作为太阳能集热系统的辅助热源设备以后，2007年~2008年一个采暖季共节约了17000多度电。这一数据说明，在当天由于光照条件不好因而无法启动太阳能集热系统的情况下，如果纯粹依靠电锅炉为清华阳光640平方米采暖建筑中的地暖系统提供热水，那么其耗电量将非常惊人。

而据此前孙先生和王大妈的描述，他们所采用的“索兰空气源热+地暖系统”节能效果也非常明显：在过去的三个采暖季中，刘先生家（采暖面积为170平方米）每年用于采暖的电费为4500元左右，王大妈家（采暖面积为128平方米，建筑面积为160平方米）包括电器用电在内每个采暖季所耗电费为5000元左右。由于世界名园小区内采用的是0.77元/度的工业用电，假设王大妈家每个采暖季仅用于采暖的电费为4500元，以北京市内0.4483元/度的民用电价计算，则可算得两家每个采暖季每平方米平均消耗电费为：[（9000元÷0.77元/度）×0.4483元/度] ÷（170平方米+128平方米）＝17.5元。

显而易见，这一数字，远低于北京市以天然气为热源的集中供暖用户每个采暖季30元/平方米的采暖费。

清华索兰空气源热泵 

节能环保

以空气作为低品位热源的空气源热泵与水源热泵或土壤源热泵相比，有更广泛的应用领域，更便于分户管理，更容易实现行为节能，更无损于环境和资源保护，属于可再生能源的范畴。在集中热网和天然气管道不能覆盖地区建筑的供暖、供冷及生活热水领域有极大的优势。  

　　2000年之前，空气源热泵在零下5摄氏度以下一直是供暖的禁区。之后，国内外专家为了攻克这一禁区，采用了许多先进的、但较复杂的技术。  

2000年北京清华索兰环能技术研究所（简称“清华索兰”）在以往实施太阳能地板采暖经验的基础上，用数学模型对地板辐射采暖的构造、水温、室温进行了预测，认为当采暖负荷为55瓦/平方米、室温要求20摄氏度时，所需热水温度为平均35摄氏度；当采暖负荷为35瓦/平方米时，只需平均水温30摄氏度，上述供回水温差为3摄氏度~5摄氏度。  

由于热水冷凝端温度的降低可使蒸发温度随之降低，使压缩机的压缩比和压差保持在合理的范围内，因此对应选定的压缩机（如谷轮涡旋等）可进一步根据其具体构造找出在低于零下5摄氏度的环境下热泵实际供热量和标准工况下供热量之差，从而获得在低温下选择压缩机容量的修正值，经过合理计算、设计，达到建筑采暖、制冷一体化设计。  

　　2001年初，中国家用电器研究所在北京地区对“清华索兰”生产的分体式热泵机组测试后发现：在上述供热水的温度下，当环境温度为零下15摄氏度时，COP为1.56，即仍可节能30%；当环境温度在零下10摄氏度～0摄氏度时，COP平均为2.2，可节能52%，整个采暖季COP平均为2.2～3.5，可节能67%。2002年，“清华索兰”自主研发的空气源热泵地板采暖在50个试点获得可喜效果之后，经原建设部科技司鉴定后认为“该项技术具有新颖性、先进性和可行性，可在我国寒冷地区推广使用，实现了夏季空调、冬季采暖、冷热源一体化，节省设备投资”，“具有国内首创，国际先进水平”。2003年至2008年，“清华索兰”地板采暖中央空调共推广使用30万平方米，比原有的空调系统节能3150万度，节煤11万吨。  

　　2006年，国家发改委信息传播中心再次指定由黑龙江节能监测中心对“清华索兰”推广的典型工程案例进行实地测试，对其技术原理、节能指标、经济效益、市场能力等进行综合分析得出的结论是：该系统结合了地板采暖和热泵的节能优势，可作为发改委的第82个“节能实践”案例向全国推广。“清华索兰”的空气源热泵地板采暖可以归结为以下明显的优势：  

一、节能：整个冬季采暖可节能67%；

二、绿色环保，零排放；

三、冷暖合一，一源两末端，实现供热制冷一体化；

四、低温性能卓越，实际测试发现“清华索兰”机组在零下23摄氏度仍能可靠运转；

五、特有的温湿度控制冲霜技术使得除霜时间大大缩短；

六、分体式的结构使系统免除冻结；

七、模块式的设计可以调节负荷。     

　　2008年底，山东省工商银行系统所改造的近两万平方米建筑全部采用了“清华索兰”生产的热泵空调机组。对这些建筑分析后可知：一个冬季采暖可节约电力210万千瓦小时，节煤7027.2吨；减排烟尘2108千克、减排CO2473千克、减排SO21186千克、减排NOX782.6千克。  

总之，将具有节能意义的低温辐射地板采暖系统与清华索兰空气源热泵在低温下的科学的、合理的利用相结合，并加以大规模推广，可以产生出巨大的节能减排效益。

清华索兰“向空气索取能源”

　　发展战略性新兴产业，抢占经济科技制高点，决定国家的未来，必须抓住机遇，明确重点，有所作为。要大力发展新能源、新材料、节能环保和高端制造产业。———摘自《政府工作报告》

　　只需少量电能，无需辅助加热，仅从空气中甚至是滴水成冰的气温状况下提取能量就能为地面供暖系统提供30℃—40℃左右的热水……这就是清华索兰环能技术研究所开发的地暖用空气源热泵系统以其“清华索兰地板空调”带给人们的出色表现

李元哲教授的博学和睿智

　　作为北京清华索兰环能技术研究所的创始人，她太熟悉这个自己一手带大的企业及其所处的新能源行业了，她见证了中国新能源特别是太阳能的发展历程。

　　李元哲教授在太阳能领域的研究成果早于现在很多知名的大牌企业，是中国太阳能热利用的先行者，并曾担任国家“七五”计划(1986—1990)“太阳能利用”这一攻关课题组组长。她现已经退休，却仍然奋战在新能源行业科研一线。

太阳能时代的先行者和后太阳能时代的开拓者

　　在很多人还不知道什么是太阳能的时候，索兰环能技术研究所就已经开始在太阳能热利用技术上屡出成果。他们在国内率先将自有知识产权的热管技术应用于太阳能设备，并建成了大面积工程;率先研制出了分体式太阳能热水器;后者被国家经贸委列为“太阳能与建筑一体化示范项目”的候选项目，并获联合国有关基金会的资助。

　　1994年开始，研究所在李元哲的带领下，以“不求，但求”的精神，艰苦创业，逐步形成了自己的技术特色，每年都有新产品、新技术推出，做到了生产一代、储备一代、开发一代，始终走在行业的前列。

当太阳能热利用遍地开花、大小企业一拥而上生产普通太阳能热水器的时候，他们又开始在深层次利用太阳能方面着力研发。李元哲教授耗费10年心血研究成功了太阳能空调装置，它已被授予了国家发明，应用这一技术试制的太阳能除湿空调热水一体机也于2000年1月通过北京市科委鉴定，并曾获五部委颁发的国家重点新产品证书。紧接着她又率领清华索兰的研发团队开发成功了空气源热泵地板采暖中央空调系统。空气源热泵，顾名思义，就是让空气成为热能的来源，它是深层次利用太阳能的方式，用空气源热泵制热制冷，可用于成规模的建筑，也可用于家庭采暖，业内专家称它“是一个划时代的研究成果，可以用 ‘后太阳能’时代来概括。”

清华索兰董事长王安生这样解释和评价：“太阳能产业发展到一定程度，如果没有创新，在应用领域就会受限，清华索兰就是在这个行业进入充分竞争期甚至衰退期之前开始研发新产品，进入新领域，抓住先机，再次成为了行业领跑者。”

世界领先的新能源技术面临资本和营销的双重突围

　　清华索兰已在全国省会城市和许多市、县建立了分支、代理机构，与业内一些兄弟企业进行了广泛、卓有成效的合作。

　　随着行业发展，进入空气源热泵行业的生产厂家已达300家之多，空气源热泵行业进入到了发展的亢奋期，暴露出一些发展过程中不可避免的问题与矛盾，如进入的企业实力与能力参差不齐、一些企业短期行为盛行、技术同质化现象严重、消费者对空气源热水器产品的认知度等等。

　　企业高层感受到了这个迫切的压力，董事长王安生对记者坦言：“我们在技术上是强大的，直到现在仍然是这样。清华索兰希望能够抓住国家支持新能源产业机遇，引进资金，包括上市速融资，从而建立强有力的经营与管理团队，在两年内充分扩大市场;同时经营规模上去了，也会直接为上市打下一个好的基础。”

 

从空气中制取热水向节能地暖空调提供能量

　　2003年4月，研究所又投资成立了北京华清索兰科技发展有限公司，标志着清华索兰从研究领域进入产业领域。

　　空气源热泵是他们的主打产品，在2002年3月28日，建设部科技司组织了专家鉴定，专家们一致认为该技术属“国内首创、国际先进”。2008年，清华索兰的空气源热泵地板采暖中央空调系统被国家发改委纳入“节能实践案例”，而且目前仍是惟一经过建设部鉴定的空气源热泵采暖技术类技术。业内人士都知道，热泵分为：地源热泵、水源热泵、空气源热泵。空气源热泵是这三种热泵中环保的一种，不仅能耗低、能效比高，而且零污染，对外界自然形态没有一点破坏。产品COP系数(太阳能转化率)年平均达到3，夏天能够达到6、7以上。

　　在这项核心技术的基础上，清华索兰还推出了空气源热泵热水系统，至今已经在北京有了多年的实际应用。空气源热泵热水器，由热泵吸收空气热源制取热水，节能效率是电热水器的4倍以上，比太阳能热水器更加节能，是目前世界上为先进的节能环保热水系统。它能耗低、效率高、速度快、安全性好、环保性强。公司还在热泵基础上开发出适合泳池除湿、恒温和热水淋浴的三联供机组，节能效果极为显著。

　　目前公司的销售产品立足北京市场，遍及包括边远省份在内的国内多个省市，其中，武汉绿景苑节能小区曾在2005年迎来胡锦涛主席的视察。2008年，工商银行某省分行在前一年冬季两万平方米建筑采暖的基础上，总结出这项技术的诸多优势，结合自身需要在全省系统内推广使用，成为清华索兰规模的产业化项目。

 

在北京郊外感受空气源热泵带来的一笔节能数字

　　2010年元旦过后的北京，一场突如其来的暴雪使气温跌破-16℃，用户和业内人士知道，这样的气温将给所有太阳能以及类太阳能产品带来极大考验。

　　采用多种补贴方式推广采暖等建筑节能技术

　　目前建筑用能已占到全社会终端能耗的30%左右，随着居民生活水平的提高，这一比例将继续增加。

　　目前我国建筑节能水平仍较落后，资料显示，每年新建房屋20亿平方米中，95%以上的新建建筑仍是高能耗建筑，外墙、门窗、屋顶、采暖、制冷、照明以及新能源等节能技术的综合普及率很低，既有建筑单位面积采暖能耗相当于气候条件相近发达国家的2—3倍。而既有的约430亿平方米建筑中，只有4%采取了能源效率措施，单位建筑面积采暖能耗为发达国家新建建筑的3倍以上。根据测算，如果不采取有力措施，到2020年中国建筑能耗将是现在3倍以上。

　　建议采用多种补贴方式，大力推广建筑节能技术：

　　一、是对采用节能技术的开发商给予税费减免。将太阳能热水、地源热泵、中水回收等新技术对建筑节能的能效进行评估，并依此对新建建筑进行量化评级，与房地产开发过程中的税费减免挂钩。如节能60%以上的新建建筑可享受应缴纳土地增值税税款20%的返还。

　　二、是对采用节能技术的农村自建房给予财政补贴。结合近期开展的“建材下乡”，国家制定相应标准对节能设备、建材进行财政补贴，使农村自建房采用节能设备、建材的成本降低。

　　三、是对购买节能建筑的购房者给予利率、税费的优惠。对购买节能建筑的购房者，按节能建筑的节能等级，分级给予不同的贷款利率、营业税等交易税费的优惠。

四、是完善配套法规体系，建立建筑节能评级体系。进一步完善现有的法规和节能标准，并期待政府加快相关标准规范的制定，将节能技术的能效进行量化，建立建筑节能评级体系，逐步形成完善的法规标准体系，建立起强有力的约束机制。

1月8号，北京南郊的世界名园别墅区内寒冷异常。而在别墅区内的孙先生家，温度却保持在17℃左右。“平时，这一温度至少会保持在18℃，有时甚至能超过19℃。”“原来的集中供暖系统太热、太燥。现在的供暖系统想开就开，想关就关。”在当天的第二个目的地———香山清琴别墅区，刚刚走进尚处于装修收尾阶段的程先生家，就明显感受到温暖，这个总面积约400平方米、安装了 “索兰空气源热泵+地暖+中央空调系统”的豪华别墅里，多个房间的平均温度超过21℃!供水温度也达到了44℃。

　　有关专家告诉记者，建筑的能耗(包括建造能耗、生活能耗、采暖空调等)约占全社会总能耗的30%，而在这其中主要的是采暖和空调耗能，占到这部分的65%。

　　据此前孙先生的描述，他们所采用的“空气源热泵+地暖系统”节能效果也非常明显：每个采暖季每平方米建筑平均消耗电费为17.5元。这一数字，远低于北京市以天然气为热源的集中供暖用户每个采暖季30元/平方米的采暖费。经测算，设备安装投资回收期为3.1个采暖季。

　　据清华阳光公司的何工透露，在清华阳光采用索兰空气源热泵取代电锅炉作为太阳能集热系统的辅助热源设备以后，2007年—2008年一个采暖季共节约了17000多度电，这个数字相对于一座小办公楼而言，节能效果是惊人的。

　　清华索兰董事长王安生对记者说：采用地板下埋设盘管供热，比传统供暖室温低两到三度时，人感觉两者的温度是相同的，很舒适。并且温度是可调控的，所以它的节能效果显而易见，通常节能比率在50%左右，如果本身是节能建筑，运行费用可降至每平方米14元，节能比率超过60%。

热泵水地暖系统的节能分析

要旨：本文简要论述了低温热水地面辐射供暖系统的节能原理，并对提供热水的不同热源进行了简单的对比分析。本文重点对三种热泵水地暖形式，即：空气源热泵、水源热泵和地源热泵（又叫土壤源热泵）的使用条件、初投资和运行成本并以北京为例进行了重点分析；对于太阳能地板采暖也初步做了技术经济论述。

一、        低温热水地面辐射供暖系统节能原理

低温热水地面辐射供暖系统（以下简称水地暖）与散热器为末端的传统供暖方式相比，除了具有舒适性强、不占用空间等特点外，更有明显的节能优势：

1）可有效利用低品位热能。建筑热负荷50w/m² ～35w/m²，水温35℃，室温可达到22～24℃，《地面辐射供暖技术规程》（2004-08-05），标准中给出使用PE-X管和地面层是水泥或陶瓷时，平均水温35℃，管间距200，室温为20度时，地板向上的散热量的84W，可见地板所需要的水温在节能的建筑状况下，水温在28-35度之间运行切实可行。

2）热稳定性好。根据实测北京12月中旬，上述的建筑室温4小时下降1℃，据测算水泥层（含水管里的水）每平米可以蓄热1.4～2.0千焦，对于100平米建筑可储热38.8kw，即432ckal接近节能建筑8小时左右的采暖用热量，室温稳定是人体舒适的重要指标之一。

3）有益于健康。从人体生理方面，热从脚下来，对健康有益，尤其在冬季。

4）可实现自主调节，调节容易，达到廉价自控，节能运行。

5）由于使用地暖时，室内环境等效温度高，又因为室内温度场，下高上低，所以其设定室温可以比热风采暖低4℃，比散热器低2℃，可比热风采暖节能21%，比普通散热器节能15%。

二、水地暖系统的热源现状及合理性分析

目前，能够提供低温热水的热源种类，按产生热量的能源分类可分为锅炉、热泵、地热、太阳能等，其中锅炉又可细分为电锅炉、燃煤锅炉、燃气锅炉、燃油锅炉等；热泵又可细分为空气源热泵、地源热泵（有人叫土壤源热泵）和水源热泵。也可按照能源的可再生属性分为可再生能源和不可再生能源，一次能源和二次能源等。

按供热系统形式可分为集中供暖、小区供暖、分散供暖。

1、能源品位与地暖利用的合理性

1）热量来自能源，目前除了地热能和太阳能外，多来自化石燃料，这些燃料依其热力学评价方法（做功能力）分为不同品位。天然气和油都可以作为动力源，天然气比油对大气的污染少，比用燃煤发电高22%，直接利用高燃烧温度和高热值的燃料进行低温采暖，是不合理的能源结构。

2）地热能和太阳能都是可再生的，清洁的能源，太阳能天然状况下，能流密度低，是低品位的绿色能源，作为水地暖的热源，应当引起关注。

3）在低供水温度下，热泵的效率高，这是突出特点，应当注意到适合水地暖，此外，热泵可以实现冷暖联供，甚至采暖、空调、生活热水三联供。

4）对于集中供暖，因为有不同的采暖末端，如空调需要温度〉45℃，散热器设计水温90/70℃，水地暖的温度是35℃左右，所以集中供暖的水温远高于水地暖的需要，在每个用户的管路装换热或混水装置和水泵，这就使高温水降低了它的可用能，增加了运行的麻烦（用高温热水直接供地暖，会造成地板开裂），此外不同的用户有不同的系统，水阻力不同，在一个水网路里，容易产生水力不平衡。

2、关于太阳能地板采暖

这项技术早在1979年清华大学用普通平板式太阳能集热器已在实验房实现，近年来有了许多成功的案例。如在农村住宅、清华索兰在河北武安二层别墅，清华阳光在公共建筑上的工程实践。北京属寒冷地区，但日照量分区仅次于拉萨、新疆、内蒙，所以上述成功的案例，大部分是利用高效平板或真空管集热器。根据北京地区下属的气象资料（见下表）

 

 

从上述的案例中可以初步总结出当太阳能即热面积/建筑面积=1：4左右时，全日运行建筑的太阳能供暖保障率（室温18度）为30%~35%，因此对太阳能这种不稳定的热源而言，其不足的太阳采暖部分是用什么能源来辅助是至关重要的。例如一座624㎡的节能建筑,其采暖设计负荷为33kw，安装150㎡真空管式太阳能集热器，南向倾角45℃，按北京地区的冬季气象条件运行，辅助加热采用了一个36kw的电锅炉，其太阳能供暖的保证率为30%，则有下列经济比较数据：150㎡集热器的初投资为150㎡×1450元/㎡=21.75万；电锅炉的初投资为3万，运行费为4.19万/年；热泵（15HP+12HP）的初投资为9万，运行费为1.9万/年。如果按10年寿命期内总投资（不计复利）来计算，电锅炉投资为44.9万，热泵（15HP+12HP）投资为28万。

初步研究发现在北京地区上述太阳能集热面积与建筑面积之比的情况下，只要是晴天，无论那个月份白天都可以供采暖8小时，没有过热损失，而多云天可供40%，所以取太阳能采暖面积与建筑面积之比为1：3~4，不但易与建筑结合，而且没有过大的蓄热需求和过大的初投资。

上述举例可看出用热泵做太阳能的辅助热源是合理的，但是要特别注意的是在系统上应当使它们的热效率互不影响。

三、空气源、水源、地源热泵水地暖系统对比分析

1、三种热泵形式适用条件的比较

1）空气源热泵

空气作为热的来源，其优点是不受地域限制，唾手可得，取之不尽，且不收费，但缺点是按现有技术，严寒地区有待进一步研究。

2001年清华索兰研究所在北京（寒冷地区）首次将空气源热泵应用于地板采暖，无任何其它辅助热源时，获得成功，打破了以往误认的空气温度低于-5℃就不能应用空气源热泵采暖的传统概念，全冬季节能率60%以上，热泵的冬季平均COP为2.7，折合成一次能源其效率为270%，与燃煤锅炉相当，室温不低于18℃，几年来在全国已推广30万m² 以上，在大连、鞍山都有成功案例，在室外气温-23℃情况下系统仍然保持正常运行。清华索兰的“空气源热泵地板空调系统”经建设部鉴定为国内首创，国际先进，2007年又被国家发改委信息传播中心评定为第82个节能案例。

空气热泵诸多案例说明，它不但能实现采暖的节能减排，而且对于分户供暖计量实行自主调节，尤为方便。以北京长安新城住宅小区（2004建）为例，一套122m²住房，选用空气源热泵地板采暖，系统总投资4万元，投入运行后年节电2500kwh，按市电电价0.48元/kwh计算，每年可产生效益1200元，每平米采暖费不足15元，与燃煤锅炉相当，3个采暖期可收回增加的设备投资，并且提供了夏季供冷的中央空调系统。年减排二氧化碳706.02千克（以炭计）。

2）地源热泵

是利用水盘管从土壤中取热的热泵，以北京地区为例，全年地下10米深以下的土壤温度基本不变，即为13.4℃，比空气全年平均温度高3℃，用水盘管从土壤中提取热量的水温为13.4℃-（5～8℃）≈8～5℃，可见地源的温度高于空气源，对热泵更为有利。

但土壤源热泵受地质条件的限制，而且需要有较大的空地。对于大型建筑地埋管面积制约很大。

3）水源热泵

在地下井大约100m以上深的地下水，全年水温基本不变，但少许受地下浅层土壤温度的影响，冬季水温为14℃，比土壤源和空气源的都高，对热泵供暖比前两者都有利。但是水源热泵受地质条件的限制，尤其是回灌，并且要确保对水源无污染。

2、三种热泵水地暖系统的经济性对比

1）设计条件和运行工况

以北京地区1000㎡公共建筑为例，设计负荷按52W/m²，设计总负荷为52KW，冬季4个月平均负荷31.2KW。

表一  北京地区室外平均气温、土壤温度、地下水温

表二   三种热泵水地暖冬季工况的比较

2）三种热泵的初投资

表三  三种热泵水地暖初投资对比

 

3）三种热泵水地暖运行成本

表四  三种热泵水地暖运行成本对比

3) 结论

a)    与其他热源水地暖相比，热泵水地暖的节能优势是明显的，电能作为清洁能源，不会对环境造成任何污染。太阳能供暖在北京地区要考虑辅助热源的问题；

b)    与其它供暖形式相比，热泵的另一大优势在于可以用于供热、供冷，也可以用于提供生活热水；

c)    从热泵机组的容量来讲，空气源热泵适合于单栋中型工建（32000平米以下）和小区建筑及别墅；

d)    空气源热泵不受地理条件限制（除高寒地区外），而水源和地源热泵受地理条件制约，并且是从地下取热和排热，因此都存在地下冷热平衡的问题；

e)    从经济比较中看出，空气源热泵的初投资是三种热泵形式中的，而北京地区的供暖运行成本略高于其他两种热泵形式，但是以1000㎡的建筑为例每年的运行费在北京地区比其它的热泵高出3000多元，所以在5~10年内的运行费的增加与其它两种热泵初投资增加相比都是合算的；

结语：相同热源和建筑围护结构条件下，水地暖系统是舒适和节能的。从热源角度考虑水地暖系统，以电能为驱动能源，通过热泵做功从空气中、水中、土壤里提取热量用于冬季供暖比锅炉热水地暖系统节能、环保，并且可以同时满足供冷和提供生活热水。三种热泵形式中，空气源热泵建设条件灵活，且有经济上的优势，但目前适用于中小型建筑。

 

 

清华索兰空气源热泵

产品知识问答

 

一、   ;         热泵种类有几种？

热泵一般认为有三种：

地源热泵，或又称地温热泵，利用在地表浅层里面埋设的管道与热泵主机连接，利用地表层相对高且稳定的能量产生热水，冬天制热夏天制冷；

水源热泵，原理同上，只是换成地下水，要打井一般要在60米以上。

空气源热泵，顾名思义是利用空气中的能量，故又称空气能热泵。清华索兰是比较早的一家。

还有几种复合式热泵，如：气--气热泵，太阳能--空气热泵，地温--空气热泵等，水源------空气热泵等。

二、            热泵发展历史情况简单介绍

空气能热泵利用的是------尼诺卡循环原理，提出与十九世纪中后期，但热泵作为商品是70年代中期开始的，当时由于中东战争造成石油危机，发达国家开始重视节能产品的投资开发，如美国、德国、荷兰、日本、澳大利亚等国家。当时主要是工程机组。直到90年代中期热泵占有率上升，型号开始完备。国内从90年代中期开始较多的投入研发和利用，但主要是利用进口热泵设备改装。

三、            清华索兰热泵发展历史简单介绍

清华索兰环能技术研究所成立于1992年，在1997年以前主要开发和生产太阳能热水器、太阳能空调等产品在长期实践中，清华大学热工程系李远哲教授感到太阳能使用受到天气条件影响较大，产品有很多难以克服的缺陷，故调整了研究方向，转为寻找一种更为节能全绿色、全天候可以使用、以及从黄河流域、长江流域、直到珠江流域等大部分中国国土可以使用的新型产品。借鉴了发达国家对热泵的研究成果，凭借对太阳能领域的长期实践和积累，李教授毅然选择了空气源热泵作为研究方向。当时业内许多专家对成功率表示怀疑。就在当年，李教授就在实验室里顺利地测试出相关数据，结果是预期中的。但为了谨慎起见，又连续测试了两年终于在2000年在北京昌平回龙观建立了样板工程，以热泵制热水供地板辐射制热，测试结果十分理想。2002年3月由建设部科技司组织国内权威专家进行了鉴定，被评为“国内首创，国际先进”。进而在对热泵四年应用的基础上，及时的开发出热泵热水机组专供生活热水，2003年进行了家用化，上半年完成中试并定型。目前进入市场的已有150L\200L\260L\.资料里的300L\500L\于2005年8月左右。商用机基本相同的时间进入市场，

索兰热泵热水器与市场上的热泵热水器相比有何特点？

1、技术积累深厚

相比国内市场，当2003年初有几家产品在网络上公开后，在短短年时间里发展到几十家，更有星星之火燎远之势。这些做空调的尤其是太阳能的小企业没有从事过热泵的研究，就一下子声称有自己的技术及，都能生产热泵热水器了，国外他们的发展好像远不如我们。为何不早一年开始呢？其实观察市场上这些热泵热水器主要两个来源：一是国外技术主要是澳大利亚的公司与国外的合作。另一部分是自主研发，绝大部分用R22工质，另外一部分是自己配置的混合工质，这种工质挥发是否均衡？他们在运行中会发生什么样的物性变化不得而知。更有甚者将与冷水交换的制热装置------冷凝器放在水箱内胆的上部，温控的探头也放在上部，由于热水比重小上部冷水在下，上面水温高，这样测试出来的COP就不真实的。

其他品牌的产品本身优劣姑且不去评说，但索兰热泵产品作为空气能世纪研究和应用已有7年以上的时间，积累了大量的经验是不用质疑的。这点优势与其他产品比较主要表明我们的产品的成熟性，加上下面要讲的技术内容共同来说明产品说明书中说的12-15年寿命是有依据的。

2、自主知识产权

索兰热泵每一种新的型号产品进入市场前都会申请保护，因为我们走的是与众不同的、独立自主的技术路线和技术结构。这点主要的优势是：一是有能力及时根据市场需求作出完善；二是可有效的控制成本，三是后劲强，能力持续推出新产品，保证产品的系统性和新颖性。

3、技术路线先进

双向风机热泵热水器，夏天用室外空气、冬天用室内空气中的能量，即保证了压缩机在合理温度场内运转，保证其正常的功能延长了寿命；整体机组，安装十分安全方便压缩机在底部利用自然压力保护回油问题，不会有干扰危险。市场上有几种产品将压缩机放在上部回油问题必须另想办法解决。商用机，结构十分特别，机组生产出水既是热水，安装也十分简便，只要水系统连接好就行；工程机组特有的除霜和低温启动技术，冬天寒冷、潮湿天气也没有任何问题，今年冷到，北京-19度热水机组正常启动，在浙江丽水的工程碰到四次下雪、春节期间连续二十多天下雨气温及零度以下，机组没有除霜困难或低温启动困难。

4、工艺先进

1）我们将“索兰”牌家用空气源热水器产品定位在白色家电，外表也需十分重视，目前的外表简洁大方。

2）在产品细部处理上也自我提高要求，如帽与桶体连接处在的索兰产品就较为平整，绝大部分利用工装和模具来保障。

3）漏是大忌，尤其承压水箱，国内的许多产品还有一些问题存在。我们有关的工艺、材料如下：

一是内胆用304/2B系列1.2封头用1.5不锈刚，选用宝钢的名牌产品，而绝不使用杂牌，因为材质的差距是相当大的。

二是十分注意焊接技术，水箱的漏很多是在2-3年左右出现的原因是焊接时对不锈刚表面进行了破坏，水中的一些化学成分对该处进行慢性腐蚀以及金属疲劳造成焊接处的渗漏，同时各地的水质状况不同也会造成不同的结果。

为此，专门请教了航空航天工业工业部下属的卫星三厂技术总工，以及清华大学相关专业教授，对焊接的技术、焊接的强度、焊接的保护以及就水垢等化学物质对焊缝的腐蚀等进行了专门的研讨和检测，确定了独特的焊接技术和保护工艺，并对工人进行了专门的培训。

5、工质先进可靠

采用已被国际公认的工质清华一号（415b），高效无污染、十分适合索兰热泵产品，挥发均衡，热效率高，比较R22，417c等几种目前被用在热泵上的工质，更胜一筹。出热效率是其他几种工质的1.1倍。

6、  家用整体机由于放置在室内，运行的环境在8-30度之间，对压缩机的工况、对运行的平均热效率都有很大的好处，其工作寿命就相对较长。而其他大部分的家用型热水器运行的环境温度不一样，相对压缩机等就比较艰难。

四、            空气源（能）热泵热水器是怎样的原理？它是怎样将空气中的热量吸收到机体里面，有是怎样将水加热的？

答：水是自然的从高处流向低处，能使水从低处流向高处的机械装置称为“水泵”。大自然的热量总是从高温处流向低温处，能使热量从低温处流向高温处的机械装置我们称为“热泵”。根据热源的不同分为地源、水源、空气源热泵。由于空气源热泵理论上不受限制，被广泛应用。使用的原理称为“逆卡诺”原理，结合本产品如下：清华特殊的工质在蒸发器内处于低温条件下由液态蒸发为气态时，要吸收周围的热量作为它所需要的汽化潜热，使工质在低温条件下完成汽化。这就完成了工质在低温下吸取热量的任务。当低温低压的气态工质进入压缩机，被压缩称为高温高压的气态工质，但高温高压工质再进入冷凝器时，它可以加热相对低温的水，也就是通过换热器装置使高温气态工质放出潜热逐步成为液态工质的放热过程，来加热我们所需要的热水。但液态工质离开冷凝器后它就进入节流装置，通过节流（减压）装置使工质由高压高温的液态成为低压低温的液态，低温液态工质将再进入蒸发器进行汽化，重复上述的流程就是加热水的过程。

2）延伸说明：

根据上述描述，本产品电仅是启动压机及风机所用，与水接触部分系冷凝器，是没有电的，加热是用冷凝器中高温工质向水里放热，故水电分离，无触电危险。

五、            索兰家用空气能热水器需要多长时间才可以将水加热？比如120L。

答：根据已经定型的产品参数，分别季节和气候回答如下：

120升热水器在标准工况下（气温20度）从20度水温加热到55度（标准工况下升温35度）需要三个半小时；冬天当室内环境温度6-8度，水温5-10度时，温升约为45-50度，需要六到六个半小时；夏天水温从30度升到55度，温升约为25度需要二个小时左右。

 

 

“地暖空调”落户青岛
国家节能实践项目

本报讯　近日，被国家发改委列为节能环保推广产品的空气源热泵地暖空调在青岛市市南区、黄岛区、崂山区安装使用，这意味着青岛有了空气源热泵地板采暖系统这一绿色采暖方式。
　　据介绍，由北京清华索兰环能技术研究所、北京华清索兰科技发展有限责任公司、青岛元润世纪节能环保材料有限公司共同研发推广的索兰地暖空调，是新一代空气热源泵地板采暖系统。它以空气源热泵作为冷热源，冬季与辐射地板结合用于采暖，夏季与风机盘管结合组成户式中央空调。经现场测试，这种方式比燃气、燃油采暖节省费用60%，比青岛地区目前的集中供热节省费用40%以上,一个采暖季下来,采暖成本仅在15元左右。
　　北京清华索兰环能技术研究所王安生博士告诉记者，这次青岛引进的空气源热泵其原理是，从自然界的空气中获取低品位热，经过电力做工，输出高品位热能，它是一种节能清洁的采暖空调一体化设备。新能源的开发将打破传统的供暖方式，让岛城的烟囱纷纷“下岗”。
　　据悉,索兰空气源热泵的核心技术是解决了低温运行的难题。它采用低温热水辐射供暖，低温热水地板辐射采暖以加热的低温热水为热媒,经铺设在地板层中的管道并通过关闭的热传导对其周围的混凝土地板加热,低温地板以辐射方式均匀地向室内散发热量,从而达到舒适的采暖效果。
　　目前，空气热源泵地板采暖系统已入选国家发改委节能实践项目。

 

清华索兰地板空调也称空气源热泵地板采暖系统。它以空气源热泵作为冷热源，冬季与辐射地板结合用于采暖，夏季与风机盘管结合组成户式中央空调。它借助电能从空气中取热、取冷，清洁、安全、节能。

 

地板空调这一全绿色节能环保采暖系统为人们认识后，将取代传统的燃煤、燃气、然油及电热直接采暖方式，成为我国黄河流域到长江流域大部分地区新建住宅的采暖制冷方式。

 

中国楼市记者张东林报道

 建设部科技司召开产品鉴定会，通过了对北京清华索兰环能技术研究所研制的用于寒冷地区的风冷热泵采暖系统的鉴定。该系统以空气为热源，通过向辐射地板采暖供出35—38℃左右的热水，使得寒冷地区的住宅室内温度能够达到18-20℃的舒适要求，其特有的低温技术可以保证FRS系列产品在零下15度的环境下正常运行，即将推出的低温机组更可保证在零下25度的环境下正常运行。由于采用了采暖空调一体化的设计，使该系统在冬季可用于采暖，夏季成为中央空调，系统初投资低于家用中央空调加采暖设备的费用，使用户生活品质一步到位。据该系统在北京、天津、山东、辽宁等地应用的用户报告显示，均可以达到节能、环保的预期效果，其分体结构及模块式的设计，更适合中国国情。

由北京清华索兰环能技术研究所、北京建筑节能与墙体材料革新办公室、北京市城市规划设计研究院、天鸿集团和北京城市开发集团共同完成的“用于寒冷地区的风冷热泵采暖系统”（简称“地板空调”），由建设部组织专家进行鉴定后通过。

　　该系统通俗点描述就是将户式中央空调与低温地板采暖系统在冬季两者结合供暖，夏天与风机盘管结合供冷。该系统冷暖一体，既省却了以炉为主体的热源，又因低温地板采暖而节能。经过两冬一夏的运行测试，获得了50％以上的节能效果，对于北京地区新建住宅，其冬季费用仅8-15元/m2，比燃气采暧收费节省60％．甚至比燃煤采暖收费还节省35％。

　　鉴定会在北京招商国际金融中心进行，由建设部科技司韩爱兴处长主持。上午由项目主持人清华索兰创始人、清华大学热能系教授李元哲报告研发结果，王兆霖、吴元炜、吴德绳等专家听了报告，并到曙光花园和望京小区考察了设备运行样板间。下午对该项技术经过热烈论证，后专家们一致认为：1、该项技术成果提供的技术资料和测试数据齐全可信：2、该项技术成果通过气源热泵进行技术改进，配合低温地板采暖，在寒冷地区进行采暖，运行可靠、使用安全、具有明显的节能效果；3、该项技术具有新颖性、先进性和可行性，可在我国寒冷地区推广使用，实现了夏季空调冬季采暖、冷热源一体化，节省设备投资；4、该项技术具有“国内首创、国际先进本平”。

　　地板空调，是借助电能从空气中取热、输入1kw电，平均可以得到2.2KW的热量，没有污染，是一种绿色可再生的节能采暖方式。参加鉴定会的北京市环保局余小萱副局长指出这项环保技术对北京的空气污染的治理意义重大。

日本、韩国及欧美同气候带国家的有着机构和公司也与索兰积极接触，寻求合作。地板空调这一我国拥有自主知识产权的产品，在立足国内，充分发挥技术和市场优势的同时，将及时推向海外市场。

 

绿景苑小区62项新技术打造节能环保小区

来源：长江日报  时间：2005年9月13日 浏览次数 ：560

今日，青山区绿景苑小区将迎来一批特殊客人———出席世界华文传媒论坛的代表。

    上月，胡锦涛总书记到绿景苑小区视察。看完小区优美如画的景观、各种人性化公共设施和无处不在的节能环保技术后，总书记连声称赞。

    6月底，绿景苑正式通过建设部专家组验收，成为全省个国家康居示范工程。省委书记俞正声和省长罗清泉考察绿景苑时指出，全省要推广节能小区的建设，希望小区开发商多建设一些类似的节能小区。

    据了解，绿景苑小区共采用建设部推荐的8大技术体系、62项成套技术，形成“节能、环保、安全、和谐”四大特色。近日记者在绿景苑小区采访时发现，环保节能技术在这里几乎无处不在：小区户外，安装着130盏太阳能节能草坪灯、装饰灯，每年可省电费数万元；单元楼采用外墙外保温技术，窗户上装的是塑钢中空双层玻璃，达到隔热、隔音和保温效果；室内，地板辐射采暖与户式中央空调系统结合，均匀地向室内辐射热量；屋顶，装有太阳能热水器，户均每年可节能约860千瓦时。