北方采暖解决之道(家用热泵篇)

是独立供暖还是集中供暖？

-北极星应用前景剖析

我国北方传统采暖地区正在开展分户控制和计量收费的热改工程，但遇到很

大阻碍，面临着重重困难。独立供暖系统在北方地区的应用可以天然解决分户控

制和计量收费问题，还不用建设室外管网，避免室外逛网的输配能耗和跑冒滴漏，

推广应用具有巨大优越性。我国南方广泛的传统非采暖地区，是我国经济最为发

达的地区，虽然缺乏集中供暖管网，但近年来供暖需求日益扩大，独立供暖系统

作为上述区域的主要选择，有着广阔的发展前景。下表是独立供暖和分户供暖的

对比：

比较项独立供暖 集中供暖

目

热源效一般采用天然气、电等清洁能可有效利用热电联产、工

率 源，小型设备和大型设备在燃烧效业余热、可再生能源等作为热

率方面的差别已很小 源，大型燃烧设备较小型设备

的燃烧效率略高

输配能输配能耗热源距用热部位很输配泵耗要占到输送能量

耗 近，管道直接敷设在室内，输配泵的5%左右，管网热损失要占到

耗和热损失可忽略不计 输送能量的10%左右，若管理不

善有跑冒滴漏现象或存在严重

水力不平衡，以上能耗还会大

大增加

环保性 燃烧尾气就地排放，但一般采热源集中管理，烟气粉尘

用清洁能源，对环境影响不大 等排放物更易于处理和控制

可靠性 热源分散，故障点增多，但单热源集中，易于集中维护

个热源发生故障不影响其他用户和管理，但一旦系统发生故障

的供暖，且系统内热水压力较低，相关用户供暖都会受影响，且

不易发生渗漏，系统水容量小，发工作压力较高，系统水容量大，

生渗漏的危害小 一旦发生渗漏，危害较大

运行控天然实现分户控制，设备自动运行控制较困难，从热源、

制 运行，开关灵活，供暖时间自主控管路到末端供暖系统都需要增

制，室内无人时可关闭，为主动节加大量的控制装置和仪表，规

能提供了有效手段 定的供暖时间外不能供暖

计量收天然解决计量收费问题，用多通过安装相关仪表计量，

费 少供多少，自己付费可 但需要读表计量，且往往存在

收费难的问题，为供暖系统的

管理留下隐患

造价 由于存在巨额的热源和小区外管网建设费用，集中供暖运营商

往往要按供暖面积收取高额初装费；此外还要占用建筑管井和建设

小区内供暖管网，因此单位面积造价会比独立供暖略高或持平

供暖热跟建筑的实际供暖需求有关，对按照节能标准建造的建筑供暖

费 热费远远低于集中供暖，部分地区为推广清洁能源独立供暖还会有

补贴，可以有效促进对建筑保温的更高要求，但在保温性能差的建

筑中费用较高普遍按照面积收费，由政府定价，包括管理费用和利

润，由于普遍存在欠费问题，运营企业往往需要相关补贴才能正常

运行

其他 适用于任何具有燃气、电力等能源仅适用于集中供暖管网到达的

条件的建筑 建筑

通过比较可以看出，独立供暖系统在节能保温比较严格，运行调节独立性

较强，不同用热单元分界较清晰，需要按不同用热单元收取费用的以住宅为代表

的居住建筑中具有巨大优势，近年来独立供暖系统在住宅建筑中突飞猛进的应用

势头也很好地证明了这一点。此外，独立供暖系统的运行费用能直接反应建筑供

暖的需求，对建筑物的节能保温和住户的行为节能都具有强大的推动作用。

独立供暖的热源设备主要有两种，一种是采用天然气燃烧的壁挂炉，一种

是采用电驱动的热泵。热泵有分为地源热泵和空气源热泵两种，下表是两种设备

的比较：

比较项燃气炉供暖系统 热泵供暖系统

目

效率 90%左右，也就是说每m3天然热泵根据热源和使用侧水

气能提供7740Kcal的热量 温的不同，其平均能效比在

2.5-4.5之间。对应每度电能提

供的热量为2150-3870Kcal的

热量

安全性 必须保证可燃气体的充分燃采用电力驱动，只要确保

烧，对安全性要求较高，安装维护机器可靠接地就可以避免安全

和使用不当容易造成安全事故。 事故。

环保性 燃烧尾气就地排放，但一般采电力本身是非常清洁的能

用清洁能源，对环境影响不大 源，在使用时无任何排放。但

在中国，70%的电力是由煤炭来

发电的，控制发电厂的烟气粉

尘等排放物非常关键。

可靠性 可靠性受供气压力的影响，多可靠性受供电稳定性影

户集中在一段时间内用气会影响响，另外热泵系统也比壁挂炉

效果。 系统略为复杂。

综合造直接造价较低，但是壁挂炉只造价略为高一些，但是一

价 能解决供暖的问题，无法解决夏季套热泵系统同时解决制冷和供

制冷的问题，制冷需装另外一套空暖的问题，综合成本更低。

调系统，两套系统综合成本较高。

另外煤气管道的初装费较高。

供暖热每m2供暖费用在20-40元之每m2供暖费用在15-30元

费 间，取决于建筑保温的情况和燃气之间，取决于建筑保温的情况

的价格。 和电力的价格。

使用寿5-8年 10-15年

命

使用条适用于具有燃气等能源条件的建适用于具有电力条件的任何建

件 筑 筑

通过比较可以看出，采用热泵来做独立供暖系统，在安全性，综合造价，使

用寿命，使用条件限制方面具有明显优势，特别是一套热泵系统既能满足冬季的

取暖需求，又能满足夏季的空调制冷需求；使用的能源是最为普及的电力，相比

之下，燃气炉受供气量，供气管网等诸多限制；而且从环保性来讲，燃气炉毕竟

还是有CO2的排放，而且消耗的是可以做其他用途的高品位能源，而热泵消耗的

是电力，虽然目前中国的大部分的电力来自非清洁能源-煤，但是，随着核电，

风电，太阳能发电和水电的进一步发展，中国的电力也将变得越来越清洁。从这

三点来看，热泵作为独立供暖系统的热源，具有巨大优势。热泵的最大缺点是其

制热量和能效比随热源侧的温度下降而衰减。

如何解决热泵的制热量和能效比随热源侧的温度下降而衰减这个问题呢？

目前有两种解决方案。一种解决方案是采用地源热泵，一种是采用空气源热泵+

辅助热源。

地源热泵的热源是浅层地表的热量，经过实际测量，在10米以下的地层，

其土壤温度恒定在10℃以上，土壤中的热量都来自太阳。采用地埋管的形式，

将土壤中的热量交换到塑料管内的水中，对于热泵来讲是非常稳定的热源。地源

热泵的应用很好地解决了热源稳定的问题。但是地源热泵的应用也有如下的一些

缺点：

1）必须有较大的土壤面积来埋管，实际应用中，每100m2的建筑面积需要的

土壤面积为25 m2以上；

2）埋管的费用较高，对于华北，东北等冲积平原的费用较低，但对于有些地

质条件不佳的地方，埋管的费用要占到整个工程造价的50%以上；

3）地源热泵夏天将热量从房间转移到土壤里，冬天将热量从土壤里转移到房

间里，如果这两个热量是基本平衡的，系统是安全和高效的，如果两个热

量相差太远，轻则导致系统的能效比下降，重则导致系统崩溃，无法正常

制冷和制热。

由于以上的缺点，地源热泵的应用受到一些限制，特别是对于我们这个人多

地少的国家，即使欧洲国家，其地源热泵的应用也受到一些限制，其市场发展前

景不如空气源热泵，下图是欧洲2005年-2008年各种热泵所占的市场份额。从

图中可以看出，2008年，空气源热泵占据了65%份额，地源只占据不到30%的份

额，空气源热泵的市场份额呈逐年增长的趋势，而地源热泵则呈下降趋势。

源自信息

空气源热泵是吸收环境中空气的热量，将环境中空气的热量通过热泵转移到

房间中，自然界空气的热量也来自太阳。但相比土壤比较稳定的温度而言，空气

的温度波动较大，并且湿度也是变化的。空气源热泵明显地克服了地源热泵应用

的极限性，具有安装简单方便，系统成本较低的特点。但空气源热泵的最大的缺

点是制热量随环境温度的下降衰减较大。普通的空气源热泵的应用的最低环境温

度一般不低于-5℃，如果低于-5℃，普通的热泵无法获得理想的应用效果，或者

辅助热源的规律较大。如何解决空气源热泵的衰减问题，是空气源热泵能否大规

模在寒冷的气候条件下应用的关键。

芬尼克兹北极星系列产品为了解决普通空气源热泵无法适应严寒气候

（<-15℃）条件而开发出来的产品。该产品采用了第二代高温喷气增焓系统，具

有自主知识产权的智能控制器及高效盘管壳式（C&S）换热器,具有超低环温工

作（-25℃），超高出水温度（其最高出水温度为65℃），超高能效（国标制热能

效达3.8）的特点。下图是其运行范围的示意图：

从上图可以看出，北极星的运行范围是常规热泵的两倍以上。特别是在

-15℃的条件下，其出水温度仍高于60℃，能够适应暖气片采暖的情形。

北极星的制热量和能效比的曲线图：

上述是排气量为83.2cm3/rev（谷轮ZW61KS，5HP）压缩机组成的系统的

测试值，从上表可以看出，在-15℃的条件下，其制热量仍有10KW，相当于额

定工况下的57%，如果以100W/m2的负荷计算，仍可以满足100m2建筑面积的

空间的采暖需求。

从上表可以看出，北极星的能效比随出水温度的变化而变化，出水温度越低，

其能效越高。所以，从系统节能的角度讲，我们希望采用出水温度较低的风机盘

管制热或地暖系统制热，以获得较低的运行费用。尤其的地板取暖系统，非常合

适用于冬季取暖，其舒适性是其他取暖方式无法相比的，所以尤其推荐使用。

地板取暖在欧洲的新式住宅中非常普遍，但是其采用的地暖水温是30℃左

右，但房间温度都能恒定在20℃左右，由于其水温较低，所以热泵运行可以获

得更高的能效。相比中国大陆，地暖的水温普遍采用45℃以上的水温，甚至有

些系统水温高达60℃，究其原因，主要有两方面的原因：原因一，是最开始做

地暖的热源都是燃气炉，由于其水量的限制，所以水温自然要求较高，否则达不

到理想的制热效果；原因二：中国人使用地暖的习惯和使用空调的习惯一样，有

人在家时才开启地暖，无人在的时候就关闭，如果地暖的水温太低，其每次开机

加热的时间就很长，效果也不理想。对于集中供暖，我们使用习惯是整个采暖季

节都不关闭的。所以对于北极星的应用，我们有两个推荐的应用方式：

对于南方，其最低气温不低于0℃的区域，可以采用立式风机盘管做为末端

的采暖方式或采用快速薄型地暖的方式，基本上式半个多小时可以把房间温暖起

来，这样就可以采用间歇开机的方式；

对于北方，由于其最低的气温较低，所以就不合适采用间歇开机的方式，我

们推荐采用标准舒适地暖的方式，其首次开启系统的暖房时间较长，但可以采用

30-35℃的地暖水温，可以获得较高的综合能效。以北极星为例，在-15℃的情况

下，其机组能效仍达到3.2，综合水泵，除霜等消耗，其综合能效仍高达3.0左

右，如果以全年采暖季节的平均气温为0度计算，其综合能效将达到4.0以上，

以一间普通建筑物单位能耗以100W/m2计算，采暖季节以120天，每天开机时

间按15小时计算，电费按0.5元/kwh计算，其每平方米的采暖费为22.5元左右，

低于集中供暖的费用，但是热泵系统使用更灵活，过渡季节也可以开启热泵系统。

如果配合节能建筑，其单位能耗可以降职40-50 W/m2,则条件和上述条件一样的

情况下，其每平方米的采暖费可降为10-15元左右，这个结果无论是对普通用户，

还是希望以降低建筑能耗由良知的开发商，都具有很大的诱惑力。

总而言之，北极星系列热泵作为独立供暖的热源，集合节能建筑和地暖系统

的应用，具有节能，环保，使用灵活的特点，它既解决了采暖问题，又解决了制

冷问题，具有广泛的发展前景和巨大的市场潜力。