为南方供暖问题提供有效解决方案
上海交大王如竹教授团队自主研发出新型舒适节能的空调热泵系统
能耗不增，能效提高20%，更舒适
在这个被称作“最冷的冬天”，南方城市的供暖问题再次受到高度关注。上海交通大学机械与动力工程学院王如竹教授介绍，目前，供暖的方式主要有三种，一是通过燃气炉采暖；二是电采暖；三是燃煤或燃气的集中采暖。王如竹教授认为，北方的集中供暖是通过烧煤将70℃―80℃热水输送到千家万户，但这种传统的供暖方式并不节能。南方集中供暖还需要重新设计布置管网以及锅炉，实施难度大、能耗大，费用高，也不能根本解决供暖问题。
有没有一种新的供暖模式，既能做到环保、节能，又能为南方供暖问题提供有效解决方案？王如竹教授带领团队自主研发出一种满足舒适性要求的、长三角采暖新型空调系统。该系统不仅更加舒适，而且在没有增加能耗的情况下，能效提高20%。为解决南方供暖问题提供了一种新的模式。
空气热源作能源，环保又节能
王如竹教授介绍，新型空调系统的核心技术主要有两项，一是室外的空气源热泵热水系统，用于供给热水；二是室内的小温差换热末端。
空气源热泵热水系统，通过消耗一定的电能，热泵工质从环境空气中吸取热量，提升热能的温度品位，获得35度左右的热水。其外观等同于常规家用空调的室外机，但比家用热泵空调更加节约能源，同时可以营造更舒适的室内空间。以冬季供热为例，通过设置热泵工质蒸发温度低于环境空气温度4-5度，热泵工质就可以从空气中吸收热量蒸发，低温低压的蒸汽经压缩机压缩可以获得高温高压的蒸汽，蒸汽冷凝放热就可以加热热水，从而将较低温度品位的热能提升为较高温度品位。 比较典型的参数例如：室外温度0度、蒸发温度-5度，冷凝温度35度，就可以获得30余度的热水，将其泵送到送到室内的风机盘管换热设备，就可以获得室内18-22度的舒适温度。释放出冷凝热的热泵工质成为液体，经过毛细管节流就可以得到低温的气液混合物， 其温度低于环境温度4-5度就可以继续有效地从空气中吸收热量。
谈到它的工作原理，王如竹教授说总的与家用空调热泵类似，但是常规的家用空调热泵由于室内机换热器较小，一般需要较大的换热温差， 冷凝温度往往需要40-45度，室外温度一低，压缩机就显得不给力了，室内冷凝换热温度就会降低，释放的热量就会减小。而热泵热水的冷凝温度35度就够了，这个热水可以输入室内地暖或室内小温差末端风机盘管。
王如竹教授公布了一组实验数据：白天工况：室外平均温度8.8℃，室内平均气温温度21.3℃。机组平均制热量10.48kW，平均耗电量2.89kW，水泵耗电240W，小温差末端耗电85W，系统能效比为3.26。夜间工况：室外平均温度3.7℃，室内平均温度18.1℃。机组平均制热量9.09kW，平均耗电2.79kW，水泵耗电240W，小温差末端耗电85W，系统能效比为2.91。
“这一过程，只需使用一份电能，从空气环境中获得至少2倍的热能，其热效率是电采暖的3倍。”王如竹教授说。
除了节能，空气源热泵热水系统还可以实现一机两用，夏季供冷水、冬季供热水。与常规冷热风机组相比，与它相接的设备灵活性更高，它可与传统送风末端结合，也可与辐射末端结合，还可实现一机多供、满足一栋建筑内多个房间的空调或采暖供应。另外，这个系统还可以高效地生产家用生活热水，实现一机三用！
王如竹教授表示，相对于传统制冷和采暖方式，其具有开启时间短，不需燃料燃烧、运行稳定、维护简单等优势，非常适合供暖呼声日趋提高、且供暖需求时间较短的长江流域地区。
小温差控温，家中四季如春
我们都有这样的体验：在一个寒冷的天气里，打开热泵空调，运行一段时间后，热泵空调虽然在运转，但并没有制热，此时空调外机正在化霜。很多时候，空调对着吹的时候是热的，感觉到热量，一旦在空调吹不到的地方，就会感受到明显的冷。另外虽然家用空调使劲吹出热风， 但是热风均集中到了房顶。
随着人们对室内环境要求的提高，对于送风产生的不良“热感”或“冷感”使很多用户更加希望末端的设计更加灵活，可以摆脱以往壁挂式送风空调等直吹送风、扫风的模式，改为更为人性化的局部送风、甚至冷暖辐射。
在王如竹教授设计的新型热泵空调系统中，与空气源热泵热水系统相链接的是由风机盘管组成的小温差换热设备，它们安置于墙角。空气源冷热水组由于采用水作为冷、热量载体，与小温差末端结合，可以创造更加舒适、受热均匀的室内环境。冬天吹出来的风并不感到热， 温温的，然而室内依然达到了春天般的温暖。一个室外3匹机，实现了90平方米住宅室内18-22度的舒适环境， 由于室内末端布置合理，温度的均匀性可以控制在偏差1-2度以内。
有了新型空调系统，白天上班时，只需选择值班温度即可；晚上休息时，可以选择卧室温度。系统可以根据设定的模式，自动调节温度，使家中环境四季如春。
王如竹教授介绍，空气源热泵制得热水通过循环水泵进入室内小温差换热末端，与室内空气换热后返回空气源热泵重新被加热，房间温度控制器通过感应房间温度控制热泵机组、水泵、换热末端的工作，当房间温度高于设定目标温度是，则控制器输出信号使热泵机组、水泵、换热末端进入待机状态或部分负荷运行状态，当温度低于设定温度时，控制器输出信号使热泵机组、水泵、换热末端重新进入工作状态。“这样，人们就可以根据身体的状况，设定一个让自己感到舒适的温度，整个房间一年四季都会让人身心舒适。”
值得一提的是，要实现四季如春的环境，系统安装非常简单， 一台3匹的室外机配上3-4个室内小温差末端就可以了， 非常适合于家用住宅。这种系统既适合于独立住宅，也适合于高层住宅。
中央空调变“绿色+家居”
王如竹教授说这种新型空调系统实质是一个绿色家居版的中央空调系统。但它远比中央空调环保、节能。令人欣喜的是，这种新型空调系统的成本并不高。
王如竹教授算了一笔帐。按照上海两室两厅的传统户型，采用新型空调系统，则需要装一个3匹室外机，约8000元，室内小温差换热末端需要4个，每个约600元，总共2400元，整个工程做下来加在一块需要25000左右。
如果安装平常用的空调，同样需要装一个8000元左右的3匹室外机，室内安装至少2-3个5000元左右的变频空调，加起来也需要23000元。如果采用家用中央空调则需要4万左右。
得出的结论是，与用电驱动的中央空调相比，便宜差不多一半的价钱；与平时安装的空调相比，价钱相当，但能效高出20%，此外家庭享受到了真正的舒服与节能，空调病的发病率也会明显减少。
王如竹教授说：“新型空调热泵热水供暖与室内小温差换热设备代表着一种新的供暖模式，更代表着一种新的家居生活理念和模式。目前，我们正在收集实验数据，作出评估。希望这种新的模式，能给解决南方供暖问题带来一种全新的视角。”（上海交通大学供稿）(未经授权禁止转载)
