空气源热泵集中供暖系统调试技术探讨

沙雨亭

（北京城建二建设工程有限公司，北京100039）

0 引 言

以保障人民群众身体健康为出发点，大力推进生态文明建设，全国空气质量总体改善，重污染天气较大幅度减少，并逐步消除重污染天气。全国空气质量明显改善的蓝天计划由中央政府提出，北京市率先开展了“减煤换煤、清洁空气”行动，其中农村地区冬季供暖的无煤化改造工程是实现蓝天计划的重点工作。本次无煤化改造是以燃气锅炉、地源热泵、空气源热泵等清洁能源代替传统的燃煤炉取暖，实现污染物的减排或零排放。根据住宅的结构形式、分布、地形地貌的现状，本次改造很大区域采用了空气源热泵机组集中供暖系统，该供暖系统的明显特点为低温分散集中供暖系统，即低温供暖（设计供回水温度：55/45℃）、末端采用散热器而非对应的风机盘管或地板辐射、供回水干线长、各末端用户（即各居民住宅）内的采暖系统形式多样、负荷不同、为水平分布且与热源的距离差距特别大，因而调试技术成为该工程的重点和难点。

图1 室外管网平面图

供暖系统的调试结果直接关系到采暖效果、运行成本、系统稳定性，甚至关系到该工程的成败，是工程质量的重要体现。目前各种文献阐述调试技术的集中供暖系统多数为高温热水供暖系统、地板辐射供暖系统，且对象多为某一建筑或小区。关于低温分散集中供暖系统之前应用的非常少，相应的调试技术文献也很少。在该采暖形式大力推广阶段，本文作为实际工程应用的总结，就实际调试过程中出现的问题进行原因分析并提出解决方案，为今后类似工程提供借鉴与参考。

1 概 况

空气源热泵原理就是利用逆卡诺原理，以极少的电能，吸收空气中大量的低温热能，通过压缩机的压缩变为高温热能，是一种节能高效的热泵技术。空气源热泵在运行中，蒸发器从空气中的环境热能中吸取热量以蒸发传热工质，工质蒸气经压缩机压缩后压力和温度上升，高温蒸气通过永久黏结在贮水箱外表面的特制环形管冷凝器冷凝成液体时，释放出的热量传递给了空气源热泵贮水箱中的水，冷凝后的传热工质通过膨胀阀返回到蒸发器，然后再被蒸发，如此循环往复。空气源热泵机组能效比＞3，是一种节能环保的新型采暖技术。

1.1 工程概况

本工程为2017年北京市海淀区无煤化（空气源热泵集中供暖）项目，项目涉及海淀区的青龙桥街道、香山街道、四季青镇，东升乡等共4个镇，7个街道/村，23个社区，改造对象为上述区域内燃煤采暖的住户；设48个集中热源站点，空气源热泵机组315台，总供暖户数7013户，总供暖面积149.32万m2。

1.2 系统介绍

系统形式采用异程并联方式，利用成品保温管采用室外架空方式敷设，热源为空气源热泵机组，供回水温度55/45℃，各场站根据供暖总负荷分别设置不同规格和数量的热泵机组，图1为其中一场站室外管网平面图。居民户内采用散热器供暖系统，上供下回方式，散热器采用高压铸铝散热器，设计工况下散热量为80W/片。每组散热器前设自动温控阀、散热器回水支管上设控制球阀，每户入口设热计量控制箱，作为调节和计费用，图2为某户内采暖平面图。

图2 户内采暖平面图

1.3 系统特点

本工程中空气源热泵集中供暖系统相对于通常工程中利用锅炉集中供暖或换热站二次换热后的集中热水供暖系统存在如下明显特点：①供回水温度低，供回水温度只有55/45℃。②系统流量大，管路系统管道规格大，由于供回水温差小，本工程的10度温差相对于常规工程的25度温差，输送同负荷的热量系统流量就要增加2.5倍。③散热器的散热量要求大，由于供回水温度低，△t相对于通常采暖系统小很多，该工况下的散热量只有标准工况下的1/3，因而需选用散热性能好的散热器，本工程选用高压铸铝散热器，标准工况下散热量约200W/片。④散热器需求量大，由于上述原因导致同一采暖房间内的散热器需求量是正常的3倍。⑤各末端用户距离热源站的距离差距大，容易水平失调。

2 调试中出现的问题

1）散热器不热。调试过程中存在整个户内散热器都不热或部分散热器不热现象，整个户内散热器不热的情况集中存在于某一段支路上或单独存在于某一点，部分散热器不热主要表现为户内系统的前端热末端不热。

2）散热器局部不热。散热器局部不热是为同一组散热器有的部位热有的部位不热，主要表现为散热器上部热，下半部不热。

3）房间温度达不到设计指标。在调试运行过程中，对房间温度进行监测存在某些房间温度偏低，房间设计温度为18℃，多数户内温度均能达标甚至都高出设计温度，也存在少数户内温度均低于设计温度或局部房间温度低于设计温度的情况。

4）运行噪音大。在系统运行时户内采暖系统不停地发出噪音，噪音有的是从管道发出，有的是从散热器内部发出。

3 原因分析及应对措施

采暖系统调试过程中出现上述问题的原因是多方面的，为了最终各用户的采暖参数、系统的运行参数都能达到设计指标，调试获得圆满结果，需要在系统的整改施工环节进行全过程全方位管控，并根据现场条件变化及时进行设计变更，下面就本项目影响调试效果的原因进行分析并提出相应的应对措施。

3.1 设计原因

3.1.1 负荷计算及指标选取偏差

由于本项目的居民房数量众多，各居民房的围护结构形式各不相同，房间布局和朝向也千差万别，在设计阶段如原始资料掌握不充分，在负荷计算时容易出现偏差，从而造成室内的供热指标选取与实际存在偏差，导致实际运行时室内供暖温度偏低。

3.1.2 管径选用偏小

本项目采用干管、支干管、支管、户内系统形式，支干管（支管）管径是根据所承担区域的总负荷来确定，由于本项目是政府出资改造，根据政策某些房间不在改造范围，在施工阶段存在供暖面积增加的情况，从而造成某一支管的管径变小，导致该支路室内供暖温度普遍偏低或部分不达标。

3.1.3 阀部件设置不合理

供暖系统在下述部位需设置相应的阀部件：各支管的分支处需设置控制和调节阀门，以便于调节支管的流量和压力；循环泵入口、户内入口处需设置过滤器，以过滤系统内的杂物，避免造成堵塞；系统的高点或局部返弯的高处需设置排气阀，以排除系统内积气，避免造成气阻塞及循环不畅。

3.1.4 设计方面的应对措施

为了避免上述情况对系统的影响，需在设计交底时就各项参数的计算方法、影响因素、换算办法进行交底，在施工前技术人员根据现场实际情况进行核算，确保采用的指标达到设计参数；对阀部件设置位置进行核实，对位置不合理及需要增设阀部件的反馈给设计单位进行变更。

3.2 施工原因

3.2.1 施工时增加管件

施工时往往会因为现场存在障碍物及标高问题，管道需要局部增加弯头以绕弯障碍物，由于弯头的增加从而增加管路的局部阻力，容易导致管路水力失调。

3.2.2 管道开口不规范

管道分支开口处宜采用成品三通管件或按标准的施工工艺现场在主管道上开口焊接，现场开口的三通要求支管端口不得突出主管道内壁，并且接口光滑无毛刺。施工过程中存在支管伸入主管道内过长，从而造成局部阻力增加，导致管路水力失调。

3.2.3 管道坡度不当

采暖系统管道设置坡度是为了有利于排除系统内的积气及水流循环顺畅，设计图纸中都给定了管道的坡度和坡向。由于施工原因会存在管道坡度达不到设计标准甚至存在倒坡现象，会造成不热、噪音大的结果。

3.2.4 管道堵塞

施工过程中焊渣、切割的碎末、锈渣等杂物都容易在管内存留，以及外部杂物甚至施工工具、手套等也会遗留在管道内。管道封闭前对管道内没有清理，管道施工完毕后没有按规范要求进行冲洗，以及循环时局部油漆脱落，这些都是造成管道阻塞的原因。

3.2.5 施工质量控制

施工质量的好坏最容易影响调试效果，施工时必须严格按照图纸和施工规范施工。施工过程中要对各个环节进行控制，包括原材料的质量、施工工艺、工序控制、各项试验、成品保护以及对关键节点进行旁站施工，对与设计图纸不符的要及时反馈给设计单位进行核算，在施工过程中将上述问题隐患消除。

3.3 运行调节原因

3.3.1 阀门开度不合理

阀门开度大小决定管道内水流量以及压力平衡，系统水力平衡调节是需将各个阀门调整到合适的开度，而调试过程中会存在阀门没有打开或开度不合理的情况，主要是外网支管阀门、入户阀门及散热器前阀门的调节状态。

3.3.2 系统内积气

系统内积气会形成气水混合，会对水的流动产生反作用力，从而阻止水的流动，造成系统的供热不足、不均，严重时将造成系统循环中断。运行过程中造成系统积气的主要原因是系统没有及时排气，原因为自动排气阀前端阀门没打开、排气阀的排气孔被异物堵塞，手动排气阀没有及时排气。

3.3.3 系统失水

系统失水除浪费水资源增加运行成本外，还会影响供暖系统的稳定性造成水力失调，使系统存在安全隐患，对系统的工况稳定极为不利。系统失水除正常的泄露外，主要原因为末端用户的人为放水，本项目在每户的末端都安装了泄水阀，用户在调试过程中粗暴地通过放水使户内变热或利用系统内热水作为他用，给系统的调节和正常运行造成极大隐患。

3.3.4 热泵机组运行参数设定不符

热泵机组运行参数是根据用户端的热负荷需求进行设定，主要是供回水温度设定、机组开启数量设定，当热源站的供热能力低于用户端的热负荷时就会造成热力平衡失调，表现为房间供热温度不达标、散热器不热或局部不热。

3.3.5 循环泵运行参数设置不合理

本项目循环泵根据流量变化进行变频运行，但由于设定循环泵的开启数量及频率的不合理，会导致系统运行流量和压力达不到设计要求，从而造成水力失调。

3.3.6 用户参数设定变化

系统调试时是按照设计的参数进行调节，室内温度按照18℃为达标温度，在调试时室内温度达到设计温度即视为调试合格，但是在调试及运行过程中，用户会擅自调整房间内的阀门开度，从而打破系统平衡影响系统的调试。

3.3.7 气候变化

气候变化对系统的影响表现在两个方面，一是用户端热负荷变化，二是热源端供热能力的变化。本项目采用空气源热泵机组作为热源，机组的供热能力受气候影响大，其供热能力与气温降幅成反比，气温越低供热能力也越低；而用户端热负荷需求与气温降幅成正比，气温越低热负荷需求越大。因而在气温变化时需及时调整机组的运行参数，同3.3.4条。

3.3.8 运行调节应对措施

采暖系统的运行是动态的，系统的平衡受各方面因素影响，上述所列的每个原因的出现都会导致系统的失衡。在运行调节时首先要加强对人的管理，减少人为的干扰；二是根据实际需求和环境状态设定合适的运行参数；三是要加强排查和巡查，使各个阀部件保持在正常的工作状态。在此基础上才能将系统调整到理想的工况。

4 调试方法

4.1 调试前准备

供暖系统调试是在所有安装工作完成、系统试压和冲洗合格、设备试运转及调试合格后进行，调试前的准备工作包括管路检查、阀部件检查、系统注水等。管路检查内容：管道规格、位置、标高、坡度、坡向是否符合设计要求；检查阀门规格型号，将各支路上的阀门都处于开启状态；检查支吊架的规格、位置、间距、牢固程度等以确定管道是否处于安全状态；系统注水时注意将系统内积气排净，检查各排气阀能否正常工作。

4.2 系统初调节

供暖系统初调节的目的是将系统实际工况水压图调整到设计工况水压图，使供暖建筑物内所有散热器的热量分配到设计值，以保证各个房间都达到供暖设计室温。使系统达到设计状态，是系统运行前必不可少的环节。供暖系统初调节即流量调节，是通过管路上的阀门对各支路的流量进行合理调节，消除系统运行工况失调问题，并将各热用户的运行流量调整到热负荷需求的流量。初调节的方法包括阻力系数法、预定计划法、流量逼近法、比例法、补偿费、计算机法、模拟分析法、模拟阻力法、温度调节法、自力式调节法及简易快速法等，本项目调试综合采用了预定计划法、自力式调节法、温度调节法及流量逼近法。

1）预定计划法。根据各支路热负荷计算流量从而确定阀门开度，调试时将各个阀门调整到计划开度，从而使系统达到初步平衡。

2）自力式平衡法。依靠自力式调节阀自动进行流量调节，本项目在外网近热源端支管上设置自力式平衡阀，每组散热器供水支管上设置温控阀，均起到自动调节作用。

3）温度调节法。通过对各热用户流量的调节使之供回水达到一致，从而实现各热用户室内温度彼此均匀的目的。本项目每户的入口都安装了热计量控制箱，箱内装有关断及调节阀门，通过对调节阀的细微调节以实现平衡。

4）流量逼近法。通过逐步调节阀门开度使各支路流量到达理想流量，调试前绘制测试简图，采用超声流量计测量各点的流量，所测得数据作为原始数据；分析原始数据并按照流量偏差大小排序编号；按照编号逐一调节使流量达到合理流量；重复上述步骤直至达到设计要求。

4.3 系统运行调节

供暖系统运行调节的目的在于供暖用户散热器的散热量与用户热负荷的变化规律相适应，从而达到热量供需平衡，以保证室内温度满足设计要求。随着室外气象参数的变化，按照热负荷随室外温度的变化规律，热源的供热量进行相应的调节，使散热器的散热量与热负荷的变化规律相适应。运行调节方法有质调节、量调节、分阶段改变流量的质调节及间歇调节，本项目采用质调节，主要调整热泵机组的开启数量及供回水温度，以到达满足用户需求及经济运行的效果。

5 结 语

通过对该空气源热泵集中供暖系统实际调试过程中出现的问题进行原因分析，找出应对措施及调试办法，为与本系统特性类似的采暖系统调试提供参考。由于供暖系统的复杂性，供暖系统调试是多种方法综合运用的过程，调试技术还需进一步完善和提高，以达到理想的采暖效果及低成本稳定运行的目的。