引言建筑能耗约占全社会总能耗的30%，其中，采暖和空调能耗占比较大，约占20%[1]。我国北方地区清洁供暖成为社会关注的焦点问题[2-3]。作为清洁能源的空气源热泵是首选供暖方式，也是降低建筑能耗的有效措施之一。空气源热泵技术是利用逆卡诺循环将低位能转化为高位能的节能装置[4]。工程调研中发现，空气源热泵机组普遍采用定水温运行、手动设定供水温度设定点方式，造成机组运行效率低、室内温度超调、制热量浪费、流量与负荷不匹配等问题[5-6]。以邯郸地区某小区住宅建筑项目为研究对象，研究空气源热泵供暖系统设计与控制策略，利用Trnsys软件模拟定流量、变流量运行，探究不同室内温度对空气源热泵供暖系统制热量和SCOP的影响。1建筑模型搭建1.1工程概况河北省邯郸市供暖小区处于寒冷地区，建筑朝向坐北朝南，总建筑面积56 000 m2，建筑高度18 m，供暖期供暖面积30 000 m2，各方向窗墙比为北向37%、南向33%、西向和东向均为12%，建筑窗墙比符合《严寒和寒冷地区居住建筑节能设计标准》（JGJ 26—2018）里寒冷地区窗墙比的要求范围。小区共6层12栋，一层3户，一户70 m2。小区户型单一便于建筑模型的简化与搭建。住宅建筑户型如图1所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2023.03.003.F001图1住宅建筑户型1.2模型建立及负荷分析影响建筑负荷的因素主要包括气候条件、围护结构以及室内热源设置。河北省邯郸市全年室外干球温度和土壤温度如图2所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2023.03.003.F002图2河北省邯郸市全年室外干球温度和土壤温度由图2可知，全年室外干球温度与土壤温度具有较好的相关性，冬季最低气温为-9.58 ℃，出现在第344 h。建筑围护结构及热工性能如表1所示。住宅的围护结构及热工性能符合《严寒和寒冷地区居住建筑节能设计标准》里寒冷地区围护结构热工性能的要求范围。10.3969/j.issn.1004-7948.2023.03.003.T001表1建筑围护结构及热工性能围护结构组成厚度/mm导热系数/[W/(m·K)]传热系数/[W/(m2·K)]屋顶水泥砂浆201.0001.366多孔混凝土1000.209钢筋混凝土1201.628水泥砂浆101.000外墙水泥砂浆101.0000.481红黏土砖2400.430聚苯板EPS500.037水泥砂浆101.000内墙水泥砂浆201.0001.613陶粒混凝土2000.465水泥砂浆201.000外窗双层玻璃塑钢窗6—2.500室内热源设置主要设定人员、设备以及照明的负荷。为了便于计算以及搭建模型，认定每户4人，照明负荷为5 W/m2，设备负荷为3.8 W/m2。由于人数以及模型房间的简化，人员、照明和设备作息参数进行相应的比例调整。室内冬季采暖设定20 ℃，夏季空调设定26 ℃，新风每小时换气次数为0.5次。根据建筑概况、围护结构参数、室内内热源参数的相关设置，通过Trnsys软件搭建建筑负荷计算模型，如图3所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2023.03.003.F003图3建筑负荷计算模型通过建筑负荷计算模型可以得到建筑负荷全年变化情况，如图4所示。模拟的建筑冷负荷为正数，建筑热负荷为负数。建筑负荷与全年室外干球温度变化趋势一致，供暖期间最大建筑热负荷出现在366 h，热负荷为1 608.5 kW，单位面积热指标为53.62 W/m2；最小建筑热负荷出现在7 770 h，热负荷为73.5 kW。10.3969/j.issn.1004-7948.2023.03.003.F004图4建筑负荷全年变化情况2空气源热泵供暖系统模拟根据建筑最大热负荷选定机组参数，空气源热泵机组制热量为800 kW，性能参数为2.2。定流量空气源热泵供暖系统如图5所示，变流量空气源热泵供暖系统如图6所示。实线表示供暖系统循环水路线和天气数据输入路线，虚线表示读取数据、输出数据、统计数据。10.3969/j.issn.1004-7948.2023.03.003.F005图5定流量空气源热泵供暖系统10.3969/j.issn.1004-7948.2023.03.003.F006图6变流量空气源热泵供暖系统3模拟结果及分析3.1模型对比分析模拟时间为1个供暖季(7 656~10 536 h)，步长为1 h，房间温度为20 ℃。分析定流量空气源热泵供暖系统模型与变流量空气源热泵供暖系统模型制热量与系统性能指数SCOP变化情况。两个模型制热量变化情况如图7所示。两个模型SCOP变化情况如图8所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2023.03.003.F007图7两个模型制热量变化情况10.3969/j.issn.1004-7948.2023.03.003.F008图8两个模型SCOP变化情况由图7、图8可知，同一工况下，变流量系统制热量低于定流量系统，但SCOP高于定流量系统，变流量系统制热量为67.67~1 572.01 kW，平均制热量910.73 kW，SCOP为1.26~1.91，平均SCOP为1.63；定流量系统制热量为201.43~1 757.98 kW，平均制热量1 072.04 kW，SCOP为1.08~1.62，平均SCOP为1.48。变流量系统采用定温差控制结合建筑负荷调节循环水流量，以便更好地满足建筑的热需求。3.2不同室内温度对比分析室内温度不同时，建筑所需热负荷也不同，会影响供暖系统侧的运行性能。室内温度分别为18 ℃、20 ℃、22 ℃时，定流量空气源热泵供暖系统运行一个供暖季。不同室内温度下定流量空气源热泵供暖系统制热量以及SCOP变化情况如图9所示。机组制热量、SCOP与室内温度成正比，室内温度的增加引起机组制热量涨幅较大，但SCOP涨幅较小，因为机组制热量增加导致系统耗电量增加。因此，选择适宜的室内温度对于机组的制热量以及运行性能具有一定的影响。10.3969/j.issn.1004-7948.2023.03.003.F009图9不同室内温度下定流量空气源热泵供暖系统制热量以及SCOP变化情况4结语住宅建筑的最大热负荷为1 608.5 kW，单位面积热指标为53.62 W/m2，采用2台空气源热泵机组能够满足住宅的供暖需求。同一工况下变流量空气源热泵供暖系统模型的机组制热量低于定流量系统，但SCOP优于定流量空气源热泵供暖系统模型。机组制热量、SCOP与室内温度成正比，机组制热量涨幅较大，SCOP涨幅不大。室内温度对机组的运行性能具有一定影响。