引言农村人口数量庞大，而且长期以煤炭、薪柴作为主导能源和冬季主要采暖方式，此种采暖方式是造成北方地区冬季空气污染雾霾严重的主要原因之一[1]。2013年北京等部分城市就开始在农村地区推行清洁取暖工作，2016年全国开始开展大规模清洁取暖工作。随着清洁供暖措施的持续推进，煤改电、煤改气、清洁能源替代等多种技术路线相互结合，大气污染治理初见成效，同时也出现了一系列的问题。1清洁供暖技术现状1.1现有技术路线我国北方现有各项清洁供暖技术包括：清洁燃煤供暖、天然气供暖、电制热供暖、地热供暖、生物质能清洁供暖、太阳能供暖、工业余热供暖、核能供暖等[2-3]。但在我国农村地区，生活和居住多以分散的农宅为主，很难按照城市推行集中供热模式。目前只有较为集中的新农村住宅可以应用电锅炉、地源热泵、太阳能等清洁能源集中供暖，大部分农村地区常用的依旧是分散式采暖。清洁取暖工作初期，燃气壁挂炉采暖因安装方便、初投资和运行费用比较经济而备受青睐，“气荒”事件之后，“煤改气”市场规模下滑，“煤改电”规模明显提升。而且天然气管网覆盖的农村区域十分有限，很多农村地区无法实现燃气采暖，相反农村地区的电力网络建设已经比较完善，电供暖更易于在农村推广。常用的电供暖包括直热式电供暖、蓄热式电供暖、空气源热泵采暖等。与直热式、蓄热式电供暖相比，空气源热泵更加清洁高效，在小型工程和改造工程中更容易实施，是各地主推清洁能源技术。赵恒谊[4]分析各项供暖技术后认为空气源热泵冷暖系统是分散、局部舒适采暖方式的最佳选择。1.2清洁取暖技术在农村地区推行中的问题调查结果显示，清洁取暖的费用是燃煤取暖的1~4倍，在没有政府补贴的情况下，仅有4.81%的居民愿意使用清洁能源取暖[5]。清洁供暖技术在农村地区推行中存在的主要问题有以下几类：（1）农村建筑多为分散式的单体建筑，面积大、保温较差，且普遍基础设施落后，区域性集中供热基础建设投入大；（2）推广的技术路线多种多样，取暖效果参差不齐，燃气壁挂炉和热泵等相关技术应用范围小，标准和规范不完善，设备购买、更换、维修机制也尚未健全；（3）目前经济欠发达地区的政府财政负担较重，部分农村居民人均收入低、环保意识弱，补贴力度下调容易带来散煤复燃风险；（4）清洁取暖设备的购买金额明显高于农村传统日常设备，且不同的取暖设备随着产品类型、品牌、产地等有较大的价格波动，部分农村居民会产生经济压力，政策推广难度大。综上所述，健全清洁取暖技术标准、规范和设备维护机制，降低清洁取暖设备的成本，减少农村购买压力和使用成本是亟待解决的问题。清洁取暖设备费用是阻碍政策实施推广的主要影响因素。1.3农村取暖习惯由于耗电问题，农村家庭中夏季使用空调供冷较为常见，而冬季用空调供暖的现象比较少见。农村住宅的空调行为具有间歇性、随机性、时变性、差异性、分散性和局部供暖需求等特点[6]。大部分农户经济条件一般，白天多在室外干活，频繁进出居室，只有夜间长时间居家，且客厅和卧室并非同时使用[7]。因此“煤改电”政策推广的取暖设备和供暖方式需符合农村居民的生活习惯，并且考虑取暖设备的初投资和运行费用都不能太高。2新型空气源热泵用采暖散热器产品介绍针对农村建筑特色和生活习惯，对空气源热泵冷暖系统及末端设备进行技术改进和创新，研制一种适用于空气源热泵空调采暖的散热器末端，使之更符合农村居民的采暖需求且造价更低。2.1系统简介本研究提出的新型空气源热泵采暖系统及散热器（简称空气能暖气）由空气源热泵主机、室内机、空气能暖气片、冷媒分配器（氟路切换装置）、控制系统（控制器、遥控器、APP）等5部分组成。空气能暖气片内部预埋换热盘管，集换热器、蓄水和散热器于一体，无须重新铺设供暖管道，施工简单、节省空间，换热的同时加热室内空气，提高供暖效率，兼具空调快速供热的能力和暖气片辐射供暖的舒适性。系统及散热器结构如图1所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2022.01.016.F001图1空气源热泵采暖系统及散热器结构该末端直接与空气源热泵主机和空调室内机相连，搭配自主研发的控制系统和冷媒分配器，可以根据需要切换不同的末端工作，通过云平台和互联网对产品进行在线监测、调控与数据查询。冬季由双末端智能联动快速制热，包括室内机供暖、暖气片供暖、室内机与暖气片联合供暖等多种模式供暖，夏季和其他季节仍由空调内机（风机盘管）供冷。图1中，1为空调室外机组，其中11为室外换热器；12为压缩机；13为节流装置；14为气液分离器；15为融霜电磁阀；21为止回阀。2为室内换热机组，其中22为空调室内机；23为空气能暖气片；231为真空装置；232为暖气片堵头；233为换热器；234为制热盘管；235为制热管接口；236为散热片。3为氟路切换装置，其中31为四通换向阀；32为电动三通阀；33为止回阀[8]。2.2空气能暖气片供暖原理空气能暖气片的供暖原理为：通过空气源热泵机组的蒸发器提取空气中的热量，经压缩机压缩制取的高温冷媒在控制系统作用下流向空气能暖气片，在暖气片的换热盘管内与液体换热的同时将热量传递给室内空气，保证室内达到一定的温度实现房间供暖。液体一般为纯净水，水温不高于60 ℃（一般在35~55 ℃）。控制器可以根据室内外温度的变化，通过调整压缩机工作时间和频次，达到调整供暖水温的效果，保证室内温度保持在一定范围内。冬季供暖时，可通过控制器或者APP进行模式设定，控制器接收命令后控制空气源热泵主机制热，热量由冷媒运载到对应的供暖末端，冷媒的流向和流量的分配由冷媒分配器实现，共同完成对应模式供暖。夏季设定供冷模式，室内机正常工作，冷媒在冷媒分配器作用下由热泵主机经空调内机后返回，不经过暖气片无需考虑结露问题。2.3特点与优势某品牌空气能暖气具备以下特点：（1）各房间可以按需供暖、分别关闭和开启，互相不受影响，设备启停方便、调节灵活；（2）具备自动定时、启闭功能，控制方式可以选择自动和手动开关相结合；（3）具备智能控制能力，对不同活动区域（如卧室、客厅）进行不同室温控制，也可以远程在线设定、查询情况；（4）将暖气片与换热器集成，无须置备换热水箱，暖气片与热泵空调主机直接通过铜管连接，安装维护方便；（5）通过冷媒分配器调整冷媒流向和流量，实现冬季空调内机供暖、暖气片单独供暖以及联合供暖等多模式供暖，夏季不影响空调正常制冷使用；（6）兼具空调快速供热的能力和暖气片辐射供暖的舒适性，即开即用、随开随停、操作简单方便。3试点应用与分析为了保证产品的质量与性能，尽可能降低造价，参考散热器相关热工性能检测标准[9]建立热工性能实验室，同时应用嵌入式、物联网、大数据、云存储等技术，搭建智慧物联云平台并研发智能控制系统，实现对现场设备运行状态及相关参数的实时云端存储和远程控制，为产品的前期研发、中试以及后期标准的编制，提供可靠严谨的实验室数据及相关实验支撑。3.1实验与试验模拟家居、办公等环境，建立空气源热泵采暖散热器产品体验厅，对产品和系统进行在线监测。通过与实际环境的交互结果，进一步完善空气能产品云端控制平台及相关产品性能。供暖季在部分居民家中、商铺及办公环境中逐步进行实际测试，办公场所选在某大学科技园区、某单位办公室等地；家居场所选择客厅、卧室及书房等地开展相关参数的监测。收集测试数据和体验反馈，进一步对产品改进与完善，并对完善后的相关产品进行送检认证。3.2实例数据分析现以郑州市一套农村140 m2三室一厅的民宅为例，对比集中供暖、空气能暖气和燃气壁挂炉的投资方案。3个卧室和1个客厅原本安装了空调（客厅空调为2 P，卧室空调为1.5 P），只需加装暖气片进行改造即可。根据目前的产品参数，卧室（≤20 m2）安装20柱的JKY600-20暖气片（考虑农村建筑不节能，散热量保留富裕度）；客厅最初考虑安装两组JKY600-16的暖气片取暖效果更佳，最后根据空间选择2组竖式10柱的JKY1500-10暖气片，暖气片的柱数可以根据用户实际要求增减，目前的规格是600 cm高的16柱和20柱以及1 500 cm高的10柱暖气片。为了更直观地对比，现对采集到的“煤改气”和空气能暖气改造房屋的耗能量及建筑数据进行计算，计算出各房间平均用能量和费用。根据《郑州市城市供热与用热管理办法》相关规定，集中供暖初装费用为120元/m2（不包含暖气片），居民用热收费0.19元/(m2·d)，办公及商用0.28元/(m2·d)，电费0.56元/kWh，燃气费2.4元/m3。两种供暖方式初装与运行费用对比如表1所示。由表1可知，相比集中供暖和燃气壁挂炉取暖，空气能暖气的初投资和运行费用均更加经济合理。10.3969/j.issn.1004-7948.2022.01.016.T001表1两种供暖方式初装与运行费用对比类别初装与运行费用面积/m2初投资/元初装费用/（元/m2）室温/℃最大日耗能运行费用/（元/d）运行成本/［元/（m2·d）］集中供暖14020 800148.618~20—26.60.190空气能暖气14013 40095.718~2050 kWh28.00.200壁挂炉燃气14016 600118.618~2015 m336.00.257注：最大电耗是指机组全部运行且全天运行，实际生活中卧室和客厅不同时工作。4结语实际应用与试验证明，新型空气源热泵采暖系统及散热器能有效缓解冬季空调干热风取暖带来的各种不适症状。用户可根据自己的需求灵活控制供暖时间和供暖温度，人走电停、即开即热和分室控制等也更符合我国城乡民众的间歇取暖习惯。该系统操作简单、使用安全，无论是重新安装还是改造，均施工方便、成本可控，初投资和运行费用均合理，相比传统采暖形式更有利于“煤改电”政策在农村地区的推进。