空调、地暖、暖气片 你选哪个？
这是本人曾经发表过的一篇论文《夏热冬冷地区住宅供暖方式的比较和选择》摘要： 本文分析了我国夏热冬冷地区的气候特征，对单
这是本人曾经发表过的一篇论文《夏热冬冷地区住宅供暖方式的比较和选择》
摘要：
本文分析了我国夏热冬冷地区的气候特征，对单元式空调器、家用中央空调、暖气片、地面辐射供暖等四种技术进行分析，并研究这些技术在该地区的适用性，发现地面辐射供暖在舒适性、节能性、环境适用性、热源选择多样性上有很大优势，为该地区住宅选择适用的供暖方式提供了参考。
关键词： 夏热冬冷地区 供暖方式 家用中央空调 暖气片 地面辐射供暖
引言
我国夏热冬冷地区，涉及15个省市自治区，城乡人口约有5.5 亿。该地区夏季闷热、冬季湿冷，其气候特征在全世界也非常罕见，是世界上同纬度冬季最寒冷的地区。由于历史原因，该地区没有集中供暖系统，冬季室内舒适性非常差。随着经济发展，该地区居民广泛使用各种户式独立供暖设备，冬季供暖能耗巨大。笔者将分析各种供暖技术，找到最舒适，最节能，最适用的技术，为该地区居民选择供暖方案提供指导。
一、夏热冬冷地区地理分布、气候特征及建筑热工特性
1、地理分布
中国建筑热工分区有：严寒地区、寒冷地区、温和地区、夏热冬冷地区、夏热冬暖地区。
按照我国建筑气候区划，夏热冬冷地区范围大致为陇海线以南、南岭以北、四川盆地以东，也可以大体上说是长江中下游地区。包括重庆、上海2个直辖市；湖北、湖南、安徽、江西、浙江5省；四川、贵州2省东部；陕西、河南、江苏3省南部；广西、广东、福建3省北部，共涉及15个省、市、自治区，面积180万平方公里。代表城市有成都、重庆、武汉、长沙、南京、杭州和上海等。
2、气候特征
该地区的气候特点是夏季闷热、冬季湿冷，气温的日差较小，年降水量大，日照偏少。全年炎热季节有3～4个月，最热月室内平均气温达30～33℃，夏季相对湿度在80%左右，太阳辐射量大于1000 MJ/㎡；寒冷天气有2～3个月，最冷月室内平均气温只有0～6℃，冬季太阳辐射量小于750 MJ/㎡。冬季强大的寒潮到此地区后，受到南岭和东南丘陵的阻挡，使冷空气滞留，因而寒冷时间较长，特别是1月份平均气温比世界上同纬度其他地区一般要低8～10℃，是世界上同纬度冬季最寒冷的地区。夏热冬冷地区又是一个水网地带，冬夏季节空气相对湿度大，多在70%左右，夏季湿热、冬季湿冷，极不舒适[1]。
3、建筑热工特性
该地区建筑热工性能普遍偏差，远不如寒冷地区建筑保温性能好。外墙多年一直沿用24㎝厚实心粘土砖、空心粘土砖或者页岩砖、灰砂砖等非粘土砖。窗户普遍采用单层玻璃金属窗、近年开始采用双层玻璃窗。屋面以平屋顶为主，也有采用架空屋顶，但只对夏季隔热有一定效果。长期以来由于经济和历史原因，夏热冬冷地区原有建筑绝大多数未按建筑节能要求设计建造，属高能耗建筑，室内环境质量达不到最低的舒适度要求。在夏季空调和冬季供暖高峰期，其用电量可达到总用电量的40%左右。据有关资料预测，若不采取有效的节能措施，未来中国夏热冬冷地区住宅为了达到热舒适要求，空调用电负荷夏季0.8亿kW，冬季为2亿kW，全年耗电量为2240亿kWh，而三峡电厂的年发电量为847亿kWh。因此，为了满足长江流域地区住宅热环境的要求，需约3 座三峡电厂的年发电量。因此，对该地区各种住宅供暖技术进行比较分析，既有助于该地区居民选择舒适合理的供暖方式，又对该地区的节能减排有实际贡献[2]。
二、该地区常见的供暖方式
多年以来，该地区大多数建筑没有像寒冷地区采取集中供暖措施。经济欠发达时期，该地区冬季几乎无供暖设备。改革开放后，随着经济的发展，该地区成为我国人口最密集、经济文化较为发达的地区，该地区居住的城乡人口约有5.5 亿，国内生产总值约占全国的48%。随着生活水平的提高，居民开始自发采取措施提高冬季的舒适性。不同于寒冷地区的集中供暖，该地区供暖方式多为一家一户的独立供暖系统，常见的供暖方式有：单元式空调器、家用中央空调、暖气片、地面辐射供暖[3]。
1、单元式空调器
单元式空调器是该地区住宅中最常见的供暖设备。按照室内机外形及安装方式，分为窗式空调、挂壁式空调、立柜式空调三种，该地区以后两种空调器为主。按照制冷、制热特性，分为单冷空调和冷暖空调，该地区以冷暖空调为主。按照压缩机的不同，分为定频空调和变频空调。该地区空调主要采用R22和R410A冷媒，采用R410A冷媒的空调器冬季制热效果相对较好。由于该地区冬季湿冷，空调外机易结霜影响制热效果，空调器在该地区冬季制热效果普遍偏差，一般室内机都装有辅助电加热器以改善制热效果，冬季空调耗电量偏大。
2、家用中央空调
家用中央空调系统以户为单位安装，一般有一台外机带多台内机，解决一户住宅中所有房间的制冷及供暖需求，按照输送媒介的不同有以下三种系统：风冷热泵冷/热水系统；变制冷剂流量(VRV)系统；风冷热泵全空气系统。
图一、家用中央空调系统图(风冷热泵冷/热水型)
本文介绍最常见风冷热泵冷/热水系统，如图一，它由风冷热泵冷/热水主机（下简称主机）、风机盘管、供水管路构成。冬季，主机提供45℃左右热水，由水泵通过管道送至风机盘管，由风机盘管送风换热实现房间的制热。夏季，主机提供7℃左右冷水，由水泵通过管道送至风机盘管，由风机盘管送风换热实现房间的制冷。每个房间的风机盘管由独立的温控器控制，各个房间可独立开关或调节温度[4]。
3、暖气片
图二：暖气片供暖系统图
如图二，暖气片供暖系统由：燃气壁挂式热水锅炉（下简称壁挂炉）、暖气片、供暖水管及暖气片调温阀四部分构成。壁挂炉内部由燃气比例调节阀、燃烧室、平衡式排烟风机、密闭式膨胀水箱、供暖循环泵、生活热水板式换热器等部件构成。壁挂炉以天然气为燃料，一般为生活热水/供暖两用型，它既可提供生活热水，又可供暖。壁挂炉供暖热水温度可在40℃～95℃温度范围内自由调节，既可作为暖气片热源，也可作为地面辐射供暖热源。
暖气片供暖系统中，壁挂炉提供70℃～95℃的热水到暖气片，暖气片通过空气的自然对流及暖气片本体的辐射给住宅供暖。常见的暖气片有：铸铁暖气片、钢制暖气片、铝制暖气片、铜铝复合暖气片。夏热冬冷地区经济较为发达，基本不采用笨重粗糙的铸铁暖气片，主要采用后三种暖气片，尤其以铝制暖气片为主。铝制暖气片有如下特点：1、节能：铝质导热系数大、升温散热快比普通暖气片节能35%以上；2美观：外形简洁，线条流畅；3、环保：不会污染供暖水质，表面光滑均匀、稳定性好。4、实用：重量轻体积小，热效率高，具有良好的耐腐蚀和耐压性，不受水质影响。每组暖气片都配有调温阀，每个房间均可通过调节阀门的开度控制室温。供暖水管可采用紫铜管、铝塑管或PPR管，必须在管道外壁做橡塑海绵保温。暖气片一般悬挂于窗台下或空白内墙上。暖气片能均匀给热，热量分布适中，不干燥，不闷热，无风袭感[5]。
4、地面辐射供暖
地面辐射供暖的地面加热介质主要有三种：低温热水、发热电缆、电热膜。
本文介绍最常见的低温热水地面辐射供暖系统，低温热水地面辐射供暖系统三十年代初就在西欧发达国家开始沿用，由于当时金属管成本高、接口多、易腐蚀及横向膨胀系数大，易引起龟裂等诸多问题，使地板辐射供暖技术没有大面积推广普及。从七十年代以来，随着化学工业的发展，抗老化、耐高温、热稳定性好的塑料材质取代了旧的金属管材，地面辐射供暖系统开始大量应用。
图三：地面辐射供暖系统图
如图三，地面辐射供暖系统由：热源、地面盘管系统(保温板、反射层、钢丝网、地暖盘管、固定卡钉、混凝土找平层等)、分集水器、供回水干管、分区温控系统构成。热源提供35～50℃温度范围内的低温热水，由干管送到分水器，由分水器输送到各个房间的地面盘管系统。热水在地面盘管内循环流动，通过地面盘管将地面加热至28℃左右，通过地面以辐射向房间输送热量，室内温度可达到20℃以上。
分水器的每一个环路都配置了控制阀门，各个房间设有温控器，通过控制相应回路的水流量来控制室温，做到最大限度节省能源和开支。地暖盘管材料有PEX(交联聚乙烯)，PERT(耐热聚乙烯)，PB(聚丁烯)，PEXAL(铝塑复合管)等材料[6]。
三、几种系统的比较：
我们对这四种常见的供暖方式进行综合比较
图四：理想人体及三种供暖方式温度场沿高度分布图
如图四，理想的人体温度曲线应该符合”温足而顶凉”的规律，即脚部保持温暖，头部保持凉爽，这样有利于健康[7]。
中医的经典著作《脉法》中记载：“圣人寒头而暖足，治病者取有余而补不足也。”“温足而顶凉”这五个字，既是我国古代医家泻实补虚的治疗准则，也是养生保健的重要原则之一。中医认为，头为诸阳之会。倘若头部温度太高，不但对健康不利，甚至会成为致病因素。唐代名医孙思邈在《备急千金要方》中说过：“人头边勿安火炉，日久引火气头重目赤，睛及鼻干。”又说：“冬日冻脑……圣人之常法也。”
人的足部是距离心脏最远的器官，最易受到寒邪侵袭，因而有“寒从脚起”之说。从现代医学的角度解释：脚离心脏比较远，处于肢体末端，身体能量和养分不能及时输送，并且冬天一般地面温度比较低，脚部最容易造成热量流失，也最不容易补充热量。在某些冬季寒冷没有采暖保障的地区，冻脚非常普遍，严重的有冻疮。
空调供暖时温度场不均匀、温度上高下低；暖气片供暖温度也呈下高下低分布，但上下温差小于空调；地面辐射供暖时温度场均匀、温度上低下高与人体理想温度曲线吻合。
分析其原因，空调由于出风口在高点，加上热空气的自然上浮，整个温度场为上高下低，人在这样的环境中难免会感觉头部燥热而脚部偏凉。另外，由于需要强制对流送热风，容易扬起灰尘，人体在这样的环境中会因吹风而干燥不适，因灰尘而哮喘或过敏。整体而言，空调器的供暖方式舒适性一般。暖气片主要由辐射和自然对流给房间供暖，由于热空气的自然上升也导致温度场上高下底，但温差小于空调，舒适性也优于空调。
地面辐射供暖，通过地下所埋设热水管加热地板给房间供暖，地面温度高于空间温度，因此使人有“温足而顶凉”的舒适感。地面辐射供暖系统以红外辐射为主要传热方式，可以改善人体血液循环、促进新陈代谢。实践证明，居住在地面辐射供暖房间的人们，患腰酸腿痛和慢性哮喘病的人们的病情明显减轻，这种生活环境对于老人和小孩很有利。另外地面辐射供暖系统不需要送风，人在这样的环境下面不会因吹风而感觉干燥或不适，也不会有任何噪音，所以地面辐射供暖的热舒适性非常好[8]。
2、地面辐射供暖节能性分析
综合而言：单元式空调器、家用中央空调为强制对流供暖方式；暖气片为自然对流供暖方式；地面辐射供暖为辐射供暖方式。
住宅内人体停留高度一般为离地2米，而平层住宅层高在2.8米左右，挑空住宅层高在5米左右。对流供暖方式，由于浮力作用热空气自然上升，这就导致了要人停留区域达到设计温度，则上部空气温度必须高于下方，辐射供暖热量集中在人体收益高度。一般而言，辐射供暖可比对流供暖设计温度低2～3℃，却能获得同样的舒适环境，也能使人们有同样的温暖感觉。
层高2米以上空间为住宅内的无效供暖区域，对流供暖方式下该区域温度比人体停留区域还高，这就增加了无效热损失。另外，低温热水地面辐射供暖供水温度在35～50℃，暖气片供暖供水温度在70～95℃，因此地面辐射供暖干管热水输送过程中热损失小，比暖气片节能30%以上。
3、地面辐射供暖适用性分析
地暖辐射供暖系统仅需要35～50℃的热水，其热源选择非常广泛。冷凝壁挂炉可回收燃烧烟气中的热量，其低温燃烧热效率可达到108%，特别适用于地面辐射供暖。风冷热泵冷/热水机组，地源热泵冷/热水机组冬季可提供45℃左右的热水，也可以作为地面辐射供暖系统的热源。另外，热电厂的余热也可以作为该系统的热源。
鉴于地面辐射供暖的优点，越来越多的住宅项目开始采用这种供暖方式。各个住宅也根据自身的实际情况，灵活选用主机作为地面辐射供暖系统的热源。以南京为例：朗诗国际街区、锋尚国际采用地源热泵为主机；仁恒江湾城、碧瑶花园采用壁挂炉为主机。
单元式空调器、家用中央空调室外机为风冷热泵，在夏热冬冷地区冬季湿冷环境下极易结霜，制热效果差，需要配备辅助电加热能耗大。低温热水地面辐射供暖系统，如采用壁挂炉或地源热泵为热源，其制热效果不会受外界环境温度影响，制热效果稳定，在该地区有很好的适用性。
当然地面辐射供暖也有一个非常明显的缺点，那就是升温速度慢，但住宅进入冬季一般会连续供暖，所以问题不大，而且可以给热源配备编程温度控制器做到提前开机。
五、结论
本文分析了夏热冬冷地区的地理分布、气候特点，对常见单元式空调器、家用中央空调、暖气片、地面辐射供暖四种技术进行了比较分析。经综合比较分析，发现低温热水地面辐射供暖系统：热量分布符合人体生理需求，更舒适；供热直接有效，更节能；不受环境温度影响，更稳定；热源选择广泛，更自由，建议在夏热冬冷地区大力推广。
参考文献：
[1]、王建辉，李百战，刘猛，姚润明.夏热冬冷地区居住建筑节能技术适用性分析. 暖通空调 ，2009年第39卷第11期 ，P3-6
[2]、夏热冬冷地区新建建筑节能现状与《夏热冬冷地区居住建筑节能设计标准》实施情况
(EF 夏热冬冷项目技术报告) .建设部信息中心，2007年10月
[3]、夏热冬冷地区居住建筑节能设计标准（JGJ 134-2001）.中国建筑工业出版社，2001年
[4]、夏燚.家用中央空调系统计算机辅助设计及全年能耗分析.东南大学硕士学位论文，2004.3
[5]、景江红，兰中秋.浅谈水暖暖气片的设计.山西建筑，2009年1月35卷第1期P25-26
[6]、行业标准.地面辐射供暖技术规程（JGJ142—2004）.中国建筑工业出版社，2004年
[7]、大金（中国）投资有限公司.EEHS技术资料，2010年
[8]、乔志远，邬宏.用低温热水地板辐射采暖取代传统散热器采暖 .内蒙古科技与经济， 2006年第22期P115-116
