上海地区空气源热泵地板采暖系统应用研究 .docx

工程建筑学相关资料ENGINEERING ARCHITECTURE RELATED INFORMATION 工程建筑学相关资料 ENGINEERING ARCHITECTURE RELATED INFORMATION PAGE PAGE 1 上海地区空气源热泵地板采暖系统应用研究  摘要：空气源热泵作为冷热源的系统既解决了夏季空调的需要，又可在冬季提供舒适的温水地板采暖。本实验研究以上海地区的一栋独立别墅住宅为对象，经过采暖期中一个月的实测，系统地测得了空气源热泵地板采暖的特性参数和运行能耗数据，把握了空气源热泵地板采暖的运行规律。本文基于实测数据，对上海地区将空气源热泵用于地板采暖系统进行技术经济性分析。 关键词：地板辐射采暖 冷热源 风冷热泵 1 引言　　我国上海地区地处夏热冬冷地区，日平均气温低于5℃的天数将近60天。不设采暖空调时，冬季室内温度低于热环境卫生学下限标准，影响工作﹑生活和健康。由于该地区经济的发展和生活水平的提高，不但在夏季采用空调制冷已经相当普遍，而且对冬季的采暖需求也日趋增强。　　空气源热泵夏季可制冷，冬季可提供低温热水。但冬季的低温热水在传统的空气-水空调系统中难以发挥出令人满意的采暖效果，而低温热水（一般在40-45℃左右）理论上却恰好满足地板辐射采暖系统的需要，从而有可能使能源得到梯级利用，提高能源的利用效率。同时将夏季供冷和冬季供热系统进行了合理整合。这样的系统形式虽然已经在北方地区得到应用，但对于在不同地区的适用性尚有待研究。　　对地板辐射采暖的研究在最近几年得到展开，从传热模型的建立到实验室测定，也有一些地区的实际住宅的实测报告。大多数研究重点在对系统传热特性的研究上。然而系统的实际运行效果及运行经济性与热源方式，建筑围护结构，地区气候，居住习惯等诸多因素有关，系统的适用性尚有待进一步的考察验证。为此，笔者于2003年冬季对上海地区的一幢独立别墅住宅进行采暖期间的现场测试，系统地测得了空气源热泵用于地板采暖系统的特性参数，分析了在上海地区将空气源热泵用于地板采暖系统的技术及经济的可行性。2 实验概要　　测试对象的住宅为上海地区的一幢三层别墅，建筑面积约280 m2，地板采暖面积为164m2（总敷设率约为59%，对象房间敷设率接近100%），地面装饰材料为实木复合地板。墙体为厚240mm的空心砖墙（未做保温），窗户为铝合金中空双层玻璃窗。地板采暖采用湿式施工（混凝土预埋管），埋管采用PEX管，管径规格为12/16mm（内径/外径），双回型布置，管间距150mm。本实验重点考察了位于住宅中位于二层的一间卧室，房间约14 m2，有南北东三面外墙，一面内墙，南，北面各有一扇外窗。如图1，图2示。　　系统采用空气源热泵作为冷热源，夏季空调（水-空气式）和冬季供暖（辐射地板采暖）整合为一个系统（图3）。本实验对地板，室内温度，室外温度，维护结构内表面温度，供回水温度，水流量，机组耗电量进行了测试，所有数据能实时观察和自动记录。 图1 测试对象房间埋管及测点布置平面图Fig.1 Plane figure of heating pipe and test point 3.1 空气源热泵地板采暖系统的热泵主机特性　　空气源热泵冬季制热供水温度低，不足以满足传统的热风系统热交换的需要，一些产品则只好添置电加热器助力。显然这不符合节能高效原则。图2目前国内常见的温水循环式地板辐射采暖系统热源以壁挂式热水锅炉为主，在北方采用城市热网集中供暖的地方可通过板式水-水换热器换热降温后提供采暖温水，但这些都是属于高品位热源的利用，而空气源热泵在冬季制热工况下的供水温度正好吻合地板辐射采暖的条件。把握空气源热泵的温水循环及传热特性对于空气源热泵地板采暖系统的应用非常重要。图4 热泵系统供回水温度特性Fig.4 Performance of water system of air source heat pump 图5 燃气炉热源系统供回水温度特性Fig.5 Performance of water system of gas furnace 　　笔者对燃气炉热源方式的供水情况也进行了对比考察，结果是：燃气炉供水温度迅速达到设定值，回水温度逐渐上升，供回水温差有一个先增加再减小的过程（图中供回水温差较大是由于采用了不同于传统埋管方式的板状散热结构的地板采暖系统，该系统的实验内容另撰文介绍）。　　风冷热泵供水温度渐近上升的特征在一定程度上影响了地板的快速预热能力及供暖能力。　　空气源热泵需要采取除霜控制来保证系统在湿冷的气候条件下正常运行，一般说来，当室外的相对湿度大于50％时，气温在-1～7℃左右最容易结霜[1]。　　笔者通过测试发现，空气源热泵机组随室外温度的变化，出现了三种工况并影响供