空氣源熱泵結(jié)合熱水地板輻射采暖系統(tǒng)研究

王江波

摘要：隨著社會經(jīng)濟的快速發(fā)展，人們的生活越來越好，使人們對生活品質(zhì)的要求也不斷地提高，所以，人們對能源的需求也在急劇增加，直接導(dǎo)致建筑能耗不斷增大。而建筑能耗中又有一部分為采暖能耗。對于采暖系統(tǒng)的優(yōu)化已經(jīng)成為建筑節(jié)能的重要方向，因此，我們可以通過提高能源利用率和防止能源浪費等方面對采暖系統(tǒng)進行優(yōu)化。熱管具有極強的導(dǎo)熱能力和良好的等溫性，使其作為低溫地板采暖系統(tǒng)的末端散熱裝置可以提高供暖效果，同時，降低熱源溫度以節(jié)約能源。

關(guān)鍵詞：空氣源熱泵;熱水地板輻射;采暖系統(tǒng)

一、空氣源熱泵地板輻射采暖系統(tǒng)描述

空氣源熱泵地板輻射采暖系統(tǒng)由空氣源熱泵機組，地板輻射采暖系統(tǒng)，以及備用熱源組成。該系統(tǒng)運行時，流出地板輻射采暖熱水盤管中的熱水，在機組的冷凝器中，與進入蒸發(fā)器內(nèi)的制冷劑蒸汽進行熱交換，之后重新進入地板輻射采暖系統(tǒng)的熱水盤管中進行供熱。

二、熱管與空氣源熱泵的匹配

熱管是一種具有極高導(dǎo)熱性能的傳熱元件，可以在無須外加任何作用力的條件下，將大量熱量通過很小的橫截面積遠距離傳送。文中選取的熱管為銅-水常溫熱管，充液量為熱管腔體總體積的1/8～1/5，作為地板輻射采暖系統(tǒng)的末端裝置。該熱管與空氣源熱泵地板輻射供暖具有良好的匹配性，原因為：（1）常用空氣源熱泵機組的額定出水溫度為55℃，最高出水溫度為60℃，滿足地板輻射采暖的溫度不高于60℃的要求，常溫銅—水熱管的溫度范圍為30～250℃，所以，熱管和空氣源熱泵地板輻射采暖在溫度方面具有良好的吻合性。（2）空氣源熱泵具有高效節(jié)能、無污染等優(yōu)點，而熱管也具有較高的導(dǎo)熱性和優(yōu)良的等溫性，現(xiàn)將兩者結(jié)合運用在地板采暖系統(tǒng)，可以得到一個更優(yōu)化的地板采暖系統(tǒng)。（3）空氣源熱泵機組出水溫度的增高制約空氣源熱泵機組的制熱能力，而熱管具有高傳熱性，可以快速降低水溫，兩者結(jié)合可以提高空氣源熱泵機組的制熱能力。（4）熱管是每一個都分散布置的，某一根熱管出現(xiàn)問題不會影響其他熱管的工作，相比于聚乙烯地盤管，熱管用于供暖的檢修也較為方便。

三、數(shù)值模擬結(jié)果及空氣源熱泵能效比分析

（一）工程概況

通過分析已給出的小區(qū)建筑圖紙，得知房間的地板構(gòu)造以及房間的大小位置均已確定。另外圖紙顯示，在地板構(gòu)造中的填充層中敷設(shè)的是直徑為20mm的塑料管，作為地板輻射采暖的加熱盤管。房間都為兩室一廳的布局模式，房間凈層高為2.9m，每層樓均為一梯三戶。

（二）地板數(shù)值模擬

1、供水溫度不同時的數(shù)據(jù)分析

運用Fluent軟件對三維地板模型進行模擬計算，分別取加熱盤管的供水溫度為35℃、40℃、45℃、50℃、55℃、60℃六種溫度進行模擬。在上述條件下，統(tǒng)一設(shè)置入口流速為0.3m/s。低溫地板輻射采暖系統(tǒng)的地板溫度分布有三個明顯的區(qū)域，一個是中心區(qū)域，盤管敷設(shè)和靠近圍護結(jié)構(gòu)的區(qū)域。其中中心區(qū)域溫度較低，主要原因是房間采用回折型方式敷設(shè)，管間距從外向內(nèi)敷設(shè)，受到房間尺寸影響，房間的中心區(qū)域很可能滿足不了200mm的管間距，因為中間區(qū)域的管間距較大。對于靠近圍護結(jié)構(gòu)的溫度分布來看，與內(nèi)墻相鄰的地板表面溫度較高，與外墻相鄰的地板表面溫度較低。

2、供回水溫差下不同時的數(shù)據(jù)分析

運用Fluent軟件對三維地板模型進行模擬計算，分別取供回水溫度差為5℃、7℃、9℃三種情況進行模擬。對供回水溫差進行深入分析時，得出供暖系統(tǒng)在運行過程中的成本控制及熱流密度分布情況，同時供回水溫差的大小將對房間內(nèi)的溫度分布產(chǎn)生較大影響。供回水溫差應(yīng)小于或等于10℃且不宜小于5℃，通過改變出口溫度從而來控制溫差。a）溫差5℃b）溫差7℃c）溫差9℃隨著供回水溫差的不斷增大，地板表面的平均溫度幾乎沒有變化，不過地板表面相對應(yīng)的溫度均勻性變差。雖然在增大供回水溫差時，輻射地板表面的平均溫度的變化不大，但是輻射地板表面的中間區(qū)域出現(xiàn)了一定局部溫降的相關(guān)情況，原因在于回折型盤管敷設(shè)方式，供回水在中間區(qū)域的平均溫度達到了最小值。

3、流速不同時的數(shù)據(jù)分析

為使水流具有一定的速度且可以把水中所帶有的空氣排出，根據(jù)《民用建筑供暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計規(guī)范》的規(guī)定可知，在無坡度敷設(shè)時，加熱盤管內(nèi)水流速度不得小于0.25m/s，從而避免空氣的聚集，影響供暖效果。因此本文在固定管間距為200mm的情況下，模擬實驗中分別設(shè)置管內(nèi)水流速為0.3m/s、0.4m/s、0.5m/s來進行分析比較。地板表面的整體溫度也有所提高，地板表面的溫度分布形狀基本沒有變化。根據(jù)數(shù)據(jù)可知，隨著加熱盤管內(nèi)的水流速增大，地板表面的熱流密度及平均溫度均有所升高。尤其是當入口流速變?yōu)?.5m/s時，整體地板溫度會出現(xiàn)明顯溫升，說明流速增大對地板表面溫度有影響。由于減小水流速度可減少系統(tǒng)中水泵能耗，因此在加熱盤管內(nèi)的水流速可以將管內(nèi)的空氣帶走防止聚集時，應(yīng)該盡可能的減小水流速，從而可以達到進一步節(jié)能的目的，也能使地板表面溫度分布更加均勻。

四、結(jié)語：

當室外溫度比較低時，為保證空氣源熱泵地板輻射采暖系統(tǒng)滿足室內(nèi)供暖需求，可以與相變蓄熱技術(shù)相結(jié)合，穩(wěn)定的對室內(nèi)提供熱量?？諝庠礋岜玫匕遢椛洳膳到y(tǒng)具有較強的供熱與節(jié)能效果，在北方采暖地區(qū)具有很強的推廣意義。但是該系統(tǒng)在推廣的過程中還有蒸發(fā)器的表面結(jié)霜問題、潤滑油積存等問題，有待進一步開展研究解決。

參考文獻：

[1]王園園，張超，梁年良，等.空氣源熱泵冷劑直熱式建筑采暖系統(tǒng)研究現(xiàn)狀[J].建筑節(jié)能，2017，43（7）：21-24.

[2]辛宏.空氣源熱泵地板采暖技術(shù)在民用住宅上的應(yīng)用[J].應(yīng)用能源技術(shù)，2017（8）：32-36.