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      空氣源熱泵結(jié)合熱水地板輻射采暖系統(tǒng)研究

      2019-09-10 18:53:13王江波
      關(guān)鍵詞:空氣源熱泵采暖系統(tǒng)

      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.

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