李耀熙，何昌啟

(1.珠海城市職業(yè)技術學院，珠海 519090 ；2.珠海博佳冷源設備有限公司，珠海 519085)

1 前言

隨著人們經濟收入的增加和生活質量提高，越來越追求更舒適、更節(jié)能的生活環(huán)境，因此冬季采暖不再是傳統(tǒng)的北方地區(qū)才需要，目前長江中下游夏熱冬冷的地區(qū)也普遍出現了冬季采暖的現象。地板采暖由于其節(jié)能舒適、健康衛(wèi)生、不占使用面積、運行費用低、使用壽命長、無需任何維護等特點已經廣泛應用于冬季采暖；目前地板采暖的熱源有傳統(tǒng)的市政集中提供的熱網、小型鍋爐、壁掛爐和空氣源熱泵水機組?？諝庠磻羰嚼錈崴畽C組是以空氣作為冷源或者熱源來進行供熱(供冷)的裝置，其本質是以環(huán)境空氣作為低品位熱源,為人們提供舒適的環(huán)境，并且其安裝靈活、使用方便、初投資相對較低,且比較適用于分戶安裝，近年來也得到蓬勃發(fā)展?？諝庠礋岜脵C組作為一種具有使用再生能源空氣能的供暖熱源，而地板采暖作為一種節(jié)能舒適的采暖末端，因此，以空氣源熱泵戶式水機進行地板采暖的方式不但響應了政府提倡節(jié)約能源、開發(fā)再生能源的政策，而且也迎合了人們保護環(huán)境的環(huán)保意識。正因如此，不少學者及工程專業(yè)人員對空氣源熱泵機組及地板采暖進行了大量的研究。路林柱、王長慶[1]等以大型的風冷熱泵配風機盤管進行供暖為研究對象，進行了對風冷熱泵在南京地區(qū)的運行性能分析，得出在此地區(qū)運行的可行性；邱林、鄭樹偉等人[2]采用電加熱作為地板采暖的熱源，對地板采暖舒適性運行控制進行了實測研究，得出了間歇控制的節(jié)能及對室內環(huán)境溫度影響微少的結論；王恩丞、譚洪衛(wèi)[3]以上海地區(qū)的一棟獨立別墅住宅為對象，系統(tǒng)地測得了空氣源熱泵地板采暖的特性參數和運行能耗數據,指出地板采暖的舒適性及熱泵的運行受到建筑保溫，地暖管間距及環(huán)境影響，并對比熱泵的幾種特性的運行時間，指出地暖的蓄熱性能而采用提前運轉熱泵的節(jié)能性的間歇控制；付祥釗、林真國等人[4]對夏熱冬冷地區(qū)的空氣源熱泵與地板采暖聯合運行進行了實驗研究，并對比采用地板和風機盤管的采暖指出地暖的蓄熱性，及指出水泵占總能耗的17%，啟停占9%的能耗，提出了風冷熱泵應用與地暖的節(jié)能性匹配還待研究發(fā)掘。晁風芹、董華等人[5]對間歇運行模式下的太陽能熱泵—低溫地板輻射供暖系統(tǒng)進行了實驗研究,并建立了控制的預測模型，指出此預測模型有利于提高系統(tǒng)運行控制精度，增加室內舒適度。李雄志、王漢青[6]通過對長沙地區(qū)某寫字樓的空氣源熱泵地板采暖系統(tǒng)實測研究,分析了此種系統(tǒng)的間歇與連續(xù)運行時的溫度分布情況，指出了采用間歇運行方式可比連續(xù)運行節(jié)省63.8%的運行費用；李象龍[7]從控制的角度出發(fā)，探討分析了地板采暖分別采用供水溫度、變流量、啟停、間歇和預期控制幾種控制方式的作用機理及特點，指出了低溫地板供暖具有蓄熱性，能夠較好的彌補間歇供暖存在的不足；王武漢[8]通過分析地暖分區(qū)控制的必要性，對比控制與不控制溫度偏差占采暖季節(jié)的時間比及節(jié)能情況，指出采用分室溫度自動控制可以大大提高采暖的舒適度,減少能源的消耗；趙宇等人[9]通過建立傳熱數學模型，分析了房間的熱負荷情況，指出采用低溫地板采暖的固有特點，使得其采暖比傳統(tǒng)散熱翅片更節(jié)能；李振華[10]使用電加熱為熱源的地板采暖實驗平臺,在特定條件下測試地板采暖系統(tǒng)正常運行時所需熱源的最低水溫，并驗證了室內空氣溫度分布及地面溫度分布的情況符合熱舒適性要求,對戶式風冷(熱泵)中央空調運行特性進行理論分析，指出戶式中央空調作為地暖熱源是可行的。眾多學者及工程人士對空氣源及地板采暖進行了方方面面的研究，加速了地板采暖在我國的發(fā)展。然而，就目前所公開的大部分研究要么針對地板采暖特點、控制進行性能分析，要么對常規(guī)的空氣源熱泵運行特性進行研究，而對于空氣源熱泵機組在低溫環(huán)境下用于地板采暖的研究及實際運行情況的公開資料還是比較欠缺。

本文就空氣源戶式冷熱水機組聯合地板采暖在低溫環(huán)境下供暖進行了實驗研究，分析了在低溫環(huán)境下此種空氣源戶式機組配合新型的地暖末端運行的特性，更能發(fā)揮地板采暖的節(jié)能特點，為空氣源熱泵機組與地板采暖的匹配工程應用提供參考。

2 實驗研究

2.1 實驗概況

圖1 測試對象平面圖

圖2 高效預置溝槽地暖盤管

本實驗是在一標準焓差室進行，焓差室分為兩部分，如圖1所示，其中室1為放置空氣源戶式冷熱水機組，室2鋪設地暖盤管。室1及室2的溫度通過工況機及電加熱器進行控制，以滿足模擬實際的環(huán)境工況。通過空氣源戶式冷熱水機組與地暖盤管連接，以對室2進行地板輻射供暖。機組在標準工況下的制熱能力為3.6kW，并且具備一套完善的自動控制系統(tǒng)。而鋪設的地暖盤管方式采用了更節(jié)能、更高效的新型預置溝槽式，管徑為Φ10PPR管，雙回型布置，鋪設管間距為50mm，如圖2所示。

本實驗對輻射采暖管，室1內環(huán)境溫度，室2內環(huán)境溫度，室2內墻壁表面溫度，供回水溫度，水流量，機組耗電量進行了測試，所有數據能實時觀察和自動記錄。由于本實驗主要考察低溫情況下戶式機組與此種新型地暖鋪設及管材規(guī)格聯合運行特性，因此，室2內供暖的效果只采集有代表性的溫度點，其布置如圖3所示。

圖3 熱點偶布局圖

2.2 實驗測試及數據分析

2.2.1 保持室溫的高溫供暖運行特性

常規(guī)風冷熱泵機組啟停的控制一般是根據供水溫度控制，當供水溫度達到設定值時機組停機，當供水溫度下降到設定值時機組啟動運行。根據空氣源熱泵戶式水機的特性及國標相關要求，其進出水溫差一般為5℃。因此，為了了解空氣源冷熱水機組與高效地暖末端聯合供暖的特性，本實驗是把機組放置在標準焓差室1，通過控制焓差室的工況機組使得使得實驗用的機組的運行環(huán)境溫度保持為15℃；采用高效地暖末端進行供暖的室2也保持溫度為15℃，機組與高效地暖末端連接，按實際使用進行運行。而對室2內的地板、供回水的溫度進行自動數據采集，其溫度變化情況如圖4所示。

圖4 溫度隨運行時間的變化

圖5 運行環(huán)境溫度為-15℃時室內過程曲線圖

圖6 運行環(huán)境溫度為-10℃時室內過程曲線圖

從圖4中可以看出，機組從開始運行16min左右，供水溫度已經達到了機組設定的出水溫度35℃，隨后都是按開6分停3分鐘的規(guī)律進行運行。

可見，對于空氣源冷熱水機組用于地板供暖，由于地板采暖具有熱惰性特點，特別是機組能力比室內所需要負荷大時，而且所運行的制熱工況高于名義工況時，容易造成機組頻繁的啟動。這不但影響機組的壽命，還由于頻繁啟動增加了機組運行的耗能，因此，常規(guī)熱泵機組用于地板采暖時，需要考慮用于控制機組的啟停溫差條件范圍變大。

2.2.2 戶式機組低溫供暖運行特性

空氣源熱泵一個不可避免的缺點是受環(huán)境的影響比較大，當環(huán)境溫度比較低時，衰減比較大，如果用常規(guī)的風機盤管出水溫度根本達不到送風溫度，因此在低溫環(huán)境下聯合地暖末端進行供暖，特別是使用高效地暖盤管，使得滿足舒適性的前提下供水溫度更低，從而提高機組的能效，使得機組運行更節(jié)能。因此，機組分別在室1為-15℃、-10

℃的環(huán)境下運行對室2的高效地暖盤管供水采暖。而對于室2，為了驗證所采用的地暖盤管的高效性，首先降至5℃，然后關閉工況機由地暖末端進行供暖，觀察室內溫度的變化情況，具體運行曲線如圖5、圖6所示。

從圖5得出，當機組運行的環(huán)境溫度為-15

℃供暖時，室內溫度從5℃升高到20℃所需的時間為1小時5分30秒；而圖6得出，機組運行的環(huán)境溫度為-10℃供暖時，室內溫度從5℃升高到20℃所需的時間為1小時25秒；兩者相差5分鐘左右，可見在低溫環(huán)境下，由于地板采暖的蓄熱及惰性，間接減弱了由于環(huán)境溫度低造成機組輸出能力的衰減對供暖環(huán)境的影響及需求。同時采用低出水溫度及高效的地暖盤管，提升了機組的能效，也滿足國家采用空氣源熱泵進行采暖時的能效不少于2.0的要求。兩種低溫環(huán)境下，運行過程中的能效情況如圖7所示。從圖中得出，在環(huán)境溫度為-10℃時，機組運行的能效達到3.0。主要原因是一方面采用35℃的低出水溫度，降低了機器的冷凝溫度；另一方面，機組配合了采用高效的地暖末端，使得機組在低出水溫度的情況下也能滿足室內的供暖需求。

圖7 COP隨運行時間的變化

3 結論

通過對空氣源熱泵戶式冷熱水機組應用于高效地暖末端進行聯合運行，對機組在常溫及低溫環(huán)境下運行的特性進行分析及對供暖房間的研究，得出了使用空氣源熱泵作為地板采暖的熱源時的見解：

(1)空氣源熱泵戶式冷熱水機組用于地板采暖時，其開停機的溫差條件值應比常規(guī)空氣源熱泵機組的開停機的溫差條件值大，以充分利用地板采暖的蓄熱特點，有利于降低機組頻繁啟動，降低機組啟動的能耗，使得整個系統(tǒng)的運行更節(jié)能。

(2)在低溫環(huán)境下，空氣源熱泵戶式機組用于地板末端進行采暖時，由于其地板輻射采暖的特點，采用供水溫度為35℃也能滿足室內舒適性的要求。采用低出水溫度的空氣源熱泵有利于提高機組能效，從而使得采暖運行更節(jié)能。而且，由于配合了地板末端進行采暖，因其惰性及蓄熱特點，減少了機組運行環(huán)境溫度低而能力衰減造成對室內環(huán)境溫度的影響。實驗測試結果表明，在運行環(huán)境溫度分別為-15℃及-10℃時，達到室內相同的供暖溫度時，機組運行的時間間隔只有5分鐘之差。

(3)采用空氣源熱泵戶式水機配合高效地暖末端，使機組在更低的出水溫度下也能滿足室內供暖的要求，從而提高了機組運行的能效，系統(tǒng)更節(jié)能。

[1] 路林柱，王長慶.風冷熱泵機組在南京地區(qū)運行性能的測定與分析[J].能源技術，2003，24(3)：142-144

[2] 邱林,鄭樹偉,王文海.地板采暖系統(tǒng)運行調控的實驗研究[J].專家論壇，2004：18-20

[3] 王恩丞,譚洪衛(wèi).上海地區(qū)空氣源熱泵地板采暖系統(tǒng)應用研究[J].建筑熱能通風空調，2004，(6)：25-29

[4] 付祥釗,林真國,王勇.空氣源熱泵與地板供暖聯合運行實驗研究[J].暖通空調，2005，(2)：100-103

[5] 晁風芹,董華彭,冬根.低溫熱水地板輻射供暖系統(tǒng)的預測控制研究[J].建筑熱能通風空調,2006,(4):5-9

[6] 李雄志,王漢青,張杰.長沙地區(qū)空氣源熱泵地板采暖系統(tǒng)實測分析[J].制冷與空調,2007,(6):71-76

[7] 李象龍.低溫地板采暖運行控制方式對比分析[J].建筑科學,2009,(14):55

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[10] 李振華.地板采暖系統(tǒng)及戶式地暖中央空調的研究[J].科技縱橫:407-408