靳俊杰，崔秋娜，李帥鵬，張志輝，張沛璐

（河南城建學院能源與建筑環(huán)境工程學院，河南 平頂山 467036）

0 引言

隨著國家大力發(fā)展低碳經濟、提倡節(jié)能環(huán)保，建筑能耗成為了人們關注的焦點之一。據統(tǒng)計，2018年我國建筑能耗約為10億噸標煤，約占社會總能耗的22%［1］，而其中空調能耗又占有較高的比重，因此推廣空調節(jié)能無疑至關重要。

土壤源熱泵是近些年來人們比較青睞的一種供暖制冷技術，具有高效節(jié)能、綠色環(huán)保等優(yōu)勢，而毛細管網換熱器，具有舒適度好、無吹風感、高效節(jié)能和使用壽命長等眾多優(yōu)點，二者結合起來，必能發(fā)揮出更大的節(jié)能環(huán)保效果。

1 系統(tǒng)設計

該空調制冷供暖系統(tǒng)由兩大部分組成，即地埋管換熱器與毛細管網呼吸式重力空調墻結合的制冷系統(tǒng)及地埋管換熱器與機組、毛細管相結合的供暖系統(tǒng)。

該系統(tǒng)采用雙U形地埋管并聯(lián)，其中一路U形地埋管換熱器為夏季制冷提供冷源，另一路U形地埋管換熱器在冬季供暖時為機組的蒸發(fā)器提供熱源。

夏季制冷時，U形地埋管換熱器通過循環(huán)水泵直接給毛細管提供冷水，因為末端毛細管處在毛細管網呼吸式重力空調墻中，即便毛細管表面溫度達到冷凝溫度，也會遇冷凝結成水珠隨重力的作用滴落在底部水槽中而排出室外，避免傳統(tǒng)毛細管網制冷造成墻體潮濕而受損的現(xiàn)象。

冬季供暖時，U形地埋管換熱器通過循環(huán)水泵直接給機組的蒸發(fā)器提供熱源，大大提高蒸發(fā)器的換熱效果，從而提高機組的COP值。而機組冷凝器端產生的熱水，輸送到房間的地板毛細管中，達到供暖的目的。

2 系統(tǒng)結構

2.1 夏季制冷系統(tǒng)結構

該系統(tǒng)主要由U形地下?lián)Q熱盤管、毛細管網換熱器、分水器、集水器、循環(huán)水泵、貫流風機與毛細管網呼吸式重力空調墻等組成，如圖1所示。

圖1 制冷系統(tǒng)結構示意圖

毛細管網呼吸式重力空調墻布置在兩側墻位置，占據面積較大，這樣可使毛細管利用小溫差、大流量原理來進行夏季制冷，如圖2所示。在重力空調墻上端開有兩個進風口，下側設置有貫流風機和出風口，底部設置有接收冷凝水的水槽，如圖3所示。

圖2 毛細管網呼吸式重力空調墻結構示意圖

圖3 毛細管網呼吸式重力空調墻側面結構示意圖

毛細管網換熱器中布置有毛細管，室外新風進入可進行對流換熱，降低新風溫度。

2.2 冬季供暖系統(tǒng)結構

該供暖系統(tǒng)主要由U形地下?lián)Q熱盤管、熱泵機組、毛細管、循環(huán)水泵等組成，如圖4所示。

圖4 供暖系統(tǒng)示意圖

U形地下?lián)Q熱盤管與熱泵機組的蒸發(fā)器相連接，為蒸發(fā)器提供低位熱源，熱泵機組的冷凝器端與鋪設在地板中的毛細管相連接，為毛細管提供熱水來供暖。

3 系統(tǒng)的工作原理

3.1 夏季制冷系統(tǒng)工作原理

夏季制冷時，U形地埋管中的水與周圍土壤進行換熱，在循環(huán)水泵的驅動下，換熱后的冷水首先進入到毛細管網換熱器中，與室外新風換熱后，通過分水器進入到毛細管網呼吸式重力空調墻中，與室內回風進行換熱，達到制冷的目的?；厮M入到集水器，然后重新進入U形地下?lián)Q熱盤管中，形成一個循環(huán)。

為了保障室內空氣品質，制冷時引入室外新風，室外新風先在毛細管網換熱器中進行初步換熱，溫度得到一定的降低，然后在風機的驅動下，通過三通閥分別進入到墻體兩側的毛細管網呼吸式重力空調墻中，同室內回風混合，與毛細管網呼吸式重力空調墻中的毛細管網進行對流換熱，最后送入房間中。

當空氣在毛細管網呼吸式重力空調墻中進行對流換熱時，如果出現(xiàn)了凝露現(xiàn)象，產生的冷凝水隨重力作用會滴落在底部水槽中，然后排出室外，克服了傳統(tǒng)毛細管網空調制冷時，地板或墻體表面容易出現(xiàn)的凝露問題。

3.2 冬季供暖系統(tǒng)工作原理

冬季供暖時，另一路U形地埋管中的水與周圍土壤進行換熱，在循環(huán)水泵驅動下，進入到熱泵機組的蒸發(fā)器端，為機組提供熱源，進行換熱后，水溫降低并重新進入到U形地埋管中，重新與周圍土壤進行換熱，形成一個循環(huán)。

熱泵機組產生的熱水進入到毛細管中，通過房間的輻射換熱，使得房間溫度保持在一個較舒適的范圍，降溫后的水重新回到熱泵機組進行加熱，形成另一個循環(huán)。

4 系統(tǒng)的經濟節(jié)能可行性分析

夏季制冷時，根據相關文獻［2］，重慶夏季制冷若以23℃水供毛細管網，室溫基本可以穩(wěn)定在27℃以內，基本滿足人體舒適度要求，且該文獻研究表明，在基本滿足室內溫度要求下，允許供水溫度上限為24℃。吳盛威［3］實驗測量了位于天津市濱海新區(qū)的工程項目，數(shù)據顯示制冷工況下地埋管出水溫度在17.6～20.3℃范圍內。由此可見，一些地區(qū)地埋管出水溫度遠低于制冷供水溫度要求。末端采用的是毛細管網呼吸式重力空調墻，可鋪設較大面積的毛細管網，且此種毛細管重力循環(huán)制冷裝置被證明制冷效果明顯［4－5］，又能克服凝露問題，利用毛細管網小溫差、大流量原理來進行夏季制冷，運行時只需耗費循環(huán)水泵、風機的少量電能，就能正常制冷，從而實現(xiàn)節(jié)能的目的。

冬季供暖時，土壤源熱泵的電力消耗，要比空氣源熱泵減少40%以上，比電供暖減少70%以上［6］，節(jié)能效果明顯。末端依然采取毛細管散熱器，要比傳統(tǒng)普通的末端散熱器效率高，且所需供暖水溫要求低，可實現(xiàn)進一步節(jié)能。該制冷供暖系統(tǒng)與傳統(tǒng)的土壤源熱泵系統(tǒng)相比，僅僅把末端的傳統(tǒng)換熱器改為毛細管，且主要多了一套夏季制冷時使用的毛細管網呼吸式重力空調墻，造價成本略有提升，但運行成本低。地埋管換熱器夏季向土壤釋放熱量，冬季向土壤吸收熱量，二者相當，有利于地下土壤的熱平衡，從而為該套制冷供暖裝置的長期穩(wěn)定運行提供有力的保障。

5 小結

該系統(tǒng)夏季制冷可充分利用地下土壤冷源，引入室外新風，末端采用毛細管網呼吸式重力空調墻裝置，不僅改善室內空氣品質，又能避免傳統(tǒng)上毛細管空調凝露問題，最大優(yōu)勢是不需要制冷機組，可直接向末端供冷水制冷，最大化節(jié)能；冬季供熱，熱泵機組一方面利用土壤中的熱源，一方面末端采用毛細管，只需提供低品位的熱水，二者結合，使熱泵機組的COP較高。

系統(tǒng)在制冷時，引入的新風進行兩級換熱，先與毛細管網換熱器換熱，又被送入到毛細管網呼吸式重力空調墻中與室內的循環(huán)回風混合，并一起與呼吸墻進行換熱，這樣有助于新風的充分熱交換。呼吸式重力空調墻中采用雙級風口，并引入貫流風機，可增強室內循環(huán)回風、室外新風與毛細管網的換熱效果。