連續(xù)式和間歇式控制的實(shí)驗(yàn)研究DSHP地板輻射供暖系統(tǒng)

1、浙江大學(xué) 建筑工程學(xué)院土木工程系 楊承琥連續(xù)式和間歇式控制的實(shí)驗(yàn)研究dshp地板輻射供暖系統(tǒng)摘要:本文研究了一個(gè)連續(xù)和間歇控制了地板輻射采暖系統(tǒng)采用直接加熱介質(zhì)的制冷劑流量的一種新的實(shí)驗(yàn)研究。兩種控制模式對熱舒適性和測量的室內(nèi)和室外空氣溫度，濕度和能源消耗的能源消耗方面進(jìn)行對比。結(jié)果表明，該系統(tǒng)都能夠在兩種操作模式創(chuàng)造一個(gè)舒適的環(huán)境。在連續(xù)工作模式，垂直溫度，樓板溫度的變化很小，而且不由室外環(huán)境變化。身體的踝關(guān)節(jié)（0.1m）和頭部（1.75米）之間的溫度垂直梯度約0.4。在間歇性的經(jīng)營模式，有2 空氣溫度變化（21-23 ）和4（23-27）的樓板的溫度變化。身體的踝關(guān)節(jié)（0.1m）和頭部（1

2、.75米）之間的溫度垂直梯度約0.5 c。當(dāng)使用間歇式加熱方式，加熱時(shí)間可以減少，跟連續(xù)模式下相比有30以上的能耗可以節(jié)省。熱舒適性和節(jié)能的間歇運(yùn)行模式時(shí)在供熱系統(tǒng)中使用的一種新型保溫材料墻和優(yōu)化樓宇自控系統(tǒng)的控制策略將在未來廣泛使用。關(guān)鍵詞：dshp，地板輻射采暖系統(tǒng)，操作模式，熱舒適性，節(jié)能引言隨著人口增長和生活水平提高，能源問題在當(dāng)今世界正變得越來越重要。出于這個(gè)原因，越來越多的住宅供暖系統(tǒng)采用間歇性的操作方法。間歇運(yùn)行模式可以大大減少加熱時(shí)間，使能源消耗和成本也可以減少（徐，周，2000）。這可能是一個(gè)非常昂貴的系統(tǒng)，消耗大量的能量，以創(chuàng)建一個(gè)理想的熱環(huán)境。但在現(xiàn)實(shí)中，我們需要制定切實(shí)

3、可行的制度，創(chuàng)建一個(gè)更舒適的熱環(huán)境相比于傳統(tǒng)的全空氣系統(tǒng)，降低能源消耗。這些解決方案之一是地板輻射采暖系統(tǒng)（rfh）。 rfh系統(tǒng)有許多吸引人的優(yōu)勢，如良好的熱舒適性，衛(wèi)生和成本效益，（王，2004年）。低溫空氣源熱泵水力與地板輻射采暖系統(tǒng)相結(jié)合，王等人進(jìn)行了研究（2004年）。測量和分析系統(tǒng)的可行性。胡等控制策略，對水力地板輻射采暖系統(tǒng)的熱舒適性和能源消費(fèi)調(diào)查。 （2005年），這證明了節(jié)能減排可以實(shí)現(xiàn)間歇性的操作模式。良好的室內(nèi)環(huán)境，間歇操作的低溫?zé)崴匕遢椛洳膳到y(tǒng)的室內(nèi)熱環(huán)境數(shù)學(xué)模型由劉和劉（2004）發(fā)明，通過分析數(shù)學(xué)模型，可以得到當(dāng)系統(tǒng)在冬天運(yùn)行約半天時(shí)的能耗?？諝庠礋岜煤蛂fh相

4、結(jié)合的相互方法的想法已經(jīng)被一些研究人員所提出。但上述所有研究加熱低溫?zé)崴M(jìn)入管道，由于循環(huán)加熱系統(tǒng)，需要大量的循環(huán)水系統(tǒng)，占能源消費(fèi)總量的約40（zhang等，2007）的供水。針對這些缺點(diǎn)，一種新的地板輻射供暖系統(tǒng)的制冷劑流量直接加熱介質(zhì)和新的圖片系統(tǒng)與數(shù)碼渦旋空氣源熱泵（dshp）使用的實(shí)驗(yàn)已在本文進(jìn)行了研究。實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)和程序原理圖直接加熱系統(tǒng)的傳感器和控制設(shè)備布置如圖1所示。一個(gè)數(shù)碼渦旋空氣源熱泵(dshp)作為熱量來源和rfh制冷劑流量系統(tǒng)采用直接加熱介質(zhì),利用一個(gè)變量dshp渦旋壓縮機(jī)制冷劑體積,可變電容可以從10%調(diào)整到100%,不斷調(diào)整脈沖寬度調(diào)制(pwm)的閥門。與傳統(tǒng)的低溫液體

5、循環(huán)rfh系統(tǒng)相比,在這個(gè)系統(tǒng)中,建筑加熱相變傳熱從壓縮機(jī)流入管道放下的混凝土板。整個(gè)加熱系統(tǒng)包括熱泵裝置，兩個(gè)通風(fēng)管道和兩個(gè)地板采暖系統(tǒng)，供熱系統(tǒng)的總面積約為82平方米。實(shí)驗(yàn)房子由三間房，其中之一是用于控制室，其他兩個(gè)房間安裝了嵌入式管道與地板輻射采暖管，間隔為150mm（第一室）和100mm（第二室）。在本文中，第二個(gè)房間進(jìn)行了詳細(xì)分析。第二室，共同的墻壁，4.8（深）x3.6（寬）x3.5（高）m，地板表面約17。圖2所示的輻射樓板的施工細(xì)節(jié)。鋼管混凝土板下的維嵌入式8x0.75毫米。為了減少流動阻力，管道被分隔成內(nèi)蛇紋石模式的許多團(tuán)體，各組的進(jìn)風(fēng)口和電源插座被設(shè)計(jì)成扭轉(zhuǎn)回報(bào)系統(tǒng)。實(shí)驗(yàn)監(jiān)

6、測在實(shí)驗(yàn)過程中有三個(gè)參數(shù)測定：室內(nèi)和室外空氣溫度，濕度和能源消耗。測量中使用的構(gòu)想是在表1所示。對于室內(nèi)環(huán)境測量，電阻溫度探測器（rtd）傳感器被放置在不同的點(diǎn)的房間里，溫度點(diǎn)的分布：12分在樓板面，4墻壁，天花板和地板的中心，7分室內(nèi)中心線，高度0.75米水平在實(shí)驗(yàn)（gb/t13754-92）設(shè)定點(diǎn)溫度的垂直。圖3顯示了在房間里的溫度點(diǎn)。pt：壓力/溫度傳感器 t：溫度傳感器1.電源2.數(shù)碼渦旋壓縮機(jī)3.電磁閥（pwm）4.風(fēng)扇5.四閥6.室外換熱器7.膨脹閥8.貯液器9.角閥10.岔管11.視鏡 12.13.室內(nèi)空氣管道14.球閥15.地板輻射系統(tǒng)圖1.示意圖地板輻射直接加熱系統(tǒng)dshp。

7、圖2.樓板的垂直和水平的橫截面的細(xì)節(jié)表1.測量設(shè)備和他們的決定。devicestypeno.purposeprecisionrtdpt10055to measure temperatureo.rcpressure transmitterpt4-30s8to measure pressure0.1%thermo-hygrometerstes-13651to measure ambient temperature and humidity0.5c/3%rhammeterdts-86661to measure electric power consumption0.5%data loggerxsl1

8、to record data for temperature and pressure0.2%圖3.實(shí)驗(yàn)溫度分布的室內(nèi)環(huán)境。實(shí)驗(yàn)方法實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了3個(gè)月（11月2008年1月2009年）在中國河南省鄭州市，采暖季節(jié)。這意味著在最壞的氣候和操作條件下對實(shí)驗(yàn)裝置的觀察和測試。在這里，我們調(diào)查了兩個(gè)經(jīng)營策略（一）連續(xù)性和（二）間歇性。在連續(xù)工作模式，室外單元每天24小時(shí)以40負(fù)載運(yùn)行，這是由熱負(fù)荷的實(shí)驗(yàn)室決定的。間歇性的連續(xù)操作模式是在40負(fù)荷運(yùn)行，使用間歇時(shí)間（1:00-5:00,9:00-13:00,17:00-21:00）（s.h.cho and m.zaheer-uddin.,1999），上午1

9、:00開始系統(tǒng)運(yùn)行4個(gè)小時(shí)，然后在上午5:00關(guān)閉系統(tǒng)，上午9:00重新啟動系統(tǒng)，不停地運(yùn)行了4個(gè)小時(shí)，然后在13:00關(guān)閉;再次開啟系統(tǒng)在 17:00然后在21:00關(guān)閉。實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論數(shù)據(jù)是在2008-2009年采暖季收集到的，那些日子里，室外氣象條件類似，所以連續(xù)式和間歇式的經(jīng)營模式的性能結(jié)果是可以比擬的。 1月11日，2009年（連續(xù)）和2009年1月13日，（間歇）被選為分析，周圍空氣的溫度范圍-45，濕度1045。用兩種不同的經(jīng)營模式，分別測得的數(shù)據(jù)分析，分別得到24小時(shí)的溫度曲線，如tj（室內(nèi)空氣平均溫度），twp（結(jié)構(gòu)圍護(hù)結(jié)構(gòu)的平均氣溫），tf（平均氣溫樓板的表面溫度），ti（

10、室內(nèi)中心線的垂直高度，在那里我是室內(nèi)中心線的高度對應(yīng)的溫度）和to（操作溫度）（iso7730），和電力消費(fèi)是兩種不同的經(jīng)營模式分析。熱舒適傳統(tǒng)的強(qiáng)迫對流供暖系統(tǒng)的參數(shù)室內(nèi)空氣溫度，空氣的干球溫度。但rfh系統(tǒng)采用熱輻射效應(yīng)與輻射地板下鋪設(shè)管道，只使用空氣干球溫度不能準(zhǔn)確地評價(jià)熱舒適性，所以w（平均輻射溫度）能從本文中獲得。當(dāng)室內(nèi)空氣的速度小于0.2米/ s，w和tin這是方程（1），w可近似twp（結(jié)構(gòu)圍護(hù)結(jié)構(gòu)的平均氣溫），可寫為式（2）（王，2004年）。其中aj是圍護(hù)結(jié)構(gòu)的面積權(quán)重系數(shù)，tj是相應(yīng)的圍護(hù)結(jié)構(gòu)表面溫度圖4和圖5顯示tm，twp，tf，w（室外溫度）的變化（p（室外濕度）的兩

11、種不同的加熱模式，隨著時(shí)間的推移。圖4顯示，在連續(xù)加熱模式下，溫度基本上保持在22 c，有0.5的變化。它表明，連續(xù)操作模式，能夠滿足熱舒適性與iso7730推薦的舒適指數(shù)。結(jié)果還表明，tin，twp，tf與連續(xù)工作模式的微小變化，不與室外環(huán)境的變化。連續(xù)操作模式導(dǎo)致1 c的房間內(nèi)的變化，空氣溫度（23-24 c）和2 c（26-28）在樓板的溫度變化。圖5顯示了連續(xù)式和間歇式的差異。在間歇性的經(jīng)營模式，tin，twp，tf，周期性變化。與連續(xù)模式相比，to有大的變化在間歇運(yùn)行模式下（20-22.5），但仍保持高于20c，這意味著間歇性的，能夠滿足居民的熱舒適性需要。 tf是上升時(shí)，在17:0

12、0開始的rfh系統(tǒng)，然后，tj，twp，分別相應(yīng)提高到最高值21:00。供暖系統(tǒng)停止運(yùn)行后，氣溫逐漸下降，然后重新啟動系統(tǒng)在1:00翌日上午，間歇供暖方式（1:00-5:00，9:00-13:00，17訪問:00- 21：00）。間歇性的操作模式在2 c的房間內(nèi)的變化導(dǎo)致空氣溫度（21-23c）和4 c（23-27）在樓板的溫度變化。空氣溫度分布完全由熱輻射交換引起的在無機(jī)械通風(fēng)與地板輻射采暖系統(tǒng)的房間。兩種不同的經(jīng)營模式與空氣溫度的垂直分布圖6和圖7所示。圖6顯示了空氣溫度在連續(xù)工作模式下的垂直分布。有一種強(qiáng)烈的輻射傳熱之間的地板表面和0.1米水平的高度，因?yàn)樗鼈冎g的溫度梯度較大，樓板和天

13、花板之間的差別在溫度低于6 c。在人（小于2m高度的水平）的活動區(qū)域，不同空氣溫度的垂直分布均勻，人體的腳踝（0.1m）和頭部（1.75米）之間的溫度梯度約為0.4 c，負(fù)梯度，創(chuàng)造了一個(gè)“冷靜的頭腦，暖腳”的輻射環(huán)境。圖7顯示了間歇性的空氣溫度的垂直分布。所有溫度周期性變化，并與小的垂直溫度差異。在活動區(qū)域的人（小于2m高度的水平），人體的腳踝（0.1m）和頭部（1.75米）之間的溫度梯度約為0.5 c，與空氣溫度的垂直分布均勻變化。所以間歇性也能滿足熱舒適性的要求。能源消耗dshp和rfh綜合系統(tǒng)的目的是產(chǎn)生一個(gè)舒適的溫度從地面延伸到一個(gè)正常的天花板高度的輻射加熱區(qū)。連續(xù)操作模式可以很好地

14、滿足熱舒適性。但是，考慮到連續(xù)運(yùn)行模式的經(jīng)營成本高和一般民眾的日常行程，間歇性的經(jīng)營模式在（1:00-5:00,9:00-13:00,17:00-21:00）使用。表2顯示的電能表計(jì)量的兩種模式的電力消耗。表2顯示，在熱舒適性的前提下，間歇性的經(jīng)營模式，可以節(jié)省更多的30的能量相比于連續(xù)的經(jīng)營模式，而且，結(jié)論適應(yīng)室外溫度-45，與墻厚度240mm。根據(jù)潛在的節(jié)省，更多的技術(shù)將被用于加強(qiáng)節(jié)約能源，包括優(yōu)化能源在建筑設(shè)計(jì)過程中，建設(shè)的信封中的新技術(shù)，配電系統(tǒng)，以減少能源消耗的技術(shù)，樓宇自控系統(tǒng)的優(yōu)化控制策略等。結(jié)論一個(gè)地板輻射采暖系統(tǒng)與數(shù)碼渦旋空氣源熱泵作為加熱介質(zhì)使用的制冷劑流量（dshp）的一

15、種新的實(shí)驗(yàn)研究。實(shí)驗(yàn)結(jié)果和討論是有益的輻射直接加熱系統(tǒng)dshp地板的設(shè)計(jì)和操作參考，得出的結(jié)論顯示如下：（1）在連續(xù)工作模式，tj，twp，tf是小的變化，而不是由室外環(huán)境變化持續(xù)1 c的室內(nèi)空氣溫度的變化（23-24 c）和2 c在樓板的溫度變化（26-28）。有4之間的室內(nèi)空氣的溫度和樓板的溫度彗星。身體的腳踝（0.1m）和頭部（1.75米）之間的溫度垂直梯度約為0.4，與負(fù)梯度，創(chuàng)造了一個(gè)“冷靜的頭腦，暖腳”的輻射環(huán)境。從熱舒適點(diǎn)，連續(xù)的，是一種理想的操作模式。（2）在間歇性的經(jīng)營模式，tj，twp，tf是周期性的變化。ti的改變，從21至23 c，并保持在22 c基本上tf改變在23日

16、和27 c時(shí)，人體的腳踝（0.1m）和頭部（1.75米）之間的溫度垂直梯度約為0.5c，與平均空氣溫度的垂直分布，這意味著，間歇性的經(jīng)營模式，能滿足居民的取暖需求的變化。（3）間歇性的操作模式不僅滿足熱舒適性的要求，而且它與連續(xù)工作模式相比有明顯的節(jié)能，在間歇性試驗(yàn)條件下所節(jié)省的能源達(dá)30以上。（4）熱舒適性和節(jié)能的間歇運(yùn)行模式，在供熱系統(tǒng)中使用的一種新型保溫材料墻和優(yōu)化樓宇自控系統(tǒng)的措施將被廣泛使用。參考文獻(xiàn)：xu, w., zhou, y. (2000) temperature control and heat metering technology for heatingsystem.

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