地板輻射供冷暖管理論文

1、地板輻射供冷暖管理論文 摘要：本項(xiàng)目為北京建筑工程學(xué)院供熱、供燃?xì)狻⑼L(fēng)空調(diào)工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開放研究課題：輻射供冷暖置換通風(fēng)新型空調(diào)系統(tǒng)在北京地區(qū)的可行性研究。本文主要介紹了該實(shí)驗(yàn)臺(tái)的系統(tǒng)布置形式，介紹了如何解決地板輻射供冷用于夏季空調(diào)時(shí)人們所擔(dān)心的結(jié)露問題，指出了置換通風(fēng)系統(tǒng)的引入，不僅可通過送入干燥的冷空氣在冷地板的表面形成一層空氣湖，降低冷地板表面的露點(diǎn)溫度，提高其供冷能力，同時(shí)本身也可以承擔(dān)一定量的冷負(fù)荷。分析了該系統(tǒng)用于北京地區(qū)供冷暖的可行性，并對(duì)該系統(tǒng)的冬季運(yùn)行情況做了初步的測(cè)試分析，實(shí)踐證明該系統(tǒng)用于冬季供暖使用效果良好，節(jié)省能耗，室內(nèi)舒適性較好。 關(guān)鍵詞：輻射供冷暖置換通風(fēng)作用溫

2、度可行性 1引言 低溫輻射供暖,是一種利用建筑物內(nèi)部的地面、墻面、頂面或其他表面進(jìn)行供暖的系統(tǒng)，以地板輻射供暖最為常用。由于其輻射表面積基本上與室內(nèi)使用面積相同,因此可以均勻地向各處供熱,使室內(nèi)溫度均勻。在我國(guó)北方地區(qū),低溫?zé)崴匕遢椛涔┡绞揭云湫l(wèi)生條件高、舒適性好、溫度場(chǎng)均勻、便于利用自然能源和節(jié)能性冷熱源等優(yōu)點(diǎn)而得到廣泛應(yīng)用。同一套系統(tǒng)如能同時(shí)用于夏季供冷，將減少設(shè)備初投資，提高其使用效率，而地板供冷暖置換通風(fēng)復(fù)合空調(diào)系統(tǒng)在節(jié)能性、舒適性，排出室內(nèi)有害氣體從而改善室內(nèi)空氣品質(zhì)方面具有其他采暖空調(diào)系統(tǒng)不能比擬的優(yōu)勢(shì)。地板供冷與置換通風(fēng)相結(jié)合可以根本解決結(jié)露問題，但在不同地域、不同氣象條件下

3、使用時(shí)，設(shè)備系統(tǒng)可能有較大差別，必須在當(dāng)?shù)剡M(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究。為此，我們?cè)诒本┙üW(xué)院校內(nèi)建造了輻射供冷暖置換通風(fēng)新型空調(diào)系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)臺(tái)，擬對(duì)該系統(tǒng)特性進(jìn)行進(jìn)一步研究，并進(jìn)行實(shí)測(cè)分析，使地板同時(shí)供冷的技術(shù)和設(shè)備進(jìn)一步成熟，進(jìn)行推廣使用。 2實(shí)驗(yàn)方案 2.1實(shí)驗(yàn)條件 實(shí)驗(yàn)房間位于北京市西直門外北京建筑工程學(xué)院校內(nèi)一幢二層小樓的地面一層,室內(nèi)使用面積32，建筑面積約35。實(shí)驗(yàn)房間東西兩面外墻，為37磚墻；南北兩面隔墻為24磚墻，隔壁為不采暖房間。窗戶為單層玻璃鋼窗。經(jīng)過負(fù)荷計(jì)算，得到實(shí)驗(yàn)房間的總冷負(fù)荷為114w/,濕負(fù)荷為0.956kg/h,潛熱負(fù)荷為610w。冷地板所擔(dān)負(fù)的負(fù)荷全部為顯冷負(fù)荷，計(jì)劃為42w

4、/,風(fēng)機(jī)盤管所需擔(dān)負(fù)的冷負(fù)荷為2.3kw,其中潛熱負(fù)荷為610w。 2.2地板管布置形式 管底首先鋪設(shè)高效保溫材料（采用40厚聚苯乙烯加鋁箔，密度20/m3），起到單向保溫和隔熱的作用。管材采用交聯(lián)聚乙烯管（pex）管，管徑dn16，管間距100，采用雙回路布置以盡量均勻地面溫度，各回路管長(zhǎng)基本一致，長(zhǎng)度為90m左右，以便阻力平衡，水量均勻。分4個(gè)回路鋪設(shè)（見圖1），a回路：處于房間一側(cè)，間距200mm；b回路：套在a回路中間形成間距100。c回路：同a回路，位于房間另一側(cè)；d回路：同b回路，套在c中間形成間距100；a、c回路之間，外側(cè)回路與房間墻壁之間也保持100mm間距，每個(gè)回路可通過供

5、回水集水器上的閥門進(jìn)行開關(guān)。地板管填充層為30碎石混凝土，每隔5m見方設(shè)伸縮縫，找平層約20，面層裝修材料選用導(dǎo)熱性能較強(qiáng)的地磚，構(gòu)造層厚度約7080。 圖1地板管布置示意圖 2.3冬夏季空調(diào)處理方案 采用空氣源熱泵作為本系統(tǒng)的冷熱源，因其便于利用自然能源，制熱效率大于1，具有節(jié)能優(yōu)勢(shì)，合理使用，可減少能耗和運(yùn)行費(fèi)。本系統(tǒng)的流程圖見圖2，夏季制冷、除濕運(yùn)行時(shí)，截止閥a關(guān)閉，截止閥b打開，來自機(jī)組的冷水首先經(jīng)過風(fēng)機(jī)盤管，溫度升高后再與冷地板的回水相混合，作為冷地板的供水。由于濕負(fù)荷全部要由風(fēng)機(jī)盤管承擔(dān)，所以風(fēng)機(jī)盤管的進(jìn)水溫度要求較低，大約在7左右，如考慮溫升為5，則風(fēng)機(jī)盤管的出水溫度在12左右，

6、這個(gè)溫度若直接供地板管，溫度仍然太低，大大低于北京地區(qū)的夏季露點(diǎn)溫度，將會(huì)造成冷地板表面結(jié)露。有關(guān)文獻(xiàn)推薦地板供冷的水溫為1820，所以風(fēng)機(jī)盤管的出水要與冷地板的回水混合后再供給冷地板，通過設(shè)定地板管供水溫度來控制三通閥混水量。冬季直接送水至地板管，此時(shí)截止閥b關(guān)閉，截止閥a打開。冬季運(yùn)行不需要混水時(shí)，二級(jí)水泵關(guān)閉。 由于經(jīng)費(fèi)限制，該項(xiàng)目未能按當(dāng)前需要購(gòu)置新設(shè)備，采用原有設(shè)備，裕量較大。實(shí)驗(yàn)用熱泵機(jī)組采用蘇州臺(tái)佳空調(diào)器廠生產(chǎn)的風(fēng)冷熱泵機(jī)組，額定制熱量19.5kw，額定制冷量16.3kw,自帶水泵的額定流量6.3m3/h，揚(yáng)程20m，功率0.6kw；熱泵機(jī)組總輸入功率7.5kw。風(fēng)機(jī)盤管機(jī)組采用

7、的是清華同方人工環(huán)境有限公司生產(chǎn)的臥式安裝風(fēng)機(jī)盤管機(jī)組，型號(hào)：fp6.3,風(fēng)量671m3/h，制冷量3500w，制熱量5763w，輸入功率32w。 3地板輻射供冷暖置換通風(fēng)新型空調(diào)系統(tǒng)的可行性及優(yōu)越性 眾所周知，低溫地板輻射采暖方式因其舒適、節(jié)能、衛(wèi)生條件好等優(yōu)點(diǎn)，在全國(guó)范圍內(nèi)得到了迅速推廣，對(duì)此不再贅述；而同一套系統(tǒng)如能同時(shí)用于夏季供冷，將減少設(shè)備初投資，提高其使用效率，因此也受到了越來越多地關(guān)注。然而，由于人們擔(dān)心地板結(jié)露問題，熱舒適性問題以及冷地板的供冷能力問題，使得地板供冷的應(yīng)用受到了一定的限制，沒有象地板輻射采暖那樣得到迅速普及。 的確，當(dāng)冷地板的供水溫度較低或室內(nèi)濕度較大時(shí)，冷地板

8、的表面可能結(jié)露，限制了冷地板的供冷能力，不能滿足舒適性要求。然而，如能與置換通風(fēng)系統(tǒng)相結(jié)合則可解決上述問題。由置換通風(fēng)系統(tǒng)送入經(jīng)過冷卻除濕的空氣，由于其密度較大而沉淀在冷地板的表面，形成一層空氣湖，從而阻止熱濕空氣與冷地板直接接觸，降低了冷地板表面的露點(diǎn)溫度，能夠保證足夠低的供水溫度，提高了冷地板的供冷能力。同時(shí)，置換通風(fēng)系統(tǒng)本身也可以承擔(dān)一部分冷負(fù)荷，與地板輻射供冷系統(tǒng)相結(jié)合，則可達(dá)到較高的舒適性要求。再者，對(duì)于人們所關(guān)心的熱舒適性問題，有研究表明，把地板溫度控制在1820的范圍內(nèi)，在夏季不會(huì)產(chǎn)生腳冷的感覺，與置換通風(fēng)系統(tǒng)相結(jié)合，則可以承擔(dān)室內(nèi)的全部冷負(fù)荷。 4冬季運(yùn)行情況 4.1熱泵機(jī)組運(yùn)

9、行參數(shù) 由于搭建實(shí)驗(yàn)臺(tái)等原因，測(cè)試時(shí)間主要集中在2004年2月下旬和3月上旬。雖然天氣已經(jīng)轉(zhuǎn)暖，但仍能感到春寒料峭，室內(nèi)、外溫濕度通過清華同方生產(chǎn)的溫濕度自記儀采集，每隔半小時(shí)自動(dòng)記錄一次。系統(tǒng)中安裝了冷熱量表、流量計(jì)，熱泵機(jī)組單獨(dú)加裝了電表，用來進(jìn)行實(shí)測(cè)、統(tǒng)計(jì)和運(yùn)行控制。熱泵機(jī)組的耗電量和制熱量分別由電表和熱表計(jì)量，要說明的是，由于機(jī)組裕量過大，采用一個(gè)有效容積為300升的蓄熱水箱進(jìn)行調(diào)節(jié)，為避免壓縮機(jī)頻繁開機(jī)，設(shè)定出水溫度上限為45，溫差調(diào)節(jié)幅度調(diào)至15，實(shí)際運(yùn)行中開機(jī)與停機(jī)的時(shí)間比約0.2:1。為此，在實(shí)際計(jì)算機(jī)組的cop時(shí)，要扣除水泵的耗電量。測(cè)試期間，室外氣溫大部分時(shí)間在610之間，

10、室外最低溫度-2，一般最低溫度在47之間。經(jīng)過多次測(cè)量，在連續(xù)運(yùn)行50小時(shí)，達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)后，測(cè)得機(jī)組平均耗電量約1.04kw/h，扣除水泵耗電量0.6kw/h后，耗電量為0.44kw/h；平均制熱量約1.53kw/h，經(jīng)計(jì)算cop值約3.5。 4.2室內(nèi)溫度實(shí)驗(yàn)結(jié)果 為了研究地板輻射供冷暖置換通風(fēng)的使用效果，對(duì)該實(shí)驗(yàn)室圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)表面溫度和室溫進(jìn)行了實(shí)測(cè)。圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)表面溫度用熱成像儀測(cè)得，取多點(diǎn)測(cè)量的平均值；室內(nèi)溫度用清華同方生產(chǎn)的溫濕度自記儀測(cè)得，多次測(cè)試的平均值見表1。 地板溫度、圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)表面溫度和室內(nèi)空氣溫度表2測(cè)點(diǎn) 溫度 地面 溫度（） 頂板 溫度（） 東墻 溫度（） 西墻 溫度（）

11、南墻 溫度（） 北墻 溫度（） 外窗 溫度 （） 室內(nèi) 溫度 （） 初始溫度 穩(wěn)定值 15.3 27.2 16.2 22.5 15.0 21.6 15.1 21.7 16.9 22.3 16.4 22.5 10.1 18.6 15.8 24.1 可以看出，在測(cè)試的地板輻射系統(tǒng)中，隨著地面溫度的升高，室內(nèi)表面的溫度也較高，其面積權(quán)重平均溫度接近室內(nèi)溫度。另外，由于人體的舒適感是輻射和對(duì)流兩種傳熱的綜合效果，可用作用溫度來表示。根據(jù)文獻(xiàn)介紹，在室內(nèi)風(fēng)速很小時(shí)，作用溫度可認(rèn)為等于圍護(hù)結(jié)構(gòu)表面平均溫度和室內(nèi)空氣溫度的平均值，也就是說，在地板輻射供暖系統(tǒng)中，輻射和對(duì)流這兩種傳熱方式對(duì)人體的舒適感具有同等

12、效果。 5初步結(jié)論 （1）輻射供冷暖置換通風(fēng)新型空調(diào)系統(tǒng)用于北京地區(qū)的冬季供暖，完全能夠達(dá)到室溫要求。 （2）由于熱泵本身的節(jié)能性，比之使用電鍋爐等設(shè)備節(jié)省能耗和運(yùn)行費(fèi)方面的優(yōu)勢(shì)明顯。 （3）地板供冷與置換通風(fēng)系統(tǒng)相結(jié)合，由置換通風(fēng)系統(tǒng)承擔(dān)室內(nèi)全部潛冷負(fù)荷和一部分顯冷負(fù)荷，冷地板承擔(dān)顯冷負(fù)荷，完全可以滿足夏季供冷的要求。 （4）本項(xiàng)目由于機(jī)組裕量太大，所配水泵的額定流量和揚(yáng)程過大，造成了水泵能耗過大，浪費(fèi)了一定的能量。實(shí)際使用中，選用機(jī)組不必留較大裕量。 參考文獻(xiàn): 1b.w.olesen.possibilitiesandlimitationsofradiantfloorcooling.ashraetransaction103（1）:4248（1997,part.1） 2王子介,空氣源熱泵用于住宅地板輻射供暖的實(shí)測(cè)研究.暖通空調(diào)，2003（1）：5