關(guān)于太陽(yáng)能熱泵低溫地板輻射供暖系統(tǒng)的探討

文/單天紅 中天偉業(yè)（北京）建筑設(shè)計(jì)事務(wù)所有限公司 北京 100000

關(guān)于太陽(yáng)能熱泵低溫地板輻射供暖系統(tǒng)的探討

文/單天紅 中天偉業(yè)（北京）建筑設(shè)計(jì)事務(wù)所有限公司 北京 100000

太陽(yáng)能熱泵低溫地板輻射供暖系統(tǒng)的熱源來(lái)源于太陽(yáng)能熱泵，末端就是地板輻射采暖系統(tǒng)，是一種新型的供暖系統(tǒng)，本文圍繞該系統(tǒng)，對(duì)它的工作原理、主要特點(diǎn)、設(shè)計(jì)方法等內(nèi)容開展了具體討論。

太陽(yáng)能熱泵；低溫；地板輻射供暖系統(tǒng)

當(dāng)前，能源供應(yīng)緊張已經(jīng)是全球經(jīng)濟(jì)發(fā)展面臨的共同問(wèn)題。為了緩解能源供應(yīng)緊張的趨勢(shì)，開發(fā)可再生新能源的需求也越來(lái)越迫切。太陽(yáng)能是一種新型的可再生能源，具有普遍性、清潔性、可再生性等顯著優(yōu)勢(shì)，經(jīng)濟(jì)利用價(jià)值高，所以開始在建筑節(jié)能系統(tǒng)中被廣泛應(yīng)用[1]。要對(duì)太陽(yáng)能進(jìn)行高品質(zhì)和高效率的利用，就需要借助熱泵技術(shù)。為了進(jìn)一步提高建筑供暖系統(tǒng)的合理設(shè)計(jì)，本文對(duì)太陽(yáng)能熱泵低溫地板輻射供暖系統(tǒng)從如下方面展開了具體分析。

一、太陽(yáng)能熱泵低溫地板輻射供暖系統(tǒng)概述

（一）結(jié)構(gòu)組成

集熱系統(tǒng)、熱泵機(jī)組、低溫輻射地板供暖板塊、蓄熱設(shè)備和控制系統(tǒng)是該系統(tǒng)的五大組成部分。其中，集熱系統(tǒng)包含了多個(gè)結(jié)構(gòu)，如太陽(yáng)能集熱器、集熱水泵、蓄熱器、輔助性熱源和相關(guān)的管路設(shè)備等。供熱環(huán)路則是由循環(huán)水泵、地?zé)岜P管、集水器、分水器以及相關(guān)的管路設(shè)備等共同組成[2]。熱泵裝置和太陽(yáng)能集熱系統(tǒng)的連接主要是有三種方式：并聯(lián)式、串聯(lián)式及雙熱源式。在這三種熱泵中，熱源分別為太陽(yáng)能、環(huán)境空氣、太陽(yáng)能和環(huán)境空氣兼而有之。

（二）工作原理

我們圍繞熱泵，對(duì)該系統(tǒng)的熱源供應(yīng)、熱能蓄積和熱量釋放這一基本運(yùn)行的流程進(jìn)行說(shuō)明。在晴朗的白天，太陽(yáng)的輻射產(chǎn)生的熱能經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)化之后，就可以由集熱器中的載熱介質(zhì)(一般為水、空氣及防凍液等)吸收，然后進(jìn)入到蓄熱的水箱中。水箱中設(shè)有換熱盤管，在該裝置的作用下，一部分熱能可以傳送給蓄熱介質(zhì)[3]。當(dāng)這些熱能進(jìn)入到蒸發(fā)器之后，就會(huì)和熱泵進(jìn)行熱能交換，通過(guò)熱泵循環(huán)就可以實(shí)現(xiàn)熱能的供應(yīng)。即熱介質(zhì)的溫度下降后，經(jīng)過(guò)管道泵，就可以返回到集熱器，完成循環(huán)過(guò)程。

在晚上或者陰雨天氣，蒸發(fā)器中流出的載熱介質(zhì)就不會(huì)經(jīng)過(guò)集熱器，而是會(huì)經(jīng)由旁邊的管道進(jìn)入蓄熱的水箱，吸取足夠的熱量之后，就會(huì)回到蒸發(fā)器，在熱泵的作用下供應(yīng)熱能。如果蓄積的熱量不足，就由輔助熱源加以補(bǔ)充。熱泵中的冷凝器和供熱環(huán)路是連接在一起的，當(dāng)循環(huán)介質(zhì)的溫度升高之后，就會(huì)進(jìn)入地板盤管進(jìn)行熱能交換和釋放，溫度下降后，再經(jīng)過(guò)循環(huán)泵促進(jìn)冷凝器對(duì)熱能的吸收，完成循環(huán)。

二、該系統(tǒng)的主要優(yōu)勢(shì)和不足

（一）該系統(tǒng)的主要優(yōu)勢(shì)

①有助于增強(qiáng)室內(nèi)環(huán)境的舒適度。這是因?yàn)楹迷撓到y(tǒng)的熱量供應(yīng)主要是通過(guò)地下的輻射換熱盤管完成的，充分利用了地面自身所蓄積的輻射，促進(jìn)了熱量的散發(fā)，能夠?qū)⑦@一空間內(nèi)的狀態(tài)保持在一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的狀態(tài)。這種供暖最大的特點(diǎn)就是足暖頭涼，適應(yīng)了人體的生理調(diào)節(jié)特點(diǎn)，所以能給人以舒適感。②有助于節(jié)省能源。太陽(yáng)能是該系統(tǒng)能源的主要來(lái)源，因此該系統(tǒng)對(duì)常規(guī)能源的消耗不多，也為其他新能源的開發(fā)和利用提供了新的思路。只需要將1個(gè)單位的高位熱能輸入熱泵，就能輸出3個(gè)單位的熱能，所以能節(jié)約高位能源。要想達(dá)到該系統(tǒng)供暖的最佳舒適度，可以將其供暖的溫度，根據(jù)室內(nèi)正常的溫度，降低2～3℃，而且也能夠節(jié)約。③有助于降低采集熱能的成本。該系統(tǒng)的集熱器可以選擇低溫平板類型，這樣不僅降低采集熱能消耗的成本，還可以顯著提升聚集熱能的效率。這是因?yàn)椋撓到y(tǒng)的加熱是從比較低的給水溫度開始的，所以可以實(shí)現(xiàn)熱能的高效聚集，即使集熱器比較簡(jiǎn)單，也可以在日照時(shí)間比較短的情況下，高效集熱。普通的單層玻璃集熱器，在涂上黑漆之后，它的集熱效率可以高達(dá)70%。

（二）該系統(tǒng)存在的不足

從我國(guó)太陽(yáng)能熱泵低溫地板輻射供暖系統(tǒng)在應(yīng)用上還存在如下問(wèn)題需要結(jié)解決：

①提高熱泵的性能，對(duì)其系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。在保障室內(nèi)舒適狀態(tài)的基礎(chǔ)上，可以對(duì)建筑供熱量和熱負(fù)荷之間的關(guān)系采用動(dòng)態(tài)模型進(jìn)行模擬，計(jì)算出所需要的集熱范圍、儲(chǔ)水箱的容量、建筑的面積以及熱泵容量，以及它們之間的關(guān)系，進(jìn)行最佳匹配。當(dāng)然，在設(shè)計(jì)時(shí)還要對(duì)建筑等因素進(jìn)行綜合考慮，同時(shí)滿足建筑美觀和太陽(yáng)能的一體化。②合理運(yùn)用自動(dòng)控制系統(tǒng)。盡量實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)能的集熱系統(tǒng)和熱泵供暖系統(tǒng)的自動(dòng)切換，按照預(yù)先設(shè)置參數(shù)實(shí)現(xiàn)智能化控制，提高集熱效率和熱泵的性能，降低建筑因?yàn)楣┡a(chǎn)生的能源消耗，實(shí)現(xiàn)最佳的節(jié)能效益。③結(jié)合地區(qū)實(shí)際情況進(jìn)行分析，充分考慮太陽(yáng)的照射角度、當(dāng)?shù)啬茉辞闆r和建筑功能等，合理配置太陽(yáng)能。

三、太陽(yáng)能熱泵低溫地板輻射供暖系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法

（一）確定系統(tǒng)設(shè)計(jì)的具體參數(shù)

低溫地板輻射供暖系統(tǒng)對(duì)地板表面的平均溫度提出了具體的要求：①若地面經(jīng)常有人停留，則溫度應(yīng)該保持在（26±1）℃左右；②若人在地面停留的時(shí)間比較短，溫度宜控制在（29±1）℃；③若地面沒(méi)有人停留，溫度可以保持在35～40℃左右；④洗浴池或者游泳池的最佳地面溫度在30～35℃之間。

（二）合理安排地板輻射供暖的布局結(jié)構(gòu)

低溫地板輻射采暖系統(tǒng)主要是由基礎(chǔ)層、保溫層、埋管層和覆蓋層等四個(gè)層次組成的。保溫層可以采用聚苯乙烯泡沫塑料板和發(fā)泡水泥，厚度以30-45mm為最佳，因?yàn)檫@一層次的主要作用就是控制熱量向下的傳遞量[4]。埋管層則可以采用豆石混凝土和水泥砂漿填充。覆蓋層宜采用熱阻小于0.05㎡?K/W的材料。加熱管的直徑應(yīng)該為De20，主要的材料可以采用交聯(lián)聚乙烯、聚丁烯等，這些材料的主要特點(diǎn)就是耐高溫高壓、抗老化和腐蝕的性能較好，具有較好的柔性，能夠?yàn)槭┕ぬ峁┓奖恪?/p>

結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，本文在闡述太陽(yáng)能低溫地板輻射采暖系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和工作原理的基礎(chǔ)上，對(duì)其提高舒適度、節(jié)省能源和降低集熱成本的優(yōu)勢(shì)進(jìn)行了討論，并從實(shí)際應(yīng)用情況出發(fā)，對(duì)其存在的不足和需要優(yōu)化的問(wèn)題和設(shè)計(jì)方法進(jìn)行了介紹，希望能為提高供暖效率提供借鑒。

[1]許可,王樹剛,蔣爽,等.空氣源熱泵用于低溫?zé)崴匕遢椛涔┡到y(tǒng)的模擬研究[J].制冷技術(shù),2014,01（29）:12-17.

[2]李雙雙,端木琳,舒海文,等.基于分層室溫控制的太陽(yáng)能熱水低溫地板輻射供暖系統(tǒng)模擬研究[J].建筑科學(xué),2011,08（19）:61-65.

[3]馬洪亭,張傳龍,宋肖的,等.太陽(yáng)能-水源熱泵多能互補(bǔ)供暖系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)研究[J].太陽(yáng)能學(xué)報(bào),2014,11（03）:2152-2158.

[4]曾玲,吳永明,梁春華.太陽(yáng)能空氣能地板供暖系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與仿真[J].建筑節(jié)能,2015,09 （17）:34-37+41.