地暖-红塔暖通
  • 空气源热泵地暖地板供暖

  • 来源:  发布时间:2014-10-28  浏览:534
  • 让数据说话——从辐射地板的蓄热性看室外温度波动对空气源热地暖地板供暖的影响(下)

    本文(上)提出空气源热地暖泵辐射地板供暖系统与热风供暖,甚至与散热片供暖系统相比,很大区别在于有辐射地板这一具有很大蓄热能力的环节,热泵又是通过这一环节,向室内供热的,所以,随室外温度变化的空气源热地暖泵的供热量的波动,经过这个环节,就会被它的存储调剂,而大大削弱了。因而,要深入研究这一课题,本文从具体数据出发,首先给出空气源热地暖泵供热量随外温变化的数量,其次,对热泵通过典型辐射地板的热传递过程进行数学描述,并通过数值计算与实测结果两方面论证,给出本课题的答案。

    一、2002年1月,中国家用电器研究所,对北京清华索兰环能技术研究所送检的RBS-6-2.5HP机组的热特性进行测试,结果列于表1

    空气源热泵地暖地板供暖

    由表可见,当供水温度不变时,该数据与本文(上)已给的数据相差不多,有权威性。

    二、空气源热地暖泵辐射地板供暖的典型结构:

    如图1所示,该图取对应1㎡地板面积的隔离体,以下对其物理性能进行说明:

    空气源热泵地暖地板供暖

    该地板取自2014年1月20~2月10日,清华大学、北京华业阳光新能源有限公司、北京清华索兰环能技术研究所,在北京昌平马池口某职工宿舍(52㎡,50%节能建筑)进行的主、被动太阳能空气源热地暖泵优化集成供暖系统示范工程。

    它是在原有地板砖上铺设的,经查阅手册,其地板砖与豆石混凝土的填充层物性大致相同,即导热系数λ=1.28W/m•℃,比热Cp=0.92KJ/kg•℃,干密度γ=2100kg/m3

    该地板隔离体的热容量是v•c•γ,v是对应1㎡地面的地板体积,即:1㎡×0.09m=0.09m3, Cp为比热=0.92kJ/kg•℃,γ是干密度=2100kg/m3,v•c•γ=48W/℃。

    供暖的加热地板为上海安贞公司提供的薄型预制辐射供暖地板,其水盘管直径为d5×3.5mm,间距为5cm,在示范工程中,应用索兰牌空气源热地暖泵热水机(FRS-5,2HP,R22)进行供热,供热水温度下限为25℃,上限为32℃,平均28.5℃,所以,近一步认为图1中隔离体下部的平均供热温度为26.5℃~27℃。由于水管下有保温层、原有地砖层、楼板及下部的供暖房间,所以,假设无向下传热,即向下为绝热过程。

    三、辐射地板供暖——从加热水盘管到向房间供暖的热传递过程及其数学描述

    众所周知,空气源热地暖泵通过地板中的水盘管加热地板中的填充层,及地面装饰层。由于房间被加热了的地表面,与空气及各围护结构内表面之间存在着温差,因而产生对流、辐射热交换,其换热量与该时刻房间供暖负荷相平衡,从而维持所设定的室温。其中,从水盘管到地板上表面是导热过程,地表面到房间是对流、辐射传热的综合过程,由房间到室外是经房间围护结构的准稳定传热过程,为了对这三个过程进行数学描述,针对图1所示的隔离体列方程,假定:

    ① 地板中水盘管层的平均水温为加热隔离体下边界的温度,27℃~26.5℃左右;

    ② tb为地板表面温度℃,隔离体的平均温度为(27℃+tb)/2;

    ③ tR为逐时室温℃;

    ④ tW为外温℃;  

    ⑤假设建筑采暖热负荷系数 ΣKF=101.85×3.6kJ/℃为常数,K是围护结构传热系数W/㎡•℃;F是对应的围护结构传热面积㎡;ΣKF中已将冷风渗透及方向附加等折合进去;

    ⑥ 地面向上的传热系数为9W/㎡•℃,(误差不大);

    ⑦ 隔离体向下为绝热。

    并设n、n+1.......代表时刻序列,于是,有如下三个热平衡方程:

    方程1:

    热泵供热量下降值,qn—qn+1=隔离体热容量的下降,即

    223.jpg                       (1)

    由(1)已知等式左边的值,及前时刻隔离体的平均温度225.jpg,可求出本时刻隔离体的平均温度226.jpg

    方程2:

    隔离体向地板表面导热量的下降=地板表面向房间传热的下降,即

    224.jpg              (2)

    方程(2)中,226.jpg已由(1)求出,227.jpg228.jpg为未知,式中Δx是地层水盘管以上总厚度,为已知=9cm;

    方程3:

    地板表面向房间的传热=房间通过围护结构向室外的传热,对应1㎡地面,即

    229.jpg           (3)

    式中:50㎡是地板面积;ΣKF是房间围护结构的热负荷系数;

    230.jpg是已知的室外空气温度的下降值;228.jpg227.jpg是未知值。
    根据方程,当已知热泵热性能、供水温度、初始时刻外温、室温,则由(2)(3)联立,可求解下一时刻的室温228.jpg、地板表面温度 227.jpg

    四、空气源热地暖泵辐射地板供暖系统计算:

    下面以马池口示范工程的热泵及地板为例进行数值计算,其中,索兰2HP空气源热地暖泵实测性能及马池口示范工程供暖地板结构,见附图1。

    空气源热泵地暖地板供暖

    取2月8日、10日最冷两天的外温、室温实测值,见附表1,计算中n时刻的初始值也取自附表,计算如下:

    例1):2月8日,已知:2、3、4平均外温-3.8℃,室温tR16.79℃为初始条件,利用上述方程求解5点外温-6.6℃,6点外温-8.8℃时室温值。

    解:首先由已知的2、3、4点的室温、外温代入方程(3)

    求初始tb,即有

    231.jpg

    得初始tb=4.64+16.79=21.43℃

    则初始n时刻隔离体平均温度=

    232.jpg

    其次由方程(2)得

    233.jpg

    再由方程(3)得

    234.jpg

     由方程(2′)(3′)联立解出5点钟

    tb=22.12

    tR=22.12-5.2=16.9℃   

    与5点测量值差0.48℃

    设外温继续下降时,热泵供地板的水温降0.5℃,由5点钟tb=22.12℃,可得隔离体的平均温度t=24.3℃,代入方程(2)得

    235.jpg

    6点钟与实测值相差0.2℃

    例2):用同上述方法对2月10日凌晨5点外气温下降至-10.2℃,以及8点下降至-12.2℃时(这是该冬日最冷的一天),以同样方法对上述示范工程空气源热地暖泵地板辐射供暖的室温变化情况进行推算,分别得出,对应5点-10.2℃时室温为17.33℃,实测为17.44℃,(6、7点基本相同),8点外温为-12.2℃时,室温为16.73℃,实测为16.93℃,计算与实测值相差不多。

    结论:

    在符合节能要求的民用建筑中,特别是在我国北方寒冷地区(ⅡB),以空气源热地暖泵为热源,辐射地板为末端的供暖方案,以其舒适、节能、便于分户计量,安全可靠等优点,已受到社会和用户的好评。

    但是,不少人认为,设计这种供暖系统时,要根据当地的最低外温选空气源热地暖泵的供热量才是正确的,于是,在市场竞争中,竞相攀比自家热泵的低温性能,实际上造成浪费。针对这种倾向,本文剖析了水盘管辐射地板的蓄热性,并用计算值与实测值的吻合证明辐射地板的存在,大大削弱了空气源热地暖泵的供热能力随外温的下降给室温带来的影响。

  • 【字体: 】【打印繁体版】【返回顶部
  • 相关阅读:空气源热地暖
24小时客服热线
  • 400 610 5500
  • 截止今日,红塔地暖已经为十万多家客户提供供暖服务!
  • 查看服务案例
红塔微信公众号
  • 关注有惊喜好礼马上到