【摘 要】
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近年来,能源短缺和环境污染不断加剧。与此同时,人们对舒适健康居住环境的需求也日益增加。为响应“节能减排”的国家号召和人们日益增长的健康需求,可再生能源技术的研究、新型节能供暖方式的推广等在我国的采暖领域具有极大的潜力。在目前的“清洁取暖”工作中,空气源热泵成为可替代燃煤等传统供热形式的可再生能源技术,在我国北方“煤改电”工程中得到广泛应用。基于制冷剂毛细管地板供热的空气源热泵系统是一种新型的无水地
【基金项目】
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国家自然基金项目“从事室内体力活动时人体对热环境需求及评价研究”（No.51678314）； 青岛市科技惠民计划项目“低温空气源热泵供暖系统适用性技术研究及应用”（18-6-1-104-nsh）；
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近年来,能源短缺和环境污染不断加剧。与此同时,人们对舒适健康居住环境的需求也日益增加。为响应“节能减排”的国家号召和人们日益增长的健康需求,可再生能源技术的研究、新型节能供暖方式的推广等在我国的采暖领域具有极大的潜力。在目前的“清洁取暖”工作中,空气源热泵成为可替代燃煤等传统供热形式的可再生能源技术,在我国北方“煤改电”工程中得到广泛应用。基于制冷剂毛细管地板供热的空气源热泵系统是一种新型的无水地板辐射供暖系统,省去了制冷剂与热水的换热环节,系统整体简单,维护成本较低,也大大提升了系统性能。然而,目前对该新型系统的研究主要在实验室内开展,缺乏对其供热效果及系统运行特性的实测研究。本研究基于青岛市某小型游泳馆项目,通过现场实测和模拟的方法,开展基于制冷剂毛细管供热的空气源热泵地板换热特性研究,主要研究结论如下:（1）通过项目实际测试,制冷剂毛细管系统供热期间地板表面温度分布相对均匀,供热稳定阶段冷凝段温度较为恒定,在室内保持24℃、22℃时的平均冷凝温度分别为38.8℃和33.1℃,地板表面温度平均值为32.6℃和30.9℃。由于地板本身的蓄热特性,系统启动/停机时,地板表面温度在2～3h内呈缓慢上升或下降趋势。系统运行初始阶段,地表供热热流快速升高,之后增速减缓趋于稳定;24℃工况时稳定阶段供热量稳定在97W/m2～119W/m2范围内,22℃工况时稳定在89W/m2～101W/m2范围内。在白天24℃、22℃及夜间18℃设定工况下,室内空气温度均出现超出设定值的情况。机组在除霜过程中,由于地板末端特有的蓄热性能,室内温度无明显变化,有利于保持稳定的室内热环境。（2）对测试期间典型周及典型日的机组运行特性进行了分析。测试典型周期间,室外平均温度2.6℃,室内平均温度22.3℃,期间机组COP平均为2.97。机组运行稳定阶段平均COP,随着室内设定温度的升高而下降,同时也随室外温度的升高呈现升高趋势。24℃典型日稳定阶段COP在2.07与2.91之间;22℃工况时在2.15与3.9之间。两个典型日工况下,全天平均COP分别为3.38及3.5。与相近工况下采用热虹吸式散热器、对流型末端空气源热泵相比,22℃典型日工况下,本项目采用的制冷剂毛细管地板辐射系统COP分别提高了8.6%、16.6%,系统运行更为高效。（3）通过毛细管传热特性的仿真,对管间距、冷凝温度、地面敷设材料等影响因素进行了研究。管间距越小,地板表面温度及热流密度越大,温度分布均匀性越好;相同的冷凝温度及管间距条件下,地面装饰材料为石材时其地表温度最高,瓷砖次之,木地板最低。地面装饰材料的种类对供热地板温度分布的均匀性影响不显著。地板表面温度及热流密度随冷凝温度的降低而降低;冷凝温度对地面温度分布的均匀性影响较小,对地面平均热流密度的影响较大;室内温度不变条件下,冷凝温度每降低2℃,地面平均热流密度降低约10 W/m2。基于模拟分析,给出了冬季办公建筑常用的20℃设定工况、住宅采暖常用的18℃设定工况下不同管间距、面层材料、冷凝温度下的地板表面平均温度及传热量数据,可用于实际工程设计参考。综上,本文通过实验与模拟相结合的方法,研究了该制冷剂毛细管地板采暖系统的室内环境特性、机组运行特性、毛细管末端传热特性等,研究结果可为该新型空气源热泵供热末端的推广应用,提供一定的理论依据和设计参考。
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