摘要：以重慶地區(qū)某別墅作為研究對象，熱源為土壤源熱泵(兩臺壓縮機并聯(lián))，室內(nèi)采用地板輻射供暖系統(tǒng)。熱泵機組采用兩種控制方式，控制方式l為地板輻射供暖系統(tǒng)回水溫度控制，當回水溫度高于設定值(40℃)時，單臺壓縮機運行，當?shù)陀谠O定值時，兩臺壓縮機運行?？刂品绞?span lang="EN-US">2為室內(nèi)溫度控制，當室內(nèi)溫度高于l8℃時停機，低于16℃時開機。對兩種控制方式下的供暖系統(tǒng)能效比進行了實驗計算，當采用控制方式2時，供暖系統(tǒng)的平均能效比較高。

關鍵詞：土壤源熱泵；  地板輻射供暖系統(tǒng)；  控制方式；  能效比

Control Method of Heat Source of Radiant Floor Heating System Combined with Ground-source Heat Pump

Abstract: A villa in Chongqing area that takes ground-source heat pump(two compressors in parallel)for the heat source and takes advantage of radiant floor heating system in the rooms is chosen for study. The heat pump unit adopts two control methods. The first control method is that the return water temperature of the radiant floor heating system is controlled. Only one compressor works when the return water temperature exceeds the set point(40℃)，and two compressors work if the return water temperature is less than the set point. The second control method is that the in.

door temperature is controlled. The heat pump unit stops when the indoor temperature exceeds 18℃,and starts if the indoor temperature is less than l6℃. The energy efficiency ratio of heating system using two control methods is calculated experimentally. The average energy efficiency ratio of heating system using the second control method is more than first control method.

Key words: ground-source heat pump j radiant floor heating system；control method；energy efficiency ratio

土壤源熱泵以其節(jié)能、環(huán)保等優(yōu)勢得到迅速發(fā)展，地板輻射供暖也由于舒適性強、節(jié)能、供水溫度較低等特點而受到行業(yè)青睞。土壤源熱泵與地板輻射供暖系統(tǒng)的結合，充分利用了二者的優(yōu)勢^[1]。本文結合工程實例，對土壤源熱泵+地板輻射供暖系統(tǒng)(以下簡稱聯(lián)合供暖系統(tǒng))在不同熱源控制方式下的能效比進行比較。

1 聯(lián)合供暖系統(tǒng)的特點

空氣源熱泵+風機盤管供暖系統(tǒng)的應用較為廣泛，技術也很成熟。由于空氣的流動性很好，空氣源熱泵+風機盤管供暖系統(tǒng)在從室外取熱和向室內(nèi)放熱的過程中幾乎沒有時間延遲，在較短的時間內(nèi)，能夠實現(xiàn)供暖系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。但在空氣源熱泵關機后，室內(nèi)空氣溫度會很快下降。

聯(lián)合供暖系統(tǒng)與空氣源熱泵+風機盤管供暖系統(tǒng)有較大的不同。在地板輻射供暖系統(tǒng)中，被熱水加熱的地板與圍護結構進行輻射傳熱，使圍護結構內(nèi)壁面溫度升高，圍護結構內(nèi)壁再加熱室內(nèi)空氣。因此，采用地板輻射供暖系統(tǒng)的房間，圍護結構內(nèi)壁面溫度要比室內(nèi)空氣溫度高。當熱泵機組停止運行后，由于圍護結構的熱惰性，其內(nèi)壁面仍保持較高的溫度，可持續(xù)提供熱量。因此，室內(nèi)空氣溫度并不像采用空氣源熱泵+風機盤管供暖系統(tǒng)那樣立即下降，而是在較長的時間內(nèi)緩慢下降。

2 實驗系統(tǒng)及測試方法

2.1 實驗系統(tǒng)

將重慶虎溪某別墅作為實驗地點，建立聯(lián)合供暖系統(tǒng)。別墅分為兩層，共8個房間，總供暖面積為224m²。地板輻射供暖系統(tǒng)的地盤管采用回形敷設方式(盤管間距為200 mm)，材質(zhì)為PE-RT，內(nèi)直徑為l6 mm。熱泵機組額定制熱量為28.9 kW，額定輸入功率為7.7 kW。

考慮到熱泵機組對負荷適應性和地板輻射供暖系統(tǒng)的熱惰性，采取了兩種熱源控制方式：控制方式1，地板輻射供暖系統(tǒng)回水溫度控制；控制方式2，室內(nèi)溫度控制，以1樓測試房間室內(nèi)溫度作為控制參數(shù)，測試房間的供暖面積為ll.2 m²。

①控制方式1

為適應房間熱負荷變化，熱負荷高時，兩臺壓縮機同時工作；熱負荷低時，單臺壓縮機工作。壓縮機運行數(shù)量由設定的地板輻射供暖系統(tǒng)回水溫度控制，當回水溫度小于40℃時，啟用兩臺壓縮機；當回水溫度大于等于40℃時，單臺壓縮機運行。

②控制方式2

考慮到采取地板輻射供暖時人體實感溫度比室內(nèi)溫度高l～2℃，因此室內(nèi)溫度范圍設定為l6～18 ℃^[2]。當室內(nèi)溫度上升至l8℃時關閉熱泵機組，并關閉地埋管換熱器、地板輻射供暖系統(tǒng)循環(huán)泵。當室內(nèi)溫度降至16℃時開啟熱泵機組，并開啟地埋管換熱器、地板輻射供暖系統(tǒng)循環(huán)泵。

2012年l月5日、6日分別針對控制方式1、2進行實驗。天氣為多云或小雨，室外空氣干球溫度為4.9～9.0℃，相對濕度為78％～96％。

2.2 測試方法

在測試期間，對室內(nèi)溫度、地埋管換熱器進出水溫度及流量、地板輻射供暖系統(tǒng)供回水溫度及流量、熱泵機組耗電功率、地埋管換熱器循環(huán)泵耗電功率、地板輻射供暖系統(tǒng)循環(huán)泵耗電功率進行了實測。

室內(nèi)溫度由溫濕度自記儀測量。地埋管換熱器進出水溫度測點設置在分集水器上，地板輻射供暖系統(tǒng)供回水溫度測點設置在熱泵機組冷凝器進出口，溫度采用水銀溫度計測量，將水銀溫度計用AB膠固定在相應的測點位置。地埋管換熱器循環(huán)水流量、地板輻射供暖系統(tǒng)循環(huán)水流量由轉子流量計測得，轉子流量計安裝在相應管道上。分別采用3臺電功率表記錄熱泵機組、地埋管換熱器循環(huán)泵、地板輻射供暖系統(tǒng)循環(huán)泵的耗電功率。

室內(nèi)溫度的測量間隔為l0 min。地埋管換熱器進出水溫度、地板輻射供暖系統(tǒng)供回水溫度的測量間隔先是l0 min，待系統(tǒng)穩(wěn)定后測量間隔變?yōu)?span lang="EN-US">30min。流量、耗電功率的測量間隔均為1 h。

3 測試結果與分析

分別在2012年1月5日、6日進行控制方式1、2的實驗研究，測試時間為10：00-21：00。根據(jù)實測數(shù)據(jù)，對地埋管換熱器與土壤換熱量Ф_ex、地板輻射供暖系統(tǒng)供熱量Ф_r、聯(lián)合供暖系統(tǒng)瞬時能效比I_EER進行計算。

地埋管換熱器與土壤換熱量Ф_ex的計算式為：

式中 Ф_ex——地埋管換熱器與土壤換熱量，W

     c_p——水的比定壓熱容，J／(kg·K)

     ρ——水的密度，kg／m³

     q_ex——地埋管換熱器循環(huán)水流量，m³／s

     t_ex,out——地埋管換熱器的出水溫度，℃,

     t_ex,in——地埋管換熱器的進水溫度，℃,

地板輻射供暖系統(tǒng)供熱量西，的計算式為：

式中 Ф_r——地板輻射供暖系統(tǒng)供熱量，W

     q_r——地板輻射供暖系統(tǒng)循環(huán)水流量，m³／s

     t_r,s——地板輻射供暖系統(tǒng)供水溫度，℃

     t_r,r——地板輻射供暖系統(tǒng)回水溫度，℃

聯(lián)合供暖系統(tǒng)瞬時能效比I_EER的計算式為：

式中 I_EER——聯(lián)合供暖系統(tǒng)瞬時能效比

     P_hp——熱泵機組耗電功率，w

     P_ex,p——地埋管換熱器循環(huán)泵耗電功率，w

     P_r,p——地板輻射供暖系統(tǒng)循環(huán)泵耗電功率，W

兩種控制方式下Ф_ex、Ф_r、I_EER隨測試時間的變化分別見圖1、2。對于控制方式1，由于測試期間Ф_ex、Ф_r的變化趨勢大致相同，在不影響計算結果的前提下，圖1只給出10：00—18：00的測試數(shù)據(jù)。

由圖l、2可知，對于控制方式1、2，在開始階段，Ф_ex、Ф_r均比較接近，說明這兩種控制方式下土壤的初始條件大致相同。由于兩種控制方式下，地埋管換熱器、地板輻射供暖系統(tǒng)的流量基本保持不變，因此測試階段P_ex,p、P_r,p也基本保持不變。由實測數(shù)據(jù)可計算得到，P_ex,p、P_r,p的平均值分別為l.88、1.47 kW，單臺壓縮機運行時P_hp的平均值為3 kW，兩臺壓縮機運行時P_hp的平均值為5.5 kW。由此可知，在兩種控制方式下，P_ex,p、P_r,p占聯(lián)合供暖系統(tǒng)耗電功率的比例都比較高。

采用控制方式l時，隨著單臺、兩臺壓縮機切換，Ф_ex、Ф_r、I_EER出現(xiàn)波動。當兩臺壓縮機運行時，Ф_ex的平均值為20 kW，Ф_r的平均值為29 kW，I_EER的平均值為3.1。單臺壓縮機運行時，Ф_ex的平均值為8 kW，Ф_r的平均值為l3 kW，I_EER的平均值為2.1。經(jīng)計算可得，控制方式l下，聯(lián)合供暖系統(tǒng)的平均能效比為2.6。

采用控制方式2時，在運行了約5.5 h后，室內(nèi)溫度達到l8℃，熱泵機組、地埋管換熱器循環(huán)泵、地板輻射供暖系統(tǒng)循環(huán)泵關閉。約2 h后，室內(nèi)溫度降低至16℃，以上3種設備開啟。運行約2 h后，室內(nèi)溫度再次達到l8℃。經(jīng)計算可得，控制方式l下，聯(lián)合供暖系統(tǒng)的平均能效比為3.0。

由圖l、2可知，在控制方式l下由單臺壓縮機運行狀態(tài)切換至兩臺壓縮機運行狀態(tài)期間，以及在控制方式2下熱泵機組由停機狀態(tài)切換至啟動狀態(tài)期間，垂，比上一狀態(tài)結束時有一個小幅度的提升，這主要是由于在兩種狀態(tài)之間土壤溫度在一定程度上有所恢復。

4 結論

對于聯(lián)合供暖系統(tǒng)，當采用地板輻射供暖系統(tǒng)回水溫度控制方式時，聯(lián)合供暖系統(tǒng)的平均能效比為2.6；當采用室內(nèi)溫度控制方式時，聯(lián)合供暖系統(tǒng)的平均能效比為3.0。

參考文獻：

[1] 裴超，康侍民.地板輻射供暖系統(tǒng)與熱源系統(tǒng)的聯(lián)合  運行[J].煤氣與熱力，2006，26(10)：55-58.

[2] 王子介.低溫輻射供暖與輻射供冷[M].北京：機械工業(yè)出版社，2004：10-ll.

本文作者：印偉偉 付祥釗

作者單位：重慶大學城市建設與環(huán)境工程學院重慶海潤節(jié)能研究院