应用于辐射板系统土壤热泵机组建筑工程师论文

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　　摘要：土壤热泵机组与辐射板相结合，充分发挥室内、外系统的优势，是别墅空调系统的一个优秀方案。本文介绍机组的工作原理，鉴于辐射板在应用方面有诸多独特之处，土壤热泵设置了两套制冷系统，独立性强，可以满足不同季节的室内状态的要求。介绍了机组的技术特点：提出了房间露点温度控制机组的方法，设置除湿循环，保证供冷区域不出现凝露现象;机组引入新风系统，可根据季节的不同调节新风及排风量，将带热泵的新风换气机和土壤热泵主机融为一体;高效节能是机组的又一大特点等。样机已运行多年，运行效果受到专家的一致好评。

　　关键词：辐射板土壤热泵露点控制 建筑期刊投稿范文

　　0 前言

　　辐射板利用对流和辐射方式供冷供热，室内温度分布均匀，垂直温差下降到3℃[1]，热舒适性高;室内无运转部件，宁静宜人;设在楼板、墙体等建筑结构中的盘管可使结构承担蓄能作用，室温波动小。技术先进，是一种新型空调系统。

　　土壤热泵是以大地为热源对建筑进行空调的技术。它是一种节能、对环境友好的绿色空调设备，符合可持续发展的要求[2]。近几年来，随着房地产业的发展，别墅市场迅速拓展。在别墅区内，土壤热泵的地下换热管可布置在花园、草坪、车库等的下面，而不影响地面空间的使用。因此，从户式家用空调的角度上看，土壤热泵与辐射板有机的结合，是别墅空调系统的一个优秀的方案。鉴于辐射板在应用方面有诸多独特之处，本文着重介绍与之相配的土壤热泵的工作原理及性能特点等。

　　1 工作原理

　　1.1 系统设计概况

　　辐射板离不开空气系统，这是因为一方面要提供最少的室外空气以保证室内空气品质，另一方面，要对室内空气进行空气除湿，以防止辐射板结露[1 ]。

　　从系统功能上分，辐射板夏季只负担室内的显热负荷，湿负荷则由回风处理;冬季辐射板提供整个室内的热负荷。任何季节，辐射板均不负担新风负荷。

　　机组如何满足上述要求，目前有不同的方法，以夏季为例。方案一：制冷机提供7℃左右的冷冻水，一部分直接送入新风机，对经过除湿后的室外新风冷却降温，送入室内;另一部分，进入板式换热器，交换出高温冷冻水送入辐射板。方案二：制冷机提供7℃左右的冷冻水，一部分直接送入新风机，另一部分通过三通阀与回水混合后送入辐射板。本文介绍的土壤热泵采用两套制冷系统。同上述两方案相比，有如下优点：

　　供冷时机组直接提供高温冷冻水，无需二次换热，提高整机效率。

　　新风、辐射板采用不同制冷系统，分工合作，独立性强，可满足不同季节的性能要求。

　　1.2 机组的主要功能

　　机组工作原理图见图1。从图示虚线部分，大致可将机组分为两部分：主机，夏、冬季启动，向辐射板提供冷、热水;新风机，带有独立的热泵系统，对新风或回风进行适当处理，以满足不同季节的工作要求。室外侧水泵两系统共用。室内设温湿度传感器，用于检测空调房间干球温度及相对湿度。并通过编程计算出房间的露点温度。新风阀和回风旁通阀随着室内露点温度的变化而做出相应的动作。

　　该土壤热泵机组可四季运行，保持室内舒适、健康的空调环境。

　　图1 机组工作原理图

　　1、新风阀 2、回风旁通阀 3、热回收器 4、排风机 5、送风机 6、翅片换热器 7、四通换向阀 8、压缩机 9、气液分离器 10、室外侧换热器 11、双向过滤器 12、双向热力膨胀阀 13、膨胀水箱 14、室内水泵 15、室外水泵

　　1.3 不同季节的工作状态

　　土壤热泵机组共设三种工作模式：制冷、制热、通风。

　　夏季：主机负担室内冷负荷，通过辐射板向房间供冷;新风机负担新风负荷以及为避免地(顶)板结露的除湿负荷。因此制冷模式下，新风机的运行分为新风模式和除湿模式。

　　辐射板供冷时，如果室内侧露点温度高于设定要求，为防止地板或顶板结露，新风机工作于除湿模式。除湿时，新风机的制冷系统运转，室外新风阀关闭，室内回风的旁通阀打开，排风机工作，送风机运转，室内空气不断循环，经翅片换热器(蒸发器)除湿降温，向房间输入低含湿量的空气，逐渐降低室内的空气露点温度。

　　当室内露点温度满足运行要求时，新风机工作于新风模式。室外新风阀开启，室内回风的旁通阀关闭，送、排风机开启，新风机的制冷系统运转。室外新风经热回收器初次降温后，由送风机经翅片换热器(蒸发器)降温后送风室内;室内部分空气经热回收器吸热后，由排风机排至室外。进、排风量大致相当，维持室内适当的正压。

　　在供水温度不引起室内顶板结露的范围内，主机压缩机启动，由室内水泵不断将冷量输送到辐射板。

　　冬季：主机负担室内热负荷，通过辐射板向房间供热;新风机负担新风负荷。

　　土壤热泵制热时，室内、外侧水泵首先启动，主机压缩机启动，四通换向阀换向，压缩机排气进入室内换热器(冷凝器)，将从土壤中吸收的热量散出，由水泵送至房间内的辐射板，均匀地向室内供热。

　　新风机启动时室外新风阀打开，室内回风的旁通阀关闭，压缩机启动，四通换向阀导向，压缩机排气进入翅片换热器(冷凝器)，将从土壤中吸收的热量散出。室外的低温空气经热回收器换热升温，由送风机升压，经翅片换热器(冷凝器)加热，送进室内;部分室内空气经热回收器散热后，由排风机排至室外。另外可应用户要求，在送风侧设加湿器，湿度传感器设回风处，当室内空气干燥，相对湿度低于设定值时，加湿器自动启动，制出蒸气送入室内送风管路中。

　　春秋季：该季节气温适宜，机组以纯通风的方式向室内提供清新的空气，同时将部分室内空气排出。机组的两部分制冷系统及水泵均不起动。

　　2 技术特点

　　2.1 房间露点温度控制方案

　　采用辐射板系统，夏季供冷时，以下三种情况房间内易结露：

　　机组初次启动，室内空气干球温度高，相对湿度大，露点温度明显偏高。

　　机组运行过程中，某些意外情形出现，如大批客人突然来访或开启了产湿量大的设备。

　　舒适性空调夏季室内空气设计干球温度24-28℃，相对湿度40-60%，露点温度9.5-19.5℃。辐射板供水温度依负荷不同设定在14-20℃。夏季炎热时，冷负荷增大，需降低辐射板的供水温度。这二者之间，存在供水温度过多低于露点温度的情形。

　　机组的干球温度、相对湿度传感器设在房间内，自动计算室内露点温度tdew，实时监控，实现互动。考虑除湿速度、制冷机的容量等方面，本设计采用室内回风循环除湿的方案。当tdew高于设定值时，除湿系统启动，快速地降低室内的露点温度;并根据室内露点温度，自动调节，使辐射板内循环水温度不低于室内的露点温度，以保证供冷区域不出现凝露现象。

　　2.2 新风换气机的功能

　　无新风的空调系统，室内空气污浊，身体的种种不适常会发生。如果主机不启动，土壤热泵机组相当于一台新风换气机。它有如下特点：

　　新、回风过滤功能。机组配有不同的过滤器可有效阻止灰尘或有害物进入室内。

　　热回收功能。热回收器采用欧洲先进技术，热回收效率高。

　　变化的新风量。夏冬季节，新风的负荷大，采用满足卫生要求的最小新风量;而在春秋季节，大风量送、排风，消除室内余热。类似于中央空调的风量控制方式，节能、舒适。

　　适宜的送风温度。新风机配带热泵系统，夏季向室内提供凉爽的新风;冬季新风变暖送入室内。

　　2.3 高效、节能

　　2.3.1 辐射板

　　辐射板同风机盘管相比，传热面积大，室内供回水平均温度同室温的温差较小。

　　供冷时辐射板采用高温冷冻水，同风机盘管所需的低温冷冻水相比，机组的蒸发温度升高，制冷量增大，压缩机的COP可提高20%。

　　2.3.2 土壤源

　　由于较深的地层中在未受干扰的情况下常年保持恒定的温度，远高于冬季的室外温度，又低于夏季的室外温度。土壤热泵冬季将大地中的低位热能提升对建筑供暖，同时蓄存冷量，以备夏用;夏季将建筑物内的热量转移到地下对建筑进行降温，同时蓄存热量，以备冬用。