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太阳能辅助气-水热泵地板辐射采暖
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近年来，由于国家环保要求的提高，在一些经济发达的大中城市为控制大气污染物的排放量，逐渐限制采用燃煤锅炉集中供暖的方式，例如：北京市四环以内已禁止使用燃煤锅炉，近郊区县新开发的住宅小区也鼓励采用清洁能源。但是，以燃油、天然气或电做直接热源采暖，其运行费用昂贵，无论物业管理公司还是直接用户都难以承受。
在北方地区，由于供暖负荷占据建筑耗能的大部分，实施建筑节能，除去在建筑围护结构上采取措施以外，应进一步研究采暖系统和设备的节能。
上述原因正促进着研究开发新的节能环保的采暖系统。
一、热泵技术在北方地区采暖应用的现况
热泵是一种能从自然界空气、水或土壤中获取低品位热，经过电力作功，输出能用的高品位热能的设备。如水源热泵从16 ℃的井水中提取热，经电力压缩机对循环的工质作功，可以达到输出热水温度52 ℃，而其输出热量与输入电功率之比为3.51，比直接用电采暖要节省电力72%。这种热水可以利用风机盘管向房间供暖。夏季，又可利用同一装置制冷，做到一机多用，即节省初投资，又节省运行费。在有条件提供地下水源的情况下，是理想的一种节能系统装置。但在城市地区，由于受到水源的限制，实际推广过程中难度很大。
以空气为热源的热泵，在标定工况+5 ℃～+7 ℃时电热转换系数为1：2.75，即比直接用电采暖要节省电力63%。在大气温度低于标定工况时，热泵的出力要下降，表现为出水温度要降低，例如在室外温度为-7 ℃的情况下，热泵出力下降到标定的75%，出水温度降为29-30 ℃左右，这种热水再向风机盘管供，则会造成吹冷风感。
此外，在室外气温低于5 ℃时，由于室外换热器的工质温度更低，则在一定的空气湿度下，就会产生结霜。热泵需逆转，使热气体通过室外换热器，得以化霜，除霜时间通常为5-10分钟，此时，热泵停止供热。频繁除霜会使热泵有效供热时间减少，化霜能耗增加，系统电热转换效率下降，制热能力下降。
由于风-水热泵以空气为热源，在城市地区较水源热泵不受水源的限制，如果能解决以下两个关键问题，作为清洁、节能的采暖热源将具有更普遍的推广应用价值。
1、 与低品位热水匹配的散热设施，显然风机盘管和水暖气片是不适合的。
2、 风-水热泵在北方地区寒冷冬季正常运行的可能性及系统效率的高低。
二、地暖可以充分利用低品位热源
辐射供暖是一种利用建筑物内部的顶面、墙面、地面等进行供暖的装置。在辐射供暖的总传热量中，辐射传热的比例约占50%以上。
地暖辐射供暖是一种卫生条件和舒适标准都比较高的一种供暖方式。早在三十年代，国外有些高级住宅就已经开始应用这种供暖装置，日本、韩国更为普遍。近年来，我国也逐渐在推广，使用效果也大都令人满意。和对流供暖相比，辐射供暖有以下主要优点：
1、 可以利用30℃以下的低品位热，并且混凝土板辐射供暖有较大的蓄热性，这一点为利用风-水热泵为热源提供了可行性。由于它的蓄热，往往利用白天气温高的条件，使热泵充分运行，在辐射板内蓄存热量，适当弥补夜间供热不足；
2、 可以在同等舒适环境下，降低室内空气温度2-3℃，由此减少冷风渗透的热损失；
3、 由于房间空气对流的减弱，使温度梯度减小，因而减小散热损失。
由2、3、两项可节能15-20%。
4、 其它，无地面上占用空间的散热器，房间便于任意分割，也无热气流弄脏墙面。
此外，利用辐射板还可用于制冷，负担部分夏季降温负荷。
近年来，由于塑料管材的发展，使这种充冷、热水的辐射板能达到安全可靠地工作。当然，对于安装好而又长期在冬天不用的情况，应当用水泵将水抽空，以防冻结。
使用地板辐射采暖，由于散热面积大，即使供水温度低，居室内覆盖物还会增加其散热热阻，在北京地区冬季气候下，一般建筑物内的地面面积都可以达到供暖室温的要求。
三、太阳能辅助气-水热泵可以改善其冬季的运行
北京及北方一些地区，冬季湿度不大，风-水热泵在-10 ℃以上的天气下可以运行，如果匹配地板辐射采暖，其出力和出水温度的下降是完全可以接受的。而北京最冷天的白天，多数气温不低于-10 ℃。为了减少热泵在冬季运行时的结霜机会，可以将热泵的室外机置于太阳能温室、阳光空间、或太阳能空气集热器热风出口处，这些太阳能辅助设施可利用屋顶或南向阳台，它有助于风-水热泵的正常起动和运行。
事实上，由于地板采暖的蓄热特点，只要冬季白天可以正常运行，整个冬季采暖就可以完全依靠风-水热泵为热源。
四、结论
1、 在北京地区使用风-水热泵采暖从理论计算和实际测定结果都表明是可行的，如2月23日-24日夜间是雪天，气温最低是-7℃，即是一个高湿，中等冷天，只耗费21度电，对于3.3KW的机组功率来说连续开机时间仅6.36小时，说明机组的性能好，还有很大的潜力，预示最冷天可以满足使用要求。
2、 在北京地区热泵采暖与燃气炉散热器采暖相比，冬季节约使用费55.8%。这项节约是由于热泵和地板采暖两项结合而形成的。表中测试房室温比对比房低2℃，但前者效果更好。
3、 2月27日-28日夜间停机12小时，观察到在室外温度如表中所示的条件下，依靠地板的蓄热释放出的热量，室温竟丝毫未降。说明混凝土辐射板的蓄热能力很大，不必一定按照冬天最冷天夜间的绝对最低气温考虑风-水热泵的承受能力。
4、 关于地板表面覆盖物的影响：根据理论计算裸露的混凝土表面与覆盖0.03m的大理石或橡胶地板相比，后者只增加了向上的传热热阻0.01-0.009m2. k/w，以及要求平均水温仅提高了1.72℃就够了，说明采用普通的地面砖等装饰地板是可行的。
5、 根据测试结果表明，测试用风-水热泵的性能可以满足用于北京地区的冬季采暖。
太阳能辅助气-水热泵地板辐射采暖系统是一种特别适合于北京及北方地区的节能环保采暖方式。气-水热泵冬季提供的可用热能与地板采暖可以良好地匹配，太阳能辅助热泵可以充分利用白天的较高温空气运行，达到提高电热转换系数，蓄存热量的作用，由此满足整个冬季的采暖需求。该系统的运行费用与燃煤锅炉集中采暖费用相当，比燃气、直接电采暖节能约60%，凭其安全、清洁、节能的优势将可能作为替代燃煤采暖的最佳采暖系统。另外，该系统同时可以用于负担部分夏季空调负荷。随着人民生活水准及环保要求的提高，这种可以集采暖、空调于一体的太阳能辅助气-水热泵地板辐射采暖系统会有广阔的应用市场。该系统已申报了国家专利。
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