地源热泵相变地暖可行性及影响因素分析

摘要

基于建设资源节约型、环境友好型社会在工业化、现代化发展战略中的突出位置，本文对地源热泵相变蓄能地板辐射采暖技术与其它供暖方式进行了比较，指出此系统的优点;还将低温热水与电热源两种方式从火用效益方面论证地源热泵低温热水提供热量的可行性，从而构思出一套以生态理念构建的新型能源系统—地源热泵相变蓄能地板辐射采暖系统，并阐述了该系统的结构、工作原理，分析了供水温度、相变温度与相变半径、相变材料的填充量以及盘管间距各因素的影响，指出在注重环保、节能减排、大力开展需求侧管理和调节峰谷电价比的环境下，其推广应用更具竞争力和社会效益。

引言

建筑能耗主要由采暖和空调能耗组成。环境温度和湿度的变化会引起室内温度和湿度发生变化，从而影响人的正常工作和生活以及机器的正常运转。而合理的使用蓄能材料，不仅有助于室内保持需要的温度和湿度，使室内温湿度变化幅度减小，而且可以均衡或者部分消除采暖空调负荷，或将高峰负荷转移到低谷，降低能耗。

在我国，建筑能耗占总能耗的11.7%，而建筑能耗中的空调能耗高达35%，因此，冰蓄冷系统、地板辐射供热系统、热泵系统、冷媒自然循环系统等节能方案的研究与应用具有重要的经济效益和社会效益。对于供热系统，采用地板辐射采暖室内温度比对流散热形式低2℃，减小了室内外温差，节能11.4%。而热泵又是一种在技术和经济性上都有较大优势的解决供热问题的替代手段，作为一种清洁用能手段，与直接把电能转换为热能的电锅炉相比，采用热泵空调系统的电耗仅为前者的1/3～1/4。本文立足于环保节能的角度，阐述了地源热泵低温热水地板辐射采暖加蓄能技术，并作了相应的可行性分析，提出了地源热泵低温热水地板辐射采暖蓄能技术具有广阔的应用前景。

1.相变蓄能围护结构的调温机理

相变材料在其本身发生相变的过程中，可以吸收环境的热(冷)量，并在需要时向环境放出热(冷)量，从而达到控制周围环境温度的目的。把相变材料与建筑围护结构结合，制成相变蓄能围护结构，用于建筑物室内温度的调控。相变蓄能围护结构可以大大增加围护结构的蓄热作用，使建筑物室内和室外之间的热流波动幅度被减弱、作用时间被延迟[1](见图1)，从而提高建筑物的温度自调节能力和改善室内环境，达到节能和舒适的目的。

2.相变蓄热采暖地板的结构及工作原理

2.1 相变蓄热采暖地板的结构

目前地板辐射供暖系统主要推广的有低温热水和电热电缆的低温地板辐射采暖加蓄能。其相变蓄能采暖地板结构，加热盘管直接置于基层的保温层上, 相变材料层填充在加热管周围，其上为地面覆盖层。加热时，热量输送到地板的相变蓄热材料中存储起来，在需要时释放为室内采暖。

2.2 相变蓄热采暖地板的工作原理

地源热泵低温热水蓄能地板辐射采暖工作原理：利用夜间廉价电由地源热泵系统从地下土壤取热，经电力压缩机对循环工质做功，从而对辐射地板系统提供40～50℃的低温热水，进入地面盘管加热相变材料，使其产生相变，以潜热形式储存热量，白天放出给房间供暖。

3 .可行性分析

3.1 地源热泵相变地板采暖优缺点

利用地源热泵低温热水加热相变材料，使其产生相变，以潜热形式储存热量，白天放出给房间供暖。与其他采暖相比，这种采暖方式优点为：

首先，地源热泵系统不直接消耗煤或燃油、天然气等矿物燃料，没有任何直接排放的污染物;其次，高效的地源热泵系统，输出同等量的有用能量，仅仅消耗30-60%的电功率，高效的一次能源利用率，是地源热泵系统环保效果的最直接原因;再次，蓄能地板辐射采暖热效率高，在相同的舒适条件下，室内温度一般比对流方式低2℃-4℃低温传送，而且可直接利用地源热泵提供的40℃-50℃的低温热水，在热媒传输过程中热量损失小。地暖系统提高了室内表面温度，减少了四周表面对人体的冷辐射，提高了舒适感。同时，室内温度自下而上逐渐降低，温度分布比较均匀，温度梯度很小，地面温度高于呼吸区温度，给人以脚暖头凉的感觉;第四，蓄能地板蓄热量大，热稳定性能更好，在间歇供暖的条件下，室内温度变化缓慢。运行费用低于无蓄热供暖方式。最后地板采暖容易布置，较为理想的解决了大跨度空间散热器难以合理布置的问题，而且其运行管理简单省去了锅炉与热水管道的建设、运行管理费用，节省了锅炉房与散热器所占空间，没有供暖收费难的问题。

相变蓄热与地源热泵结合，在实行峰谷电价的地区，利用夜间低谷廉价电运行，可大大降低采暖的电费开支，并缓解电网峰谷差;充分利用低品位热源，符合我国节能减排的要求等等。