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摘要：土壤熱泵機組與輻射板相結合，充分發(fā)揮室內、外系統(tǒng)的優(yōu)勢，是別墅空調系統(tǒng)的一個優(yōu)秀方案。本文介紹機組的工作原理，鑒于輻射板在應用方面有諸多獨特之處，土壤熱泵設置了兩套制冷系統(tǒng)，獨立性強，可以滿足不同季節(jié)的室內狀態(tài)的要求。介紹了機組的技術特點：提出了房間露點溫度控制機組的方法，設置除濕循環(huán)，保證供冷區(qū)域不出現(xiàn)凝露現(xiàn)象；機組引入新風系統(tǒng)，可根據季節(jié)的不同調節(jié)新風及排風量，將帶熱泵的新風換氣機和土壤熱泵主機融為一體；高效節(jié)能是機組的又一大特點等。樣機已運行多年，運行效果受到專家的一致好評。

關鍵詞：輻射板土壤熱泵露點控制

0前言

輻射板利用對流和輻射方式供冷供熱，室內溫度分布均勻，垂直溫差下降到3℃[1]，熱舒適性高；室內無運轉部件，寧靜宜人；設在樓板、墻體等建筑結構中的盤管可使結構承擔蓄能作用，室溫波動小。技術先進，是一種新型空調系統(tǒng)。

土壤熱泵是以大地為熱源對建筑進行空調的技術。它是一種節(jié)能、對環(huán)境友好的綠色空調設備，符合可持續(xù)發(fā)展的要求[2]。近幾年來，隨著房地產業(yè)的發(fā)展，別墅市場迅速拓展。在別墅區(qū)內，土壤熱泵的地下?lián)Q熱管可布置在花園、草坪、車庫等的下面，而不影響地面空間的使用。因此，從戶式家用空調的角度上看，土壤熱泵與輻射板有機的結合，是別墅空調系統(tǒng)的一個優(yōu)秀的方案。鑒于輻射板在應用方面有諸多獨特之處，本文著重介紹與之相配的土壤熱泵的工作原理及性能特點等。

1工作原理

1.1系統(tǒng)設計概況

輻射板離不開空氣系統(tǒng)，這是因為一方面要提供最少的室外空氣以保證室內空氣品質，另一方面，要對室內空氣進行空氣除濕，以防止輻射板結露[1]。

從系統(tǒng)功能上分，輻射板夏季只負擔室內的顯熱負荷，濕負荷則由回風處理；冬季輻射板提供整個室內的熱負荷。任何季節(jié)，輻射板均不負擔新風負荷。

機組如何滿足上述要求，目前有不同的方法，以夏季為例。方案一：制冷機提供7℃左右的冷凍水，一部分直接送入新風機，對經過除濕后的室外新風冷卻降溫，送入室內；另一部分，進入板式換熱器，交換出高溫冷凍水送入輻射板。方案二：制冷機提供7℃左右的冷凍水，一部分直接送入新風機，另一部分通過三通閥與回水混合后送入輻射板。本文介紹的土壤熱泵采用兩套制冷系統(tǒng)。同上述兩方案相比，有如下優(yōu)點：

供冷時機組直接提供高溫冷凍水，無需二次換熱，提高整機效率。

新風、輻射板采用不同制冷系統(tǒng)，分工合作，獨立性強，可滿足不同季節(jié)的性能要求。

1.2機組的主要功能

機組工作原理圖見圖1。從圖示虛線部分，大致可將機組分為兩部分：主機，夏、冬季啟動，向輻射板提供冷、熱水；新風機，帶有獨立的熱泵系統(tǒng)，對新風或回風進行適當處理，以滿足不同季節(jié)的工作要求。室外側水泵兩系統(tǒng)共用。室內設溫濕度傳感器，用于檢測空調房間干球溫度及相對濕度。并通過編程計算出房間的露點溫度。新風閥和回風旁通閥隨著室內露點溫度的變化而做出相應的動作。

該土壤熱泵機組可四季運行，保持室內舒適、健康的空調環(huán)境。

圖1機組工作原理圖

1、新風閥2、回風旁通閥3、熱回收器4、排風機5、送風機6、翅片換熱器7、四通換向閥8、壓縮機9、氣液分離器10、室外側換熱器11、雙向過濾器12、雙向熱力膨脹閥13、膨脹水箱14、室內水泵15、室外水泵

1.3不同季節(jié)的工作狀態(tài)

土壤熱泵機組共設三種工作模式：制冷、制熱、通風。

夏季：主機負擔室內冷負荷，通過輻射板向房間供冷；新風機負擔新風負荷以及為避免地（頂）板結露的除濕負荷。因此制冷模式下，新風機的運行分為新風模式和除濕模式。

輻射板供冷時，如果室內側露點溫度高于設定要求，為防止地板或頂板結露，新風機工作于除濕模式。除濕時，新風機的制冷系統(tǒng)運轉，室外新風閥關閉，室內回風的旁通閥打開，排風機工作，送風機運轉，室內空氣不斷循環(huán)，經翅片換熱器（蒸發(fā)器）除濕降溫，向房間輸入低含濕量的空氣，逐漸降低室內的空氣露點溫度。

當室內露點溫度滿足運行要求時，新風機工作于新風模式。室外新風閥開啟，室內回風的旁通閥關閉，送、排風機開啟，新風機的制冷系統(tǒng)運轉。室外新風經熱回收器初次降溫后，由送風機經翅片換熱器（蒸發(fā)器）降溫后送風室內；室內部分空氣經熱回收器吸熱后，由排風機排至室外。進、排風量大致相當，維持室內適當的正壓。

在供水溫度不引起室內頂板結露的范圍內，主機壓縮機啟動，由室內水泵不斷將冷量輸送到輻射板。

冬季：主機負擔室內熱負荷，通過輻射板向房間供熱；新風機負擔新風負荷。

土壤熱泵制熱時，室內、外側水泵首先啟動，主機壓縮機啟動，四通換向閥換向，壓縮機排氣進入室內換熱器（冷凝器），將從土壤中吸收的熱量散出，由水泵送至房間內的輻射板，均勻地向室內供熱。

新風機啟動時室外新風閥打開，室內回風的旁通閥關閉，壓縮機啟動，四通換向閥導向，壓縮機排氣進入翅片換熱器（冷凝器），將從土壤中吸收的熱量散出。室外的低溫空氣經熱回收器換熱升溫，由送風機升壓，經翅片換熱器（冷凝器）加熱，送進室內；部分室內空氣經熱回收器散熱后，由排風機排至室外。另外可應用戶要求，在送風側設加濕器，濕度傳感器設回風處，當室內空氣干燥，相對濕度低于設定值時，加濕器自動啟動，制出蒸氣送入室內送風管路中。

春秋季：該季節(jié)氣溫適宜，機組以純通風的方式向室內提供清新的空氣，同時將部分室內空氣排出。機組的兩部分制冷系統(tǒng)及水泵均不起動。

2技術特點

2.1房間露點溫度控制方案

采用輻射板系統(tǒng)，夏季供冷時，以下三種情況房間內易結露：

機組初次啟動，室內空氣干球溫度高，相對濕度大，露點溫度明顯偏高。

機組運行過程中，某些意外情形出現(xiàn)，如大批客人突然來訪或開啟了產濕量大的設備。

舒適性空調夏季室內空氣設計干球溫度24-28℃，相對濕度40-60%，露點溫度9.5-19.5℃。輻射板供水溫度依負荷不同設定在14-20℃。夏季炎熱時，冷負荷增大，需降低輻射板的供水溫度。這二者之間，存在供水溫度過多低于露點溫度的情形。

機組的干球溫度、相對濕度傳感器設在房間內，自動計算室內露點溫度tdew，實時監(jiān)控，實現(xiàn)互動?？紤]除濕速度、制冷機的容量等方面，本設計采用室內回風循環(huán)除濕的方案。當tdew高于設定值時，除濕系統(tǒng)啟動，快速地降低室內的露點溫度；并根據室內露點溫度，自動調節(jié)，使輻射板內循環(huán)水溫度不低于室內的露點溫度，以保證供冷區(qū)域不出現(xiàn)凝露現(xiàn)象。

2.2新風換氣機的功能

無新風的空調系統(tǒng)，室內空氣污濁，身體的種種不適常會發(fā)生。如果主機不啟動，土壤熱泵機組相當于一臺新風換氣機。它有如下特點：

新、回風過濾功能。機組配有不同的過濾器可有效阻止灰塵或有害物進入室內。

熱回收功能。熱回收器采用歐洲先進技術，熱回收效率高。

變化的新風量。夏冬季節(jié)，新風的負荷大，采用滿足衛(wèi)生要求的最小新風量；而在春秋季節(jié)，大風量送、排風，消除室內余熱。類似于中央空調的風量控制方式，節(jié)能、舒適。

適宜的送風溫度。新風機配帶熱泵系統(tǒng)，夏季向室內提供涼爽的新風；冬季新風變暖送入室內。

2.3高效、節(jié)能

2.3.1輻射板

輻射板同風機盤管相比，傳熱面積大，室內供回水平均溫度同室溫的溫差較小。

供冷時輻射板采用高溫冷凍水，同風機盤管所需的低溫冷凍水相比，機組的蒸發(fā)溫度升高，制冷量增大，壓縮機的COP可提高20%。

2.3.2土壤源

由于較深的地層中在未受干擾的情況下常年保持恒定的溫度，遠高于冬季的室外溫度，又低于夏季的室外溫度。土壤熱泵冬季將大地中的低位熱能提升對建筑供暖，同時蓄存冷量，以備夏用；夏季將建筑物內的熱量轉移到地下對建筑進行降溫，同時蓄存熱量，以備冬用。

與風冷熱泵相比，主要有兩點優(yōu)勢：

土壤熱泵冬季無需除霜。除霜過程損失熱泵相當的能量。冬季土壤熱泵室外進出水溫度基本維持在零度以上，如果低于零度，可適當充注防凍劑。

土壤熱泵受環(huán)境溫度的影響小。風冷熱泵當冬季室外溫度較低時，機組的蒸發(fā)溫度較低，制熱系數就隨蒸發(fā)溫度下降而下降，而此建筑物對供熱的需求卻增大，造成室內空調溫度無法維持[3]。土壤熱泵當冬季室外溫度較低時，地下溫度并未達到最低，可有利地錯過負荷高峰期。

2.3.3輸送系統(tǒng)

機組內輸送部件（風機、水泵）的耗功約占整機功率的20%。但這些部件工作時間長，針對這種情況，首先選用節(jié)能產品；另外在自控方面采取相應措施，如室外水泵與壓縮機聯(lián)動等，有效地降低機組運行費用。

2.4建筑美觀、環(huán)境保護

系統(tǒng)沒有屋頂設備，也就沒有屋頂承重、修飾或擋光的問題，建筑整體美感也得到了很好的保持[4]。

供熱時省卻了鍋爐房系統(tǒng)，沒有燃燒過程，避免了排煙污染；供冷時省卻冷卻塔，避免冷卻塔噪音及熱污染，使環(huán)境更加潔凈優(yōu)美。

2.5遠程控制

輻射板熱穩(wěn)定性好，但啟動時，有一定的延遲性，室內溫度需2-3小時趨于穩(wěn)定。機組配有遠程控制，用戶可使用電話拔號，異地操作，提前開啟機組，預冷、預熱房間。

2.6全年運行，減少投資

機組從功能上可分為兩部分：一臺熱泵主機，用于向室內供冷（熱）水；一臺新風換氣機，并設熱泵系統(tǒng)，既可用于除濕，也可用于通風換氣。一年四季，機組可以在不同的模式下運行，為客戶營造清新、舒適的室內環(huán)境。二者有機的結合，節(jié)省用戶的二次投資，又減少寶貴的安裝空間。

3結束語

本文介紹了應用于輻射板系統(tǒng)的土壤熱泵機組工作原理、性能特點等。該機組屬于土壤熱泵的分支，專門用于輻射板系統(tǒng)。

它作為室外系統(tǒng)——綠色環(huán)保節(jié)能的土壤源與室內系統(tǒng)——舒適節(jié)能的輻射板的有機連接，充分發(fā)揮室內、外系統(tǒng)的優(yōu)勢，追求錦上添花的效果；并且針對輻射板供冷的獨特性，機組設置除濕循環(huán)，開發(fā)了除濕控制程序，以滿足輻射板正常工作的要求。機組引進新風系統(tǒng)，提升了室內空氣品質。

應用于輻射板系統(tǒng)的土壤熱泵機組已在北京王府家園別墅內成功運行多年，機組的季節(jié)性能系數高，僅制熱一項，與燃油爐相比，至少可節(jié)省一半的費用；夏季室外干球溫度37℃，室內依然保持24℃，舒適宜人；客廳鋪設大理石地面，無凝露現(xiàn)象。地下?lián)Q熱管運行穩(wěn)定。不少專家前去參觀、指導，其運行效果受到一致好評。

參考文獻

1趙育根，李強民.建筑熱能通風空調，1999，1（18）：30~32

2魏唐棣，胡鳴明，丁勇等.暖通空調，2000，1（30）：12~14

3蔣能照，主編.空調用熱泵技術及應用，北京：機械工業(yè)出版社，1997

4徐偉，等譯.地源熱泵工程技術指南，中國建筑工業(yè)出版社，2001