关于太阳能热泵低温地板辐射供暖系统的探讨

【摘要】太阳能热泵低温地板辐射供暖系统的热源来源于太阳能热泵，末端就是地板辐射采暖系统，是一种新型的供暖系统，本文围绕该系统，对它的工作原理、主要特点、设计方法等内容开展了具体讨论。

【关键词】太阳能热泵；低温；地板辐射供暖系统

当前，能源供应紧张已经是全球经济发展面临的共同问题。为了缓解能源供应紧张的趋势，开发可再生新能源的需求也越来越迫切。太阳能是一种新型的可再生能源，具有普遍性、清洁性、可再生性等显著优势，经济利用价值高，所以开始在建筑节能系统中被广泛应用[1]。要对太阳能进行高品质和高效率的利用，就需要借助热泵技术。为了进一步提高建筑供暖系统的合理设计，本文对太阳能热泵低温地板辐射供暖系统从如下方面展开了具体分析。

一、太阳能热泵低温地板辐射供暖系统概述

（一）结构组成

集热系统、热泵机组、低温辐射地板供暖板块、蓄热设备和控制系统是该系统的五大组成部分。其中，集热系统包含了多个结构，如太阳能集热器、集热水泵、蓄热器、辅助性热源和相关的管路设备等。供热环路则是由循环水泵、地热盘管、集水器、分水器以及相关的管路设备等共同组成[2]。热泵装置和太阳能集热系统的连接主要是有三种方式：并联式、串联式及双热源式。在这三种热泵中，热源分别为太阳能、环境空气、太阳能和环境空气兼而有之。

（二）工作原理

我们围绕热泵，对该系统的热源供应、热能蓄积和热量释放这一基本运行的流程进行说明。在晴朗的白天，太阳的辐射产生的热能经过转化之后，就可以由集热器中的载热介质（一般为水、空气及防冻液等）吸收，然后进入到蓄热的水箱中。水箱中设有换热盘管，在该装置的作用下，一部分热能可以传送给蓄热介质[3]。当这些热能进入到蒸发器之后，就会和热泵进行热能交换，通过热泵循环就可以实现热能的供应。即热介质的温度下降后，经过管道泵，就可以返回到集热器，完成循环过程。

在晚上或者阴雨天气，蒸发器中流出的载热介质就不会经过集热器，而是会经由旁边的管道进入蓄热的水箱，吸取足够的热量之后，就会回到蒸发器，在热泵的作用下供应热能。如果蓄积的热量不足，就由辅助热源加以补充。热泵中的冷凝器和供热环路是连接在一起的，当循环介质的温度升高之后，就会进入地板盘管进行热能交换和释放，温度下降后，再经过循环泵促进冷凝器对热能的吸收，完成循环。

二、该系统的主要优势和不足

（一）该系统的主要优势

①有助于增强室内环境的舒适度。这是因为好该系统的热量供应主要是通过地下的辐射换热盘管完成的，充分利用了地面自身所蓄积的辐射，促进了热量的散发，能够将这一空间内的状态保持在一个相对稳定的状态。这种供暖最大的特点就是足暖头凉，适应了人体的生理调节特点，所以能给人以舒适感。②有助于节省能源。太阳能是该系统能源的主要来源，因此该系统对常规能源的消耗不多，也为其他新能源的开发和利用提供了新的思路。只需要将1个单位的高位热能输入热泵，就能输出3个单位的热能，所以能节约高位能源。要想达到该系统供暖的最佳舒适度，可以将其供暖的温度，根据室内正常的温度，降低2～3℃，而且也能够节约。③有助于降低采集热能的成本。该系统的集热器可以选择低温平板类型，这样不仅降低采集热能消耗的成本，还可以显著提升聚集热能的效率。这是因为，该系统的加热是从比较低的给水温度开始的，所以可以实现热能的高效聚集，即使集热器比较简单，也可以在日照时间比较短的情况下，高效集热。普通的单层玻璃集热器，在涂上黑漆之后，它的集热效率可以高达70%。

（二）该系统存在的不足

从我国太阳能热泵低温地板辐射供暖系统在应用上还存在如下问题需要结解决：

①提高热泵的性能，对其系统进行优化设计。在保障室内舒适状态的基础上，可以对建筑供热量和热负荷之间的关系采用动态模型进行模拟，计算出所需要的集热范围、储水箱的容量、建筑的面积以及热泵容量，以及它们之间的关系，进行最佳匹配。当然，在设计时还要对建筑等因素进行综合考虑，同时满足建筑美观和太阳能的一体化。②合理运用自动控制系统。尽量实现太阳能的集热系统和热泵供暖系统的自动切换，按照预先设置参数实现智能化控制，提高集热效率和热泵的性能，降低建筑因为供暖产生的能源消耗，实现最佳的节能效益。③结合地区实际情况进行分析，充分考虑太阳的照射角度、当地能源情况和建筑功能等，合理配置太阳能。

三、太阳能热泵低温地板辐射供暖系统的设计方法

（一）确定系统设计的具体参数

低温地板辐射供暖系统对地板表面的平均温度提出了具体的要求：①若地面经常有人停留，则温度应该保持在（26±1）℃左右；②若人在地面停留的时间比较短，温度宜控制在（29±1）℃；③若地面没有人停留，温度可以保持在35～40℃左右；④洗浴池或者游泳池的最佳地面温度在30～35℃之间。

（二）合理安排地板辐射供暖的布局结构

低温地板辐射采暖系统主要是由基础层、保温层、埋管层和覆盖层等四个层次组成的。保温层可以采用聚苯乙烯泡沫塑料板和发泡水泥，厚度以30-45mm为最佳，因为这一层次的主要作用就是控制热量向下的传递量[4]。埋管层则可以采用豆石混凝土和水泥砂浆填充。覆盖层宜采用热阻小于0.05㎡·K/W的材料。加热管的直径应该为De20，主要的材料可以采用交联聚乙烯、聚丁烯等，这些材料的主要特点就是耐高温高压、抗老化和腐蚀的性能较好，具有较好的柔性，能够为施工提供方便。

结束语

综上所述，本文在阐述太阳能低温地板辐射采暖系统的结构和工作原理的基础上，对其提高舒适度、节省能源和降低集热成本的优势进行了讨论，并从实际应用情况出发，对其存在的不足和需要优化的问题和设计方法进行了介绍，希望能为提高供暖效率提供借鉴。

参考文献：

[1]许可，王树刚，蒋爽，等.空气源热泵用于低温热水地板辐射供暖系统的模拟研究[J].制冷技术，2014，01（29）：12-17.

[2]李双双，端木琳，舒海文，等.基于分层室温控制的太阳能热水低温地板辐射供暖系统模拟研究[J].建筑科学，2011，08（19）：61-65.

[3]马洪亭，张传龙，宋肖的，等.太阳能-水源热泵多能互补供暖系统实验研究[J].太阳能学报，2014，11（03）：2152-2158.

[4]曾玲，吴永明，梁春华.太阳能空气能地板供暖系统的设计与仿真[J].建筑节能，2015，09（17）：34-37+41.

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