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跨临界CO_2热泵地板辐射采暖系统研究

刘建林  
【摘要】:伴随着我国城镇化速度的加快,建筑能耗占社会总能耗的比重也越来越大。地板辐射采暖系统由于具有运行节能、热舒适性好和不占用室内面积等优点得到广泛应用。热泵作为一项高效节能技术,适合作为地板辐射采暖系统的热源,但常用热泵工质具有臭氧层破坏或温室效应,已面临淘汰。本文以某独立别墅为对象,采用理论分析和仿真模拟的方法,研究跨临界CO2热泵地板辐射采暖系统的应用,对于节约能源消耗和保护自然环境具有重要意义。 本文根据能量平衡方程和人体生理调节特点,分析垂直空气温差和水平空气温差等影响热舒适性的因素,给出地板辐射采暖系统的室内热舒适性评价方程。为郑州市某别墅的地板辐射采暖系统设计提供理论指导。 由于热泵装置的能效高于传统的锅炉采暖热源,并且CO2工质作为自然工质,没有臭氧层破坏以及温室效应极小,所以采用跨临界CO2热泵作为热源。根据室外气象参数和建筑条件等,进行了负荷计算;管路敷设方案设计;跨临界CO2热泵的压缩机、节流机构选型,气体冷却器、蒸发器的设计计算。为确定系统运行的温度范围,运用FLUENT软件进行数值模拟,结果表明:当地板辐射采暖进水温度在36-42℃之间时,主要活动空间平均PPD10%,可为人们提供舒适的热环境。 为进一步研究跨临界CO2热泵地板辐射采暖系统性能,建立压缩机、气体冷却器、节流阀、回热器和蒸发器的稳态模型,分析采暖回水温度、采暖水流量、环境温度和空气流量等外部参数对系统性能的影响。结果表明:采暖回水温度的升高会导致气体冷却器换热性能下降;采暖水流量对室内温度场和气体冷却器的换热量影响不大;环境温度的升高有利于提高系统性能;空气流量的增大也有利于提高系统性能,但当其达到设计流量后,增益较小。 以上分析表明,采用跨临界CO2热泵的地板辐射采暖系统,可高效提供舒适的室内环境,并且.无工质替代问题。


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