摘要：以重庆地区某别墅作为研究对象，热源为土壤源热泵(两台压缩机并联)，室内采用地板辐射供暖系统。热泵机组采用两种控制方式，控制方式l为地板辐射供暖系统回水温度控制，当回水温度高于设定值(40℃)时，单台压缩机运行，当低于设定值时，两台压缩机运行。控制方式2为室内温度控制，当室内温度高于l8℃时停机，低于16℃时开机。对两种控制方式下的供暖系统能效比进行了实验计算，当采用控制方式2时，供暖系统的平均能效比较高。

关键词：土壤源热泵；  地板辐射供暖系统；  控制方式；  能效比

Control Method of Heat Source of Radiant Floor Heating System Combined with Ground-source Heat Pump

Abstract: A villa in Chongqing area that takes ground-source heat pump(two compressors in parallel)for the heat source and takes advantage of radiant floor heating system in the rooms is chosen for study. The heat pump unit adopts two control methods. The first control method is that the return water temperature of the radiant floor heating system is controlled. Only one compressor works when the return water temperature exceeds the set point(40℃)，and two compressors work if the return water temperature is less than the set point. The second control method is that the in.

door temperature is controlled. The heat pump unit stops when the indoor temperature exceeds 18℃,and starts if the indoor temperature is less than l6℃. The energy efficiency ratio of heating system using two control methods is calculated experimentally. The average energy efficiency ratio of heating system using the second control method is more than first control method.

Key words: ground-source heat pump j radiant floor heating system；control method；energy efficiency ratio

土壤源热泵以其节能、环保等优势得到迅速发展，地板辐射供暖也由于舒适性强、节能、供水温度较低等特点而受到行业青睐。土壤源热泵与地板辐射供暖系统的结合，充分利用了二者的优势^[1]。本文结合工程实例，对土壤源热泵+地板辐射供暖系统(以下简称联合供暖系统)在不同热源控制方式下的能效比进行比较。

1 联合供暖系统的特点

空气源热泵+风机盘管供暖系统的应用较为广泛，技术也很成熟。由于空气的流动性很好，空气源热泵+风机盘管供暖系统在从室外取热和向室内放热的过程中几乎没有时间延迟，在较短的时间内，能够实现供暖系统的稳定运行。但在空气源热泵关机后，室内空气温度会很快下降。

联合供暖系统与空气源热泵+风机盘管供暖系统有较大的不同。在地板辐射供暖系统中，被热水加热的地板与围护结构进行辐射传热，使围护结构内壁面温度升高，围护结构内壁再加热室内空气。因此，采用地板辐射供暖系统的房间，围护结构内壁面温度要比室内空气温度高。当热泵机组停止运行后，由于围护结构的热惰性，其内壁面仍保持较高的温度，可持续提供热量。因此，室内空气温度并不像采用空气源热泵+风机盘管供暖系统那样立即下降，而是在较长的时间内缓慢下降。

2 实验系统及测试方法

2.1 实验系统

将重庆虎溪某别墅作为实验地点，建立联合供暖系统。别墅分为两层，共8个房间，总供暖面积为224m²。地板辐射供暖系统的地盘管采用回形敷设方式(盘管间距为200 mm)，材质为PE-RT，内直径为l6 mm。热泵机组额定制热量为28.9 kW，额定输入功率为7.7 kW。

考虑到热泵机组对负荷适应性和地板辐射供暖系统的热惰性，采取了两种热源控制方式：控制方式1，地板辐射供暖系统回水温度控制；控制方式2，室内温度控制，以1楼测试房间室内温度作为控制参数，测试房间的供暖面积为ll.2 m²。

①控制方式1

为适应房间热负荷变化，热负荷高时，两台压缩机同时工作；热负荷低时，单台压缩机工作。压缩机运行数量由设定的地板辐射供暖系统回水温度控制，当回水温度小于40℃时，启用两台压缩机；当回水温度大于等于40℃时，单台压缩机运行。

②控制方式2

考虑到采取地板辐射供暖时人体实感温度比室内温度高l～2℃，因此室内温度范围设定为l6～18 ℃^[2]。当室内温度上升至l8℃时关闭热泵机组，并关闭地埋管换热器、地板辐射供暖系统循环泵。当室内温度降至16℃时开启热泵机组，并开启地埋管换热器、地板辐射供暖系统循环泵。

2012年l月5日、6日分别针对控制方式1、2进行实验。天气为多云或小雨，室外空气干球温度为4.9～9.0℃，相对湿度为78％～96％。

2.2 测试方法

在测试期间，对室内温度、地埋管换热器进出水温度及流量、地板辐射供暖系统供回水温度及流量、热泵机组耗电功率、地埋管换热器循环泵耗电功率、地板辐射供暖系统循环泵耗电功率进行了实测。

室内温度由温湿度自记仪测量。地埋管换热器进出水温度测点设置在分集水器上，地板辐射供暖系统供回水温度测点设置在热泵机组冷凝器进出口，温度采用水银温度计测量，将水银温度计用AB胶固定在相应的测点位置。地埋管换热器循环水流量、地板辐射供暖系统循环水流量由转子流量计测得，转子流量计安装在相应管道上。分别采用3台电功率表记录热泵机组、地埋管换热器循环泵、地板辐射供暖系统循环泵的耗电功率。

室内温度的测量间隔为l0 min。地埋管换热器进出水温度、地板辐射供暖系统供回水温度的测量间隔先是l0 min，待系统稳定后测量间隔变为30min。流量、耗电功率的测量间隔均为1 h。

3 测试结果与分析

分别在2012年1月5日、6日进行控制方式1、2的实验研究，测试时间为10：00-21：00。根据实测数据，对地埋管换热器与土壤换热量Ф_ex、地板辐射供暖系统供热量Ф_r、联合供暖系统瞬时能效比I_EER进行计算。

地埋管换热器与土壤换热量Ф_ex的计算式为：

式中 Ф_ex——地埋管换热器与土壤换热量，W

     c_p——水的比定压热容，J／(kg·K)

     ρ——水的密度，kg／m³

     q_ex——地埋管换热器循环水流量，m³／s

     t_ex,out——地埋管换热器的出水温度，℃,

     t_ex,in——地埋管换热器的进水温度，℃,

地板辐射供暖系统供热量西，的计算式为：

式中 Ф_r——地板辐射供暖系统供热量，W

     q_r——地板辐射供暖系统循环水流量，m³／s

     t_r,s——地板辐射供暖系统供水温度，℃

     t_r,r——地板辐射供暖系统回水温度，℃

联合供暖系统瞬时能效比I_EER的计算式为：

式中 I_EER——联合供暖系统瞬时能效比

     P_hp——热泵机组耗电功率，w

     P_ex,p——地埋管换热器循环泵耗电功率，w

     P_r,p——地板辐射供暖系统循环泵耗电功率，W

两种控制方式下Ф_ex、Ф_r、I_EER随测试时间的变化分别见图1、2。对于控制方式1，由于测试期间Ф_ex、Ф_r的变化趋势大致相同，在不影响计算结果的前提下，图1只给出10：00—18：00的测试数据。

由图l、2可知，对于控制方式1、2，在开始阶段，Ф_ex、Ф_r均比较接近，说明这两种控制方式下土壤的初始条件大致相同。由于两种控制方式下，地埋管换热器、地板辐射供暖系统的流量基本保持不变，因此测试阶段P_ex,p、P_r,p也基本保持不变。由实测数据可计算得到，P_ex,p、P_r,p的平均值分别为l.88、1.47 kW，单台压缩机运行时P_hp的平均值为3 kW，两台压缩机运行时P_hp的平均值为5.5 kW。由此可知，在两种控制方式下，P_ex,p、P_r,p占联合供暖系统耗电功率的比例都比较高。

采用控制方式l时，随着单台、两台压缩机切换，Ф_ex、Ф_r、I_EER出现波动。当两台压缩机运行时，Ф_ex的平均值为20 kW，Ф_r的平均值为29 kW，I_EER的平均值为3.1。单台压缩机运行时，Ф_ex的平均值为8 kW，Ф_r的平均值为l3 kW，I_EER的平均值为2.1。经计算可得，控制方式l下，联合供暖系统的平均能效比为2.6。

采用控制方式2时，在运行了约5.5 h后，室内温度达到l8℃，热泵机组、地埋管换热器循环泵、地板辐射供暖系统循环泵关闭。约2 h后，室内温度降低至16℃，以上3种设备开启。运行约2 h后，室内温度再次达到l8℃。经计算可得，控制方式l下，联合供暖系统的平均能效比为3.0。

由图l、2可知，在控制方式l下由单台压缩机运行状态切换至两台压缩机运行状态期间，以及在控制方式2下热泵机组由停机状态切换至启动状态期间，垂，比上一状态结束时有一个小幅度的提升，这主要是由于在两种状态之间土壤温度在一定程度上有所恢复。

4 结论

对于联合供暖系统，当采用地板辐射供暖系统回水温度控制方式时，联合供暖系统的平均能效比为2.6；当采用室内温度控制方式时，联合供暖系统的平均能效比为3.0。

参考文献：

[1] 裴超，康侍民.地板辐射供暖系统与热源系统的联合  运行[J].煤气与热力，2006，26(10)：55-58.

[2] 王子介.低温辐射供暖与辐射供冷[M].北京：机械工业出版社，2004：10-ll.

本文作者：印伟伟 付祥钊

作者单位：重庆大学城市建设与环境工程学院重庆海润节能研究院