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刘东:《空气源热泵两联供系统舒适度及能耗实测研究》_暖如家

6月21日,“中广欧特斯杯”中国健康舒适系统产业峰会暨《户式空气源热泵冷暖两联供工程技术导则》解读及行业推广论坛隆重召开,本次大会吸引了全国地区500余产、供、销行业朋友的到来,行业精英共聚一堂,探索行业新技术、畅聊行业新局势,现场气氛甚是火爆。现将部分精彩演讲内容提炼整理,以罄未能到场的行业朋友。

演讲嘉宾:西南科技大学博士、副教授、硕士生导师,西南科技大学建筑环境与能源应用工程专业学科带头人刘东

演讲主题:《空气源热泵两联供系统舒适度及能耗实测研究》

西南科技大学博士、副教授、硕士生导师,西南科技大学建筑环境与能源应用工程专业学科带头人刘东

我国社会主要矛盾是人民日益增长的美好生活需要和不平衡不充分的发展之间的矛盾。美好生活需要更舒适的居住条件。我国从五十年代至今,选择建筑的标准从最早的有啥住啥,慢慢到房子越盖越大,居住条件有了质的飞跃。加之最近三胎政策的号召,因此导致小户型可能卖得没有大户型那么好。经过长期的发展过程,会发现人们所追求的房子是用来住,而真正用来住房子是需要室内环境保障系统。就整个的室内环境保障系统而言,正引起人们的广泛关注,也正是社会主要矛盾解决的开端。

很多人在提双碳政策,即碳达峰、碳中和。建筑是能源消费的三大领域之一,从而也使造成直接和间接碳排放的主要责任领域之一。我国建筑能耗占了总能耗的三分之一,而建筑的运行过程,就是保障现阶段舒适居住的过程。

成都已经计划集中供暖,成都燃气公司提出装暖气片或地暖的方案,每个月的运行费用交给运营公司,居民缴纳初装费。但是真正应该解决的问题是供暖费用问题,以及如何才能实现供暖,南方供暖如何实施的问题。空气源热泵火起来是因为北方的煤改电政策,煤改电已趋近尾声,这些厂商不能倒闭,所以就到南方寻求机会。南方人民生活水平不断提高,人们对舒适度要求也越来越高,南方供暖势在必行。

就整个建筑而言,土木工程是做骨架的,建筑学是做皮肤的,而真正要解决问题是建筑行业能源,呼吸系统,冷暖血液系统,神经接触与控制系统,是真正使一个建筑活起来的核心驱动,这项任务任重道远。

了解了基础背景,就应该有相应的动作。首先要考虑如何把屋子里的余热余湿消除掉。冬天供暖本质上也是消除预热的过程,冬季温度低,热量流失,所以供暖就是加热过程。以夏天为例,太阳把墙照热了,通过墙把热量传到屋子里,通过被动的通道,房子热起来了。为了实现房子不热要装空调,同时,建筑还在散湿。

其实对于“热”而言,个人认为很简单,只要把空调开了,就把热量抵消掉了,但是“湿”很复杂的问题,不容易解决。一般情况下,制冷不管是通过辐射板,或者是地面辐射,都是把冷水灌到建筑里带走热量。现阶段能除湿的方法极其有限,目前能除湿的方式是新风深度除湿、溶液除湿等。通过室内的末端带热、带湿,而室内末端基本上分为两种形式:对流末端和辐射末端。辐射末端可以供冷也可以供暖,不能除湿。但是对于对流末端,原则上目前很多的除湿方式都是通过对流末端实现的。通过吸进空气带走空气中的水分,再把冷水带出来。流末端虽然可以除湿,但是要先将温度降低或升高才可以达到除湿条件。

一般情况下常用对流制冷,辐射供暖。当然这两种末端直接用在空气源热泵两联供系统里面的情况存在,如果说得更直接一点,就是地板辐射和分气盘管。二者是可以互换的,也是可以互补的。

如此看来,两联供系统今年来引发行业持续关注的原因就不言而喻了。

首先,厂家推动。关键是因为两联供加了辐射,做采暖以后,对于冬季供暖是比较大的优势。第二,在对流末端温度升高,舒适度提高。如果同时用两个末端,功能性会更好。

从整个发展来看,两联供真正兴起是2016年、2017年。两联供为什么会火起来,有以下两个原因:

第一,在夏热冬冷地区,随着人民生活水平的提高,冷暖需求同在。整个两联供市场也应运而生。

第二,观察成都的气候度可以看出,一年高温长达8760个小时,成都需要供冷。实际上成都的冬天也很冷,供暖需求比供冷需求还要旺盛,因此推断出真正供暖在南方是很重要的一环。

两联供有很多种不同的形式,如何选择要根据具体情况判断。但大体上离不开以下四个方向:体感舒适、呼吸健康、节能环保、安全稳定。

其实两联供的形式从原理上没那么难,但是具体难在流量分配和它的设计上,回归到整个两联供的系统里,如何实现体感舒适,空调通过末端,其他方面无法兼顾。末端如何实现体感舒适是需要大家要去考虑的。

关于到底选择对流舒适还是辐射舒适的问题是没有具体标准的。无论是全部靠辐射,还是全部靠对流,都可能引起不舒适。早些年行业提出了自然风概念,辐射空调加上自然新风可以做到客观上的舒适,每个时代都有不同的要求。

如何做到节能环保,其实跟末端关系不大了,要求主机一定要做到高效的同时,输配系统也要跟上节奏;如何做到呼吸健康,就要依靠新风系统以及两联供系统的配合。安全稳定,也是需要系统的。对于我们不同的要求,解决模式是不同的。节能跟主机、输配系统有关,需要尽量减少输配能耗。只要系统设计合理了,输配系统也能做到能耗最低。减少传热温差,减少过程,减少输配能耗,提高效率,真正从从输配上做到节能,算好输配阻力。实现特定风量的情况下,尽可能选用合适的水泵也是重要的一环。

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为了做好舒适,现在很多人都用的所谓的PMV,下图是舒适性方程,分别对应6个因素:人体代谢率、空气温度、空气湿度、风速、平均辐射温度、服装热阻。现在大多数人都在控制室内温度,而没有控制体感舒适。体感温度概念相信大家并不陌生,举个简单的例子来讲,屋子里26度,但是墙的温度特别低,人会感觉很不舒服,这就是基于体感温度的特点。在干湿一体化地面辐射供冷供暖技术规程,必须基于体感温度考量,以体感温度作为评价,充分考虑动态特性。人体一直要散热,空调地暖作用就是维持人体按照正常比例散热。控制体感舒适就需要考虑PPD和PMV,这是在民用建筑供暖通风与空气调节设计规范50736里面的规范标准,这个不一定友好。民用建筑供暖通风与空气调节设计规范第一次将热舒适性指标纳入室内热环境设计评价,将室内热环境分为两个等级,为了降低室内设计空气温度要求,达到节能。

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通过实验室方法同时也做了一些检测,即运行检测。实验室COP的测试,PMV和操作温度的。前文提及到舒适度是由PMV评价的,但是进行实测后,下面的横坐标是操作温度,操作温度跟PMV是一一对应的关系,所以从实践测试看,要想做到舒适,必须把操作温度放进去。

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夏热冬冷地区首家两联供系统测试实验室

实验室坐落于西南科技大学东9B座5楼。实验室总采暖面积为121.6㎡,中间隔墙,一分为二,分别采用干式地暖和湿式地暖。东西面墙18.9㎡;南北墙为21.6㎡;地面和顶面面积为60.8㎡干式地暖采用PP-RT管10mm,管间距为90mm;湿式地暖采用12mm管;管间距为50mm。建立地板辐射加风机盘管冷(暖)监测系统对实时参数的读取与存储,响应时间<30s,连接实验系统监测点,监测参数包括管道水温T、管道流量Q、输配装置的电量W、机组的电量W、纵向温度T、壁面温度T、室内外环境温度T以及相对湿度等。本实验研究基于双气候补偿技术条件下的供暖系统,为了分析空气源热泵系统作用的室内外温度变化、制热性能的特点及其影响规律。

最后总结一下,两联供是很重要的一环。两联供拥有舒适和节能的基因,未来将会看到碳中和,热泵两联供先行,摒弃温湿度评价,拥抱热舒适体系,在舒适前提下去降低能耗。目前两联供测试数据太少,希望更多的工程数据,两联供拥有了保持建筑舒适的基本措施,夏热冬冷等钱两联供间歇供冷暖可能是一个趋势,未来营造动态热舒适环境,能耗可能会更低。

专业的知识,强大的逻辑,深刻的观点,凝练的语言。刘教授为他的分享做了结语,短短二十分钟的专业分享全场观众意犹未尽,纷纷送上了热烈的掌声。

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