重庆村镇地区空气源热泵毛细管辐射供暖系统实验研究

摘要

近年来，在国家社会主义新农村建设、西部大开发、统筹城乡发展试验区、成渝经济区等一系列国家和区域发展的良好机遇下，重庆地区的村镇建设得到了快速发展，旅游业等特色产业得到了迅速增长，村镇居民生活水平也大幅提升。重庆位于夏热冬冷地区，冬季阴冷潮湿，每年寒冷天气有2~3个月，冬季不设供暖系统时，室内温度低于热环境卫生学的下限温度，影响人们的身体健康和工作生活，随着经济的发展，村镇居民对冬季供暖的需求越来越高。目前村镇地区主要供暖方式有空调热风供暖、电暖气、薪柴取火等，然而舒适性和节能性尚远不能满足人们的需求。毛细管辐射供暖末端因其具有舒适、升温快、可以利用低温热源、占用空间小等优点逐渐得到推广和应用。空气源热泵利用空气源作为低品位热源，既可以夏季供冷又可以冬季供暖，满足夏热冬冷地区的气候要求，并且具有节能、安装灵活等特点，特别适用于分散供暖，因此本文将空气源热泵与毛细管辐射供暖末端进行组合，探究其在重庆村镇地区冬季供暖的适用性。
　　首先，通过调研实测，得到村镇居民对冬季供暖的需求、冬季供暖现状以及重庆村镇建筑的主要形式，搭建实验平台，建立空气源热泵毛细管地板辐射供暖系统，在2013年12月至2014年3月冬季，进行空气源热泵毛细管地板辐射供暖实验研究，实验工况设为不同供水温度（30℃、35℃、40℃、45℃、50℃），得到该系统在重庆村镇建筑中的运行性能和特性参数。实验结果表明：空气源热泵毛细管地板辐射供暖系统性能是空气源热泵机组和毛细管辐射末端性能耦合而成，供暖效果受供水温度和室外环境温度影响较大，而室外环境对围护结构的影响较大，本文通过对实验测试数据分析了各因素对空气源热泵毛细管地板辐射供暖性能的影响，为各参数的优化设计提供了方向。
　　然后，在实验数据的基础上，利用FLUENT软件进行数值模拟，对毛细管辐射供暖末端进行优化，模拟结果表明：1.地面装饰层导热系数对室内供暖效果影响大，在相同35℃供水温度情况下，常见装饰层瓷砖表面温度比木地板表面温度高7.9℃左右；2.从室内温度场均匀性出发，毛细管辐射末端铺设位置优先考虑地板，其次是吊顶，最后是墙壁；3.提高围护结构保温效果有利于提升地板辐射供暖效果，针对目前重庆村镇建筑围护结构，最先需要提高保温效果的是屋面，其次是外墙和外窗；4.提高村镇建筑围护结构保温性能，可以降低空气源热泵机组供水温度，提高机组COP。

目录

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英文摘要

目录

1 绪 论

1.1 课题研究背景及意义

1.2 低温热水毛细管辐射供暖技术简介

1.3 国内外研究现状

1.4 存在的问题及研究目的

1.5 论文研究内容

1.6 本章小结

2 实验平台搭建

2.1 村镇建筑情况调研

2.2 实验平台搭建

2.3 本章小结

3 毛细管地板辐射供暖传热分析

3.1 毛细管地板辐射供暖传热机理

3.2 毛细管地板辐射供暖传热过程数学模型

3.3 本章小结

4 毛细管地板辐射供暖末端实测分析

4.1 启动阶段响应情况

4.2 稳态运行时温度波动

4.3 关机后温度衰减情况

4.4 毛细管辐射供暖供热能力

4.5 本章小结

5 空气源热泵机组实测分析

5.1 空气源热泵机组参数介绍

5.2 空气源热泵机组能耗实测分析

5.3 空气源热泵COP变化与运行除霜问题

5.4 运行费用分析

5.5 本章小结

6 数值模拟验证

6.1 模拟软件简介

6.2 物理模型建立

6.3 数学模型的建立

6.4 边界条件设置

6.5 求解方法

6.6 模拟结果分析与验证

6.7 本章小结

7 室内热环境的数值模拟与优化分析

7.1 不同地面装饰层对地面散热的影响

7.2 不同敷设位置对毛细管辐射供暖的影响

7.3 围护结构保温性能对辐射供暖效果的影响

7.4 本章小结

8 结论与展望

8.1 主要结论

8.2 研究展望

致谢

参考文献

附录

A. 作者在攻读硕士学位期间发表的论文目录

B. 作者在攻读硕士学位期间参编的标准

C. 作者在攻读硕士学位期间参加的科研项目

D. 作者在攻读硕士学位期间参加的社会实践活动

E. 调研测试问卷内容