地源热泵实验指导书(1)

地源热泵结合辐射供冷供热系统测试实验指导书

一.实验目的

1.理解低温地板辐射供冷及供热系统的传热实验的基本原理；

2.熟悉辐射供冷及供热系统的传热实验平台的结构形式；

3.了解地源热泵系统的工作过程；

4.熟悉整个试验平台的控制原理及系统的传热原理；

二.实验原理

地源热泵地板辐射供热系统由集热系统、热泵、供热系统环路组成。集热环路主要包括：埋地换热器、集热水泵及管路系统组成；供热环路主要包括：地热盘管、循环水泵和管路系统。试验平台主要包括室外埋地换热器系统、热泵机组系统、地板辐射盘管装置以及计算机测控系统等四部分组成。其测试平台原理图下图所示：

图1 地源热泵结合低温辐射供冷及供热系统

楼板表面应采取保温隔热措施，防止热量向下传递。本次实验采用的是厚度为12mm 的苯板，苯板表面有一层极薄的金属反射层——铝箔，可以有效减少向下的辐射散热，苯板之间通过透明胶布粘合。地板构造如下图所示：

图2 地板构造详图

在苯板层的上面铺设水管，水管选用的是PEX交联聚乙烯管，管径为φ20mm。这种管材具有良好的耐温性能，抗腐蚀力强，耐压性能好(能够承压 1.2Mpa)，并且易

弯曲变形。在水管铺设完后进行混凝土浇筑前要进行试压：先用空气压缩机进0.8Mpa 的气压实验；然后用自来水进行0.75Mpa 的水压实验，确保管道的严密性。

在热泵机组的主机的水源侧和用户侧都布置热电偶用来测试水源侧的进出水温度，计算出机组水侧的供热量（供冷量）。如下式：

in out p h t t c W Q -=ρ1

式中W ——系统内水流量，s m

/3

；

ρ——水的密度，3/m kg ；

p c ——水的定压比热，取℃/1019.43⋅⨯kg J ；

out t ——换热器出水平均温度，℃；

in t ——换热器进水平均温度，℃。

三. 实验对象

实验对象为室外地埋管系统相连接的热泵机组的系统及地板辐射盘管系统。 其主要设备如下： 1. 压缩机1台

2. 蒸发器1个，冷凝器1个

3. 膨胀阀1个

4. U 型竖埋管

5. 地板辐射盘管

6. 循环水泵3台

四. 实验装置

1. U 型地埋管系统

2. 设备间

3. 试验房间

4. 热电偶

5. 红外线辐射测温枪

6. 循环水玻璃转子流量计

7. 空气温湿度自动记录仪

8.

计算机

五. 实验步骤

1. 熟悉地源热泵结合低温辐射供冷及供暖系统传热实验平台；

2. 测量室外空气温度及湿度；

2．开启地源热泵机组和机组相对应的水泵； 3．设定热泵机组的回水温度；

4．待热泵机组运行一定时间后，观察热泵机组运行是否稳定，若还是不稳定，应检查热泵机组可能出现的问题；

5．待热泵机组运行稳定后，利用空气温湿度自动记录仪测量室内空气 温湿度； 6.在地板、墙壁、顶棚上均匀布置测量点，测量开始测量地板温度、墙壁温度及顶棚温度及同时测量水侧及用户侧得水流量和温度，记录各测量4次（每15分钟一次）； 7. 根据热泵连接的计算机，读出热泵压缩机的电流，测量水泵运行时的电流； 8．实验数据处理；

六. 数据处理

1． 水侧供热量

in out p h t t c W Q -=ρ1 （6-1）

式中W ——系统内水流量，s m

/3

；

ρ——水的密度，3/m kg ；

p c ——水的定压比热，取℃/1019.43⋅⨯kg J ；

out t ——水侧换热器出水平均温度，℃；

in t ——水侧换热器进水平均温度，℃。

3. 用户侧得热量

in out p h

t t c W Q '-'=''1ρ （6-2） 式中W ——系统内水流量，s m

/3

；

ρ——水的密度，3/m kg ；

p c ——水的定压比热，取℃/1019.43⋅⨯kg J ；

out t ''——用户侧出水平均温度，℃；

in

t '——用户侧进水平均温度，℃。 3．每米管长供热量)/(m W

q l

l

Q q hl

l =

（6-3）

式中l ——埋管长度，m 。

4．辐射地板板面以辐射和对流综合换热形式与室内其他表面和空气进行热交换，其换热量可根据室内温度以及地板表面温度及辐射板安装形式求出。可根据以下方法计算：

dl fs z q q q += （6-4）

z q ——地板总散热量，2/m W ；

fs q ——地板辐射散热量，2/m W ；

dl q ——地板与空气对流散热量，2/m W ；

1） 辐射散热量计算

⎥⎥⎦

⎤

⎢⎢⎣⎡⎪⎭⎫ ⎝⎛+-⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+=∑=445

1

100273100273k j k ik ik fs t t q ϕσε （6-5） 式中σ为斯忒藩－波尔兹曼常量，等于()42/67.5K m W

⋅；ik ε为表面 j 与表面 k 之间

的系统黑度；ik ϕ为表面 j 与表面 k 之间的辐射角系数；j t ，k t 为表面 j ，k 的内表面温度，

℃。

为方便计算，可简化为

⎥⎥⎦

⎤

⎢⎢⎣⎡⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+-⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+=4410027310027398.4f pl fs t t q （6-6）

pl t ——辐射板表面温度，℃；

f t ——室内各非加热表面平均温度，℃；

其中由于室内各非加热表面温度的不同，f t 近似以面积加权平均温度表示

()∑∑=n

t n f

F

t F t ； （6-7）

n F ——房间各非地板表面面积，2m ； t t ——室内各非地板表面温度，℃；

2） 对流换热量 ()n pj c dl t t q -=α （6-8）

c α——对流换热系数，℃⋅2/m W ；

n t ——室内空气温度，℃；

夏季工况，冷却地板属于冷面朝上的自然对流换热，其对流换热系数为