引言

　　成都地区地处夏热冬冷地区，由于其特有的地理位置导致该地区夏季闷热，冬季湿冷，潮湿期长的气候特点。另外，随着经济和社会的进步，该地区人们对居住环境的健康及舒适要求也逐步提高。目前空调采暖已广泛普及，但主要以对流式空调器为主，存在着噪声大、舒适性差、房间温度不均匀等弊端。相比而言，空气源热泵+毛细管地板辐射采暖具有舒适、节能、美观和节省空间等优势，此外还可以实现生活用热水与空调用热联供，产生更大的经济效益。本文以成都市某户式空气源热泵+毛细管地板辐射空调系统冬季采暖工况进行测试，并以所测数据为基础，对其热舒适性进行分析。研究结果为该系统的推广和优化提供技术数据。

1 测试系统

1.1 实验住宅

　　实验住宅为成都市文星镇某一住宅楼中第十一层住户，总建筑面积为140m2，三室两厅，包括主卧、次卧、书房、客厅等，本实验主要测试房间为次卧室。该建筑围护结构热工参数如表1，用户建筑平面如图1。

1.2 测试系统

　　系统采用热回收式空气源热泵为冷热源，风机盘管和毛细管为换热末端。其中主卧、次卧、书房、客厅及餐厅按设计负荷选择不同型号的风机盘管，主卧、书房、次卧地面及次卧顶面分别铺装毛细管，整个实验测试系统如图2。

　　系统工作原理是夏季利用空气源热泵机组制取7℃的冷水，一部分供给风机盘管冷水盘管，经强制对流换热后，水温上升，回到热泵机组，另一部分将7℃的冷水经板式换热器和混水中心提升至18℃～22℃，供给毛细管末端；冬季由空气源热泵制取热水，一部分经风机盘管对流换热，另一部分供给毛细管末端。风机盘管的流量用管路中的球阀调节流量，毛细管管路流量用混水中心自带的泵或分集水器上的阀门来调节。

　　实验测试时间为2013年1 月23 日，主要对地板表面温度，室内外温湿度，围护构内表面温度，供回水温度进行测试，温度传感器采用铜-康热电偶，通过JTRG—Ⅱ建筑热工温度与热流自动测试系统对所有数据实时观察和自动记录，Testo175 测试室内外相对湿度。

　　实验以次卧地板毛细管辐射采暖为对象，围护结构内表面各布置一个温度测点，在房间中心位置垂直方向距地面0.1m和1.7m布置两个温度测点，在1.7m 同一高度下，靠门侧和靠窗侧分别设置1个测点，室内外各布置1个湿度测点。

2 系统运行特性分析

测试期间为晴天，室外温度为10～15℃、相对湿度为35%～58%。系统于上午10:15启动，运行约2h后关闭。

　　如图3 所示，系统开启后毛细管管供回水温度Inlet、Outlet快速升高，地板升温迅速；开机59min后，毛细管供回水温度达到峰值，供水温度为40.7℃，回水温度为33.74℃。由于主机设定了回水温度限制，系统开始间歇启停，毛细管供回水温度随系统间歇启停而变化，而地板表面则持续升温至12:07(即运行约2h)系统停机时达到最大值30℃，此时室内温度为20℃。

　　热泵系统停止后，毛细管供回水温度迅速下降，地板温度也随之较快下降，而由于地板的蓄热性，室内空气温度表现缓慢下降的趋势，在180min达到17.75℃，之后又随着室外温度的上升而略有提升。

3 热舒适性分析

3.1 一般热舒适性评价

3.1.1 PMV-PPD 计算采 用国际化标准组织ISO7730 提出的PMV-PPD指标来分析地板辐射供暖人体感觉的热舒适程度。PMV与冷热感对应如表2 所示。

PMV[5]模型计算公式为：

　　式中：M为人体新陈代谢产热率，W/m2；H为单位面积新陈代谢产热量，H=M(1-η)，W/m2；η为人体所做机械功占人体能量代谢率的百分数；W为人体对外做功率，W/m2；Pa 为环境水蒸气分压力，kPa；fcl 为服装面积系数；tcl 为衣服外表面温度，℃；tr为平均辐射温度，℃；hc为对流换热系数，W/m2·℃；var 为空气相对风速，m/s；Icl 为衣服热阻值 clo，1clo=0.155m2·℃/W。PPD[5]计算模型：PPD = 100 - 95′ e-(0.03353PMV 4 +0.2197PMV 2 )
对成都地区冬季室内PMV-PPD 计算之前根据当地生活习惯、衣着情况等做以下假设：

(1)分别计算人体新陈代谢率M[5]=50W/m2(相当于静坐、休息)和M[6]=70W/m2(相当于从事轻体力活动)情况下的PMV-PPD。

(2)冬季一般习惯穿棉内衣、毛衣、外套、穿棉袜、棉拖鞋、其衣服对应热阻值可取Icl=l.2col。

(3)hc按本实验实测取3.8W/m2·℃。根据以上公式及假设，计算得M=50，M=70情况下PMV-PPD 如图4 所示。

　　实验期间，室外气温在9～18℃变化，当人体处于静坐状态时，PMV指标控制在0.8～0.6 之间，PPD 指标控制在18%以内；当住户从事轻体力活动时，PMV 指标控制0.33～0.43 之间，PPD指标控制在19%以内，虽然不满足ISO7730 推荐标准[5]：-0.5≤PMV≤0.5，PPD≤10%，但却能够很好的满足我国热舒适性推荐值-1.5

　　3.1.2 平均辐射温度、作用温度和室内空气温度平均辐射温度(Mean Radiant Temperature)的高低，直接影响人体环境表面的热辐射损失的大小，所以平均辐射温度是热舒适研究中的一项重要指标。对于高度小于4m的房间，平均辐射温度可以简化为个表面温度对于各自表面积的加权平均。其中围护结构内表面平均温度采用各个表面的面积加权平均温度[6]，即：

　　式中，Ai为围护结构i 的面积权重系数，ti为围护结构的表面温度。作用温度(Operative Temperature)表示了空气温度与平均辐射温度两者对人体的热作用，可认为是室内气温与平均气温按相应的表面换热系数的加权平均值，当室内空气流速小于0.2m/s 时，作用温度可表示为平均辐射温度和室内空气温度的平均值，即：

　　式中，ta为室内空气各测点温度的平均值。

　　图5 给出了室内作用温度、平均辐射温度、室内空气温度、室内温湿度随时间的变化曲线。系统开启后，室内作用温度、平均辐射温度、室内空气温度均随之迅速升高，一直到开启130min(系统停止运行约10min)后达到最大值20.26℃，这是由于地板的辐射作用使系统停机后温度仍会升高。之后各个温度值开始逐渐下降，并于180min 后随室外温度的升高略有提升。根据ISO7730 的热舒适推荐值来分析(作用温度推荐20～24℃)，该系统运行过程中稳定运行工况的50min(70min～120min之间)中只有20min达到了推荐值范围。

3.2 局部热舒适性评价

(1)垂直高度温度分布

　　图 6 给出了测试期间房间中间垂直方向地板、0.1m高度、1.7m高度、顶板的温度随时间变化曲线。垂直方向温度分布为3 层，地板表面至0.1m高度处为第一层，温差较大，最大达10℃，说明毛细管地板辐射供暖空气温度分布完全依赖于辐射供暖造成的空气温差形成的自然对流。在工作区域0.1m～1.7m 中温度差异较小，不超过1℃，其温度梯度不超过-0.625℃/m，满足 ISO7730 舒适性标准；在1.7m 至屋顶处温度变化增大，最大温差为2.3℃。由此可得空气源热泵毛细管地板采暖在室内房间高度上虽有温度分层现象，但在工作区域内温度梯度满足舒适性要求。

(2)围护结构表面温度分布对于辐射供暖还需考虑不对称辐射与热舒适的关系，辐射的不对称性是指由于围护结构表面温度的差异导致人体感到自身局部的冷热差异。由图7可得，测试期间最大温差出现在地板和顶板之间，给人脚暖头凉的舒适感觉，其余围护结构内表面温度均与其室内空气温度相近，辐射不对称性较小。

4 结论

　　本文通过对空气源热泵+毛细管地板辐射采暖系统冬季运行工况及室内热舒适性评价分析得出以下结论：

　　(1)系统开启后毛细管管供回水温度快速升高，地板升温迅速；开机59min后，毛细管进出口温度达到峰值，由于主机设定了回水温度限制，系统开始间歇启停，毛细管供回水温度随系统间歇启停而有规律的变化，而地板表面持续升温至系统停机时达到最大值，温度并随之较快下降；而由于地板的蓄热性，室内空气温度表现缓慢下降的趋势。

　　(2)测试期间，在M=50 时，PMV 在0.8～0.6 之间，PPD 在18%以内；当M=70 时，PMV在0.33～0.43 之间，PPD在19%以内，能够很好的满足我国热舒适性推荐值-1.5

　　(3)系统运行测试期间，东西南北围护结构表面温度分布均匀，工作区域垂直温度梯度很小，空气温度分布比较均匀，而且沿垂直方向上形成上低下高的负温度梯度，使人产生“脚暖头凉”的舒适感觉，室内由温差引起的对流活动缓慢，减少了尘埃飞扬，细菌传播，创造出健康、卫生的室内环境。