基于平板热管与空气源热泵组合的新型可调辐射供暖终端设计与研究

工程20（2023）192研究土木工程-文章基于平板热管与空气源热泵组合的新型可调辐射供暖终端吴一凡a，b，孙红丽a，b，段梦凡a，b，林伯荣a，b，赵恒新a，b，刘朝宏a，ba清华大学建筑科学系，北京100084b清华大学生态规划与绿色建筑教育部重点实验室，北京100084阿提奇莱因福奥文章历史记录：收到2021年2021年8月25日修订2021年9月1日接受2022年1月4日在线提供保留字：空气源热泵机组的特点结构改进设计最大加热能力快速调节室温分布A B S T R A C T建筑供暖电气化是实现全球碳目标的有效途径空气源热泵作为一种清洁、可持续的电气化供暖技术，在缺乏集中供热的地区得到了广泛的应用。然而，作为空间供暖的主要组成部分，供暖终端可能无法很好地与空气源热泵相匹配因此，本研究提出了一种新型的辐射可调加热终端与空气源热泵相结合，以实现电气化，不导电性，更好的热舒适性。辐射终端目前遭受三个主要问题：有限的最大供热能力，无法自由适应，以及难以将它们与ASHP相结合。这些问题通过改进新型终端的结构设计（改进A-E）得以解决。结果表明，采用新型终端后，最大制热量提高了23.6%，辐射换热此外，新的扁平热管（FHP）设计通过减少暴露的制冷剂管道的长度来提高稳定性（压缩机回油）、不稳定性（制冷剂热惯性）和安全性（制冷剂泄漏风险）。此外，提出了一种新的终端分阶段运行策略，提高了终端的可调性。研究结果可为建筑物通过减少供热末端的碳化提供参考。©2022 The Bottoms.Elsevier LTD代表中国工程院出版，高等教育出版社有限公司。这是一篇CC BY-NC-ND许可下的开放获取文章（http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/）中找到。1. 介绍全球范围内都在控制碳排放以对抗全球变暖.建筑物占全球能源最终使用量的30%-2019年中国的21.1亿吨[2]。因此，减少建筑物的能源消耗，特别是与供暖有关的能源消耗，以实现全球碳减排目标非常重要[3]。在西欧五个高收入、高排放国家进行的研究调查了家庭供暖脱碳问题，发现由于家庭的供暖意识、供暖偏好、收入和文化不同，采用低碳形式的空间供暖的概念对家庭来说极具挑战性[4]。另一项研究表明，空间供暖占总能耗的很大一部分，供暖系统在长期使用方面具有一定的灵活性*通讯作者。电子邮件地址：linbr@tsinghua.edu.cn（B. Lin）。在开发未来的能源系统时应牢记这一点，以保持供需平衡[5]。一些研究者提出，建筑物全面电气化是实现建筑物脱碳、更好地利用可再生能源、保持能源供需平衡的有效途径[6，7]。尽管建筑物电气化具有潜在的好处，但作为建筑物空间加热的重要组成部分的加热终端具有与间歇性、舒适性和电气化前景相关的固有问题。因此，建筑物的全面电气化在保持热舒适性的同时是具有挑战性的，并且必须克服两个加热终端问题，并且电气化与加热终端相结合。散热器、地板采暖和风机盘管是最常用的传统采暖终端类型。散热器和地板供暖提供了极好的热舒适性，然而，它们对用户的可调节性有限，使得难以动态地调节热负荷，并且即使风机盘管高度可变，气流和垂直温差也会导致https://doi.org/10.1016/j.eng.2021.09.0192095-8099/©2022 THE COMEORS.由爱思唯尔有限公司代表中国工程院和高等教育出版社有限公司出版。这是一篇基于CC BY-NC-ND许可证的开放获取文章（http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/）。可从ScienceDirect获取目录列表工程杂志首页：www.elsevier.com/locate/engY. Wu，H.孙，M。Duan等人工程20（2023）192193·热不适[8，9]。研究人员已经尝试改进这种传统的加热方法。例如，Huet al.[10]和Hemadri等人[11]通过增加热交换面积和添加允许更高导热性的材料来改进散热器和风机盘管设计;然而，即使提高了传热能力，热舒适性也没有改善。Wang等人[12]提出了架空地板加热以改善其可调节性，但没有观察到明显的改善效果。由于对流换热和辐射换热的差异，传统的采暖终端难以同时满足间歇性和舒适性的要求。虽然上述研究表明，很难改善传统的加热终端，但已经进行了研究，以开发结合使用新材料和结构的新型加热终端。 在这方面，Chae和Strand[13]开发了一种新的辐射系统，该系统将同心管换热器（HE）嵌入辐射面板中。此外，Li等人[14]提出了一种新颖的组合地板和炕加热终端。但是，加热终端的位置是固定的，导致可调节性差，所以李等[15]提出了一种新颖的垂直可调辐射终端，采用模块化设计的终端。虽然这种方法减少了超过1.5小时的响应时间，加热能力需要进一步提高。基于地板供暖，毛细管供暖由于其灵活性和出色的热舒适性也被广泛提议用于新的终端结构;然而，其低加热能力（79.4- 制热量低和对室内热负荷变化缺乏快速调节能力是新学期需要解决的两个关键问题;上述研究虽然改善了传热，但改善程度有限，可调节性差。气候变化行动计划建议电加热作为一种可行的选择和低碳解决方案，可以通过直接电加热或热泵实现[18热泵比直接电加热更有效，其较低的碳排放使其成为一个有吸引力的选择[22]。因此，空气源热泵作为一种清洁、可靠、可持续的供热技术，在无集中供热的地区得到了广泛的应用。ASHP的主要类型是空气-水和空气-空气热泵[23]。分体式空调是一种常见的家用供暖终端，它采用了空气-空气热泵，并具有一定的可调节性。然而，它们提供的热舒适性特别差，从而导致气流和垂直温差[24，25]。因此，ASHP最近与新型加热终端相结合。例如，Shao等人[26]生产了一种与ASHP耦合的新型制冷剂加热散热器; Dong等人[27]研究了一种基于ASHP的新型辐射对流加热系统;Xu等人[28]使用热管作为ASHP的散热器; Yang等人[29]设计了一种多分割ASHP单元; Zhang等人[30]提出了一种与ASHP耦合的新型蓄热制冷剂加热散热器。虽然这些新型的加热终端与ASHP相结合，改善了与传统分体式空调相关的热舒适性和热问题，例如与辐射对流结构和蓄热相关的问题，但也存在一些明显的问题，例如长暴露的制冷剂管道和大的内部热阻。长时间暴露的制冷剂管道会导致稳定性问题（压缩机油回流）、不稳定性（制冷剂热惯性）和安全风险（制冷剂管道泄漏的风险）。因此，考虑到灵活性、舒适性和电气化要求，以及与新设计的航站楼相关的固有问题，关于现有的加热终端，必须首先解决主要问题问题1（P1）：终端（特别是辐射终端）的最大供热能力有限。问题2（P2）：终端响应室内热负荷变化的调节不良问题3（P3）：将终端与源（特别是ASHP）相结合需要改进。为了解决这些问题，我们提出了一种新的加热ter-technical结构相结合的平板热管（FHP）和ASHP实现可调辐射加热。FHP是提供出色传热能力的薄型组件。如表1和图2所示，它们已广泛用于加热、冷却和制冷系统[31 -39]。1 .一、表1显示了FHP由于其优异的传热能力和薄的物理尺寸而可用于太阳能、废热回收和电子冷却系统。它们通常用于小空间[35];然而，它们的加热能力局限于大空间[36]，加热终端结构需要改进，才能用于加热大空间。为此，提出了一种基于FHP与ASHP相结合的新型辐射可调加热终端。本发明拓宽了供热能力的范围，提高了终端的可调性，便于与ASHP的结合。这些特性是通过使用FHP、优化内部热阻和增加强制对流来实现的。此外，还针对新型终端提出了新的分阶段运营策略，用户对终端的调整能力进一步加强。本文提出的设计可用于为供暖终端电气化奠定基础，使建筑物成为碳中和建筑物。通过结合部分时间和部分空间加热。2. 材料和方法2.1. 一种新型端子图2示出了新型终端的改进结构设计（改进在本研究中，以五种方式（改进(1) 改进A（Imp A）：添加翅片。增加翅片的主要目的通过在端子背面焊接翅片每个鳍的高度为10厘米厚度为0.5 mm，间距为5.5 mm(2) 改进B（Imp B）：增加横流风扇。在强制对流系统中增加横流风扇可增加最大热输出，并允许用户根据室内热负荷调整强制对流风速。通过添加在风扇的末端的两侧被密封以形成封闭的风道。横流风扇优于轴流式风扇，因为它可以降低噪音和空气管道阻力。在冬季，当后贯流风机运行时，冷空气通过终端后部贯流风机的进风口进入室内空间。冷空气由风道内的翅片加热，空气最后从终端下方的出风口排出，保持室内温度均匀。对于冬季采暖，如果出风口位置较高，在采暖方式下的浮力会造成明显的“头热脚冷”，热舒适性较差。因此，终端可以用于加热和冷却。为了防止冷凝水流过两个横流风扇并减少其使用寿命，两个风扇都布置在上角而不是下角。●●●Y. Wu，H.孙，M。Duan等人工程20（2023）192194×··········×××表1FHP在供热、供冷、制冷中的应用。文献年份应用领域图像应用效果Wang等人[31]2021年太阳能利用图 1（a）●提出了一种新型蓄热式太阳能空气集热器（TSSAH）● 平板微热管阵列在热放电过程中表现出● FHP实现了从机柜内部到外部的远距离散热● 微通道平板回路热管热回收系统的瞬时热回收效率维持在81%● 在实验室测试期间，FHP实现的热回收率约为5000 W● FHP在钢铁行业余热回收中的应用潜力是积极的● 热管壁面的平均传热系数达到1.24W·m-2·K-1● 植入热管的墙体在供暖季● 具有高传热性能的热管解决了与热控制电子设备相● 在热管的汽液界面处设计了一种带有凹槽的倾斜式壁面● 用于加热和冷却的FHP显示出较高的热响应速度（180● 用于加热和冷却的FHP具有较高的热均匀性（1.4°C·m-1）● FHP可以在垂直或水平位置工作，用于大功率通信设备的冷却● FHP的最高导热系数为11500W·m-1·K-1● FHP仅用于显热传递，HE用于冷却和冷却● 强制对流同时提高了表面温度（4● 为了实现高的热流密度，FHP用于在冷凝器● 采用FHP的新型热泵的总效率提高了6.02%(3) 改进C（Imp C）：双流动通道。这些提供了在热交换面积的增加，并增加了最大的加热能力。考虑到FHP的工作原理，上通道和下通道与FHP一起用于冷却和加热，使得将来在夏季和冬季(4) 改进D（Imp D）：为制冷剂钻取HE通过在热交换器内部冲孔形成制冷剂通道。这将终端与ASHP更巧妙地结合在一起，并降低了终端的内部热阻。热交换器由长度、高度和厚度分别为97 cm、15 cm和10mm的铜板组成。铜板上钻有直径6毫米的孔.制冷剂通道间距在钻孔后为12 mm，并且每个孔的外侧通过匹配的U形弯头连接以形成封闭的终端侧制冷剂通道。(5) 改进E（Imp E）：用于传热的FHP使用硅润滑脂，FHP粘合到HE（无翅片表面）。FHP是连接终端和ASHP的关键部件，HE的平坦表面与FHP的薄结构非常匹配。对于冬季供暖，内部工作介质下部HE蒸发，热量通过上部HE传递到室内。在冷凝和释放热量之后，工作介质作为液体返回到附接到HE的部分，在那里它再次从HE吸收热量用于传递环热量的FHP最图3示出了每个改进的结构设计与现有加热终端相关的问题之间的关系。值得注意的是，改进的结构设计与个别问题之间不存在直接联系。lems。例如，增加了横流风扇，增强了加热能力和快速调节能力。类似地，在HE中钻孔用于制冷剂流动增加了加热能力，并改善了ASHP和加热终端之间的连接。2.2. 实验系统一种创新的室内加热系统已经在实验室中开发出来，允许手动控制温度。考虑到小型家庭和办公室房间的实际尺寸，实验室的尺寸为3 m3 m 3 m，实验室的南部外墙有一个2 m 2 m的窗户。建筑围护结构的热工参数为：外墙（K= 0.9W m-2 K-1，C= 1.0 5 kJ kg-1 K-1），屋面（K= 0.5W m-2 K-1，C= 0.75kJ kg-1 K-1），外窗（K= 2.8W m- 2K-1）。K和C分别为建筑围护结构的传热系数和比热容。用示踪气体法测得实验室的气密性为0.5h-1。图4示出了实验系统的示意图，其由室内加热终端、室外单元、连接的管道和测量仪器组成。对于室内终端，作为蒸发段的FHP的下部由热源加热，作为冷凝段的FHP的另一部分由热管原理加热FHP抽真空至50%真空度后，充入FHP的总尺寸为0.98 m 0.88 m。FHP表面涂有一层Teflon（发射率：0.95），以增加表面发射率和增强的加热能力的的终端一Weng等人[32个]2021数据中心冷却和热回收图 1（b）Jouhara等人[33个]2017钢铁行业图 1（c）[34]第三十四话2016建筑围护结构图 1（d）Xin等人[35]第三十五届2018电子冷却图 1（e）Sun等人[36个]2020空间加热和制冷图 1（f）Li等人[37个]Wu等人[38个]20212021大功率通信设备冷却除湿图 1（g）图 1（h）Song等人[39]2021热泵图第1（i）段Y. Wu，H.孙，M。Duan等人工程20（2023）192195图1.一、 FHP在加热、冷却和制冷方面的应用：（a）太阳能利用;（b）数据中心冷却和热回收;（c）钢铁行业的废热回收;（d）建筑物围护结构;（e）电子冷却;（f）空间加热和冷却;（g）大功率电信设备冷却;（h）制冷;（i）热泵。PCM：Qi：热管入口热量;Qo：热管出口热量;相变材料; FPV：菲涅尔聚光光伏; RRU：远程无线电单元; MCHP：微通道热管;TEG：温差发电器。转载自refs[31表2中提供了室内和室外单元中使用的部件的描述。在测量点上放置科里奥利质量流量计以获得制冷剂流量，而温度和压力传感器分别放置在蒸发器和冷凝器的入口和出口处。14个热电偶水平和垂直地布置在FHP的前表面上以获得表面温度，并且四个热电偶分别设置在附接到HE的翅片的顶部和底部。三个热电偶分别位于入口、出口和空气确定这三个位置的平均气温。此外，如图5所示，在实验室空间中放置了19个热电偶以获得平均环境温度，并且在建筑物外壳的内表面上放置了6个热电偶。传感器探头由低辐射金属制成，因此辐射影响最小.温度和压力传感器通过数据采集系统以10 s的采集频率将数据传输到计算机所有的热力学和热物理性质都是使用REFPROP软件计算的。Y. Wu，H.孙，M。Duan等人工程20（2023）192196图二. 新型端子：（a）新型端子的改进结构设计;（b）实际新型端子。图三. 现有码头问题改进示意图。Y. Wu，H.孙，M。Duan等人工程20（2023）192197S32·S一=····表2见图4。 实验系统示意图。关闭下部HE和上部HE中的制冷剂通道。在这一点上，大部分热量是通过辐射加热产生的，但也有一定数量的热量通过自然对流传递。在模式2中，贯流风扇以最大风速运行，其中补充了风道内翅片的强制对流传热。在这种情况下，强迫对流传热是由辐射和自然对流增加的。模式3是模式2的延伸。在模式3中，贯流风扇以最大风速运行，并且上HE和下HE的制冷剂通道通过阀控制同时打开。对于不同的模式，加热能力，辐射传热比，并在环境温度上升确定。温度控制在（20.0 ± 0.5）°C，以获得加热能力和辐射传热比。这保证了实验的客观和准确。为了评估传热特性，加热能力Q定义如下：Q¼Ghi-ho×1000= 36001式中G为制冷剂流量（kg·h-1），hi、ho为终端进出口焓（kJ·kg-1）。实验系统室内终端和室外机所用元器件说明。位置组件描述确定了终端的辐射采暖量Qr和对流采暖量QcQr使用平均辐射温度（MRT）方法计算：室内端子HE材料：铜尺寸：97 cm× 15 cm× 10 mmQreArb.T4-MRT4线2号线（长×高×宽）2个内孔直径：6 mm管间距：12 mmFHP材料：铝规格：9.8 cm× 88 cm× 0.5 cm（长×高×宽），10件装料：丙酮（填充率：20%）表面：聚四氟乙烯喷雾（发射率：0.95）与HE的连接：硅脂翅片材料：铜规格：15 cm× 10 cm× 0.5 mm（长×高×宽），150片翅片间距：5.5 mm与HE连接：焊接风机类型：贯流风机其中e是表面发射率;A代表辐射板的表面积（m2）;rb是5.67× 10- 8W·m-2·K-4，Ts为航站楼表面温度（K），MRT为平均辐射温度（K）。Qc计算为强制对流加热能力Qf和自然对流加热能力Qn之和：Qf¼cqVTo-Ti3利用无限空间自然对流的表达式，可以计算出自然对流的发热量QnNusseltNu和GrashofGr数可以表示如下：尺寸：105 cm× 5 cm× 5 cm，进风口长度98.6 cm转速：0-公司简介¼c·Ranð4Þ风量：0-声音：32分贝Gr¼gaT-Tlv5出风口尺寸：98 cm× 6.5 cm（长×高）室外机压缩机类型：密封旋转立式单-气缸电机压缩机（QX-B146C 030 A）位移：14.6 cm3额定制热量：2100 W制冷剂类型：R22装料：0.90公斤HE铜管：长度、外径、内径分别为36.4 m、7 mm和6 mm管道间距：20mm路径：2翅片厚度：0.1 mm翅片间距：1.8 mmL：长度;H：高度;W：宽度。2.3. 实验条件通过对新型加热端子的结构进行改进，得到三种加热模式：模式1、模式2和模式3（如图6所示）。电磁阀布置在上通道和下通道中。模式1是没有强制对流的最基本的操作模式电磁阀调节开度，式中c为空气的热容，1005J kg-1 K-1;q为空气的密度（kg m-3）;V为强制对流时的空气流速（m3 s-1）;c和n为不同流动和传热条件下的系数，可通过查阅经验公式表求得;Pr为普朗特数，Ra为瑞利数;g为重力加速度（m s-2）;a为体积膨胀率系数（K-1）;l代表特征长度（m）;v为运动粘度（m2·s-1）;Ti、To、Ts为入口、出口和Ta是环境温度（°C）。因此，Qn和Qc可以表示为：Nu<$Knl=k 6Qn¼KnATs-Ta 7Qc¼QfQn式中Kn为自然对流换热系数（W·m-2·K-1），k为空气导热系数（W·m-1·K-1）。辐射传热比b可以表示为：b<$Qr=Q×100%nY. Wu，H.孙，M。Duan等人工程20（2023）192198··图五. 实验室内测量点示意图图六、新型终端提供三种加热模式：（a）模式1，（b）模式2，（c）模式3。因此，从源到终端的热传递Q与从终端到房间的热传递Qr+Qc进行比较，以验证实验结果的准确性，如第4.5所述。为保证实验结果的客观性和准确性，在室外温度为1-2 °C时，三种运行模式下室内初始温度均控制在7-8 °C。 为了比较和分析环境温度的上升，我们研究了三种操作类型的室内平均温度随时间的变化。此外，还探讨了不同强制对流风速下的制热量和室温分布，并将室温控制在近似20 °C，以确保实验结果的客观和准确。最初，通过旋钮将终端的出口风速控制在2.0、1.5、1.0、0.5和0 m s-1，对应于458.6、344.0、229.3、114.7和0 m 3h-1的风量，以校准贯流风机的基本运行条件。然后在这些操作条件下进行分析。2.4. 实验仪器表3和图7总结了用于测量不同参数的实验仪器，例如表面温度、入口和出口空气温度以及流速。3. 结果3.1. 解决问题1：提高最大制热量新型终端在模式1、2和3下的供热能力如图所示。8.第八条。结果表明，通过增加翅片（方案A）和横流风扇（方案B），终端的最大制热量从模式1的1649.9 W增加到模式2的2039.6W运行时室外温度（1供热能力提高了389.7 W，比模式1高23.6%。然而，在这方面，双流道（选项C）未能达到预期效果，并且模式3提供比模式2更低的加热能力。方案C有两个局限性：终端的最大供热能力受到压缩机的限制，FHP的运行状态影响双流道。模式2只有下部HE运行，FHP正常运行（下部：蒸发器;上部：冷凝器）。然而，在模式3中，上HE和下HE的同时操作影响FHP的正常操作状态，一定程度图1是新型加热终端和传统FHP的空间加热能力的比较。 9在相同的室内温度20 °C下。传统终端由FHP、无翅片热水管、风扇、钻孔HE和表3实验仪器规格。kg·h-1测量温度仪器图像测量数据单元精度t型热电偶图 7（a）表面温度和环境温度摄氏度0.050 ±0.050压力变送器（MIK-P300）图 7（b）冷凝器、蒸发器MPa±0.006风速计（TJHY FB-1A）科氏质量流量计图 7（c）图 7（d）出口风速流量m·s-10.050 ±0.0500.005 ±0.005电力数据记录仪（WGLZY-1）图 7（e）室外机及风机W±2%红外成像仪（TESTO-875）图 7（f）红外图像-标定Y. Wu，H.孙，M。Duan等人工程20（2023）192199见图7。 规格实验仪器：（a）T型热电偶;(b)压力变送器;（c）风速计;（d）科里奥利质量流量计;（e）电力数据记录器;以及（f）红外成像仪。见图8。 不同运行方式下的制热量。其他改进的结构设计[36]。新型终端升级为使用制冷剂R22的空气源热泵，而传统终端使用水作为不同温度（40/50/60/70 °C）的工作介质。为了加强加热能力，在新型终端的后部增加了风扇、翅片和强制对流风道。两个终端使用具有相同面积和相同内部工作介质的FHP。 结果表明，新型终端（模式2）的制热量增加了1194.6 W，是传统终端（热源为70 °C）最大制热量的2.4倍。发现在40 °C下的加热能力的增加为1718.6W，这是常规终端的6.4倍。可以看出，通过增加翅片（选项A）、增加横流风扇（选项B）和钻取用于制冷剂的HE（选项D）的改进的结构设计显著地增强了终端的加热能力（问题1）。3.2. 解决问题2：提高动态可调能力热响应速度和辐射换热比是动态调节的重要指标。热响应速度反映了终端动态调整的能力。在这方面，只有在热响应足够快的情况下，才有可能通过终端实现动态调节效果。辐射换热比是衡量系统动态可调性能的重要指标。用户可以通过调节不同的模式来选择合适的辐射换热比。一般来说，辐射换热率越高，热舒适性越好;对流换热率越高，图10示出了模式1、2和3中的热响应速度。结果表明，从模式1到模式2的强制对流的增加将室内温度从7-8 °C升高到18 °C所需的时间减少了3060 s。在选项B（增加横流风扇）下，房间的热响应速度提高了44%，允许对终端进行更大的动态调整（问题2）。图11示出了模式1、2和3中的辐射传热比。结果表明，用户可以在10.1%~ 26.5%的范围内调节新型散热器的辐射换热系数。 辐射换热比提高了2.6倍，这意味着更好的动态适应性的终端（问题2）。3.3. 解决问题3：改善供热终端与空冷机组当终端与ASHP结合时，系统操作必须稳定。在表4中，以模式3为例进行说明见图9。新型终端和初始FHP终端类型的空间加热能力之间的比较。Y. Wu，H.孙，M。Duan等人工程20（2023）192200·见图10。热响应速度：不同运行模式下环境温度的上升。见图11。辐射换热比：不同工况下的辐射和对流。3 min内，在稳定的条件下。通过使用钻孔式HE（选项D）和FHP（选项E），冷却系统和加热终端在结构上得到了优化，确保了更稳定的运行。值得注意的是，压缩机和风扇都消耗电力; 因此，能效比（EER）可以用来衡量能源效率。还考虑了贯流风扇的电功率，尽管最大测量电功率仅为13.4 W。表5列出了稳定条件下三种工作模式图 12示出了对应于三种模式的操作条件的压力-焓图。可以在所有三种操作模式下实现稳定的操作在3种工况下，终端进出口压力分别为3.2-模式1和2中的入口和出口压力高于R22正常观察到的压力，而模式3在1.8-2.2 MPa的典型范围内运行。模式1和2的较高温度和压力与室外机有关，室外机受到定速压缩机的限制。此外，膨胀阀的开度影响模式1和模式2中的性能。这些性能可以通过将来集成变速压缩机来改善。然而，这项研究的主要重点不是热源温度。终端最重要的方面是其调整能力，包括动态和辐射特性，这些将在第4.1节和第4.2节中进一步讨论。然而，这三种模式通常被发现在操作期间是稳定的结果表明，该新型终端与空气源热泵充分结合，在稳定的运行条件下提供热能（问题3）。3.4. 传热用FHP的改进本节讨论了用于传热的改进结构设计中的FHP，以解决与现有加热终端相关的三个主要问题。图13示出了用于传递热能的FHP的示意图和实际图。先前与空气源热泵[26，27]结合的加热终端通常是覆盖有制冷剂管道的辐射板。这种类型的终端结构具有长且暴露的制冷剂管，如图13（a）所示。本研究对供热终端与空气源热泵的组合方式进行了改进。利用相变，FHP代替长制冷剂管道传递热量。制冷剂管道应覆盖背面表4在不同条件下与ASHP结合的新型终端：例如模式3（0时间（秒）我不是（摄氏度）Pi（兆帕）hi（kJ·kg-1）To（摄氏度）Po（兆帕）ho（kJ·kg-1）Texh（摄氏度）G（kg·h-1）Q（W）P（W）EER1058.52.2420.851.42.1265.164.845.91983.8883.92.22058.72.2421.051.42.1265.264.945.81983.9883.92.33058.72.2420.951.42.1265.264.946.01991.1883.92.34058.52.2420.651.42.1265.265.045.91981.1883.92.25059.52.2421.851.42.1265.165.146.02003.1883.92.36058.82.2420.951.42.1265.165.245.91985.1883.92.27058.72.2420.951.42.1265.165.246.11994.6883.92.38058.82.2420.951.42.1265.165.346.21997.5883.92.39058.92.2421.051.42.1265.265.445.91987.2883.92.210058.92.2421.151.42.1265.265.445.41968.3883.92.211058.92.2421.151.42.1265.265.545.81981.1883.92.212058.72.2420.851.42.1265.265.545.81979.3883.92.213059.02.2421.151.52.1265.365.545.51971.1883.92.214058.92.2421.151.52.1265.365.645.71979.8883.92.215058.82.2420.951.52.1265.365.645.91984.1883.92.216058.02.2420.051.52.1265.365.745.91972.1883.92.217059.12.2421.251.52.1265.465.745.91987.5883.92.218059.12.2421.151.62.1265.465.746.11995.1883.92.3Texh：压缩机排气温度;Pi：末端入口压力;Po：末端出口压力;P：压缩机和风机的总电功率Y. Wu，H.孙，M。Duan等人工程20（2023）192201表5新型终端结合ASHP在不同条件下：模式1，模式2，模式3（初始时间）。类型我不是（摄氏度）Pi（兆帕）hi（kJ·kg-1）To（摄氏度）Po（兆帕）ho（kJ·kg-1）Texh（摄氏度）G（kg·h-1）Q（W）P（W）EER模式179.83.2425.363.82.9282.996.741.81652.51108.11.5模式282.62.8436.156.32.5272.098.045.02047.51070.61.9模式358.52.2420.851.42.1265.164.845.91983.8883.92.2图12个。 点2为进入终端前的状态点，圆圈中未显示压缩机出口状态点图13岁FHP用于传热。（a）示意图和（b）红外成像仪在不同模式下拍摄的实际图像Y. Wu，H.孙，M。Duan等人工程20（2023）192202·····如果不使用FHP，则为终端。按照目前的码头结构，管道间距为12mm，高度为0.88 M.因此，至少70个制冷剂管应布置在后部，其总长度约为68.6m。然而，如果FHP用于传递热量，则仅需要上下HE中的八个制冷剂管，这将总长度减少到15.7 m。FHP的应用减少了总长度，52.9 m，仅为制冷剂管道的22.9%这种新颖的术语可以被概念化为一种利用FHP来传递热量的小型HEFHP用于传热（选项E），其具有简化的端子结构并提供以下优点。①由于终端制冷剂管道长度大大缩短，初期投资较低，终端安全性增强，降低了制冷剂从终端后管道泄漏的风险。②提高了系统的可操作性。减少终端制冷剂管道长度消除了从压缩机中排油的问题，并增加了压缩机的热响应。③热舒适性增强。虽然FHP的温度是均匀的，但根据图1所示的三种操作模式，表面温度存在差异。 13（b）.4. 讨论4.1. 具有分阶段操作策略的动态可调新型终端为了提供增强的热性能，本研究提出了一个分阶段的操作策略，空间加热的基础上快速调节的终端。加热过程主要分为两个阶段，初始启动阶段（模式2）和随后的稳定阶段（改进模式1），作为示在图14中。在启动阶段提供最大的加热能力以实现快速的热响应，而在稳定阶段提供高的辐射传热率以保持热舒适性。在初始加热阶段，新型终端利用强制对流快速达到其最大加热能力，从而实现快速的热响应。实验结果表明，该终端在供暖初期提供2000 W的供热量，室内温度从8 °C升高到18 °C需要40 min。当室内温度达到18 ℃时，就在热舒适性可接受的温度范围内。在这里，重点是实现热舒适性，而不是快速加热。因此，终端的操作模式被改变以增加辐射热传递率。当实验中的温度保持在18-22 °C时，热舒适性得到最大的改善，并且通风明显减少。由于该终端具有出色的可调节性，因此它能够根据用户的偏好自动调节温度（例如16、18或20°C），从而提高其针对个人用户的热性能。4.2. 一种带强制对流的不同的强制对流风速为用户提供了多种调节选择。图15示出了在不同强制对流风速下的加热能力。结果表明，加热量与出口风速呈线性关系实验中标定的出口风速与实际出口风速存在一定的差异。例如，出口风速标定为2.0 m s-1，但实验表明，当终端加热时，速度变为1.6 m s-1。当端子被校准时，它不会被加热。但在实际实验中受热时，在航站楼内部风道内形成向上的热图 16示出了对应于不同出口风速的辐射热传递比。结果表明，随着强制对流风速的增大，辐射换热比逐渐减小，在14.5%~ 30.9%范围内可调在进行额外实验时，终端的上下空气入口和出口由于在没有横流风机的情况下，出口风速为0.3m s-1，是由热浮力引起的，最大辐射换热比已被削弱，因此需要增加一个实验。当入口和出口完全密封时，辐射传热增加了54.6 W和4.4%的比例。辐射传热率达到30.9%，这是可以接受的加热终端。4.3. 强制对流条件图17展示了在不同强制对流速度下室温分布的差异。垂直温差和送风距离与测点记录的温度和风速变化有关。如图17（a）所示，校准出口风速为2.0 m s-1，但实际出口风速为1.6 m s-1。在这一点上，空气供应大约1.5米远，见图14。 动态可调的分阶段运行策略。图15. 不同强制对流风速下的制热量。Y. Wu，H.孙，M。Duan等人工程20（2023）192203········图16. 不同强迫对流风速下的辐射换热比。图17.不同强迫对流风速下的室温分布。出口风速：（a）标称：2.0 m·s-1，实际：1.6 m·s-1;（b）标称：1.5 m·s-1，实际：1.2 m·s-1;（c）标称：1.0 m·s-1，实际：0.6 m·s-1;（d）标称：0 m·s-1，实际：-0.3m·s-1。T：平均室温。下面。随着热空气上升和回流，它在人员活动区域（0.6-1.7 m）提供了均匀的温度分布。类似地，图17（b）示出了当校准出口风速为1.5 m s-1时，实际出口风速为1.2 m s-1。 与2.0 m s-1的出口风速相比，送风距离较短，约为1.0 m。然而，如图17（c）所示，当校准出口风速为1.0 m s-1，而实际出口风速为0.6 m s-1时，室温分布发生变化。 低出口风速（0.2 m s-1）导致室内没有明显的气流;这不仅使室内温度均匀，而且消除了气流。在图17（d）中，校准出口风速为0.5和0 m s-1。热浮力大于贯流风机功率，反向风速为0.3m s-1。在这种情况下，存在明显的垂直温差。图图17（a）和图17（b）示出了由下侧热源和下侧空气供应产生的工作条件。例如，在距离终端1.0 m处，最大垂直温差为5.4°C，导致热分布差异在这种模式下，还可以调节出风口风速，并对空间进行加热。4.4. 新型终端与现有加热终端与现有的供热终端进行了比较，以评估新终端的热工性能Y. Wu，H.孙，M。Duan等人工程20（2023）192204v·××.不@G.不2@Q仔.X图18.新型终端和散热器的热性能：（a）单位体积的制热量和（b）室温分布（距离终端1.0 m处）。有效地对加热终端的评估不仅要考虑其加热能力，还要考虑其需要加热的空间的大小因此，比较每单位体积的加热能力典型的加热终端（散热器）非常依赖于辐射热传递来提供其热量的主要部分，并且这种终端由于其热舒适性和易于安装而广泛用于空间加热。此外，散热器的尺寸和形状与新型端子的尺寸和形状相似，这被选择用于比较。为了揭示该散热器具有较高的辐射传热比的优点，在实验中将其表面温度（约40 °C）和辐射面积（约0.85m2）控制在与新型散热器接近的水平尽可能的终端 图 18表示单位 供热量图19中示出了这些图。结果表明，由于薄型FHP具有良好的传热能力，新型终端的单位体积制热量高于其他终端。4.5. 不确定度分析和热验证根据测量参数及其准确度进行了加热能力的不确定度分析（表3）。Kline和McClintock[40]的方法用于描述不确定性，结果的总不确定性由方程描述。（十）：1个= 2个体积和室温分布。结果表明，新型终端的单位体积制热量和散热器为23.7 kW m-3（98 cm 88 cm 10 cm），公司简介n1/1@RW@vnnð10Þ10.3kW·m~（-3）（100cm ×8·5cm×8cm）×. 因此，我们认为，单位体积的发热量是散热器的2.3倍。距散热器1.0 m处的最大垂直温差为10.1 °C，比稳定条件下的新型终端（5.4 °C）高1.9倍。这些结果表明新型端子提供了更大的加热能力和更好的热性能，式中，R为计算结果，vn为自变量，Wv n 是关于vn的不确定度; W R是关于R的总不确定度。当量（10）表明结果（加热容量）是几个独立变量的函数与Eq。（11）、传热系数的不确定性可表示为比散热器更舒适。此外，将新型终端的每单位体积的热容量与代表性的改进的热终端的每单位体积的热容量进行比较。公司简介“的。@QWG刘晓波2W@Too@QW@Tii2#1= 2ð11Þ[2019 - 02 - 16][2019 - 02 - 16][2019 - 02][2019 - 02 - 16][2019 -02][2019 - 02 - 02][2019 - 02 - 02][2019 - 02][2019 - 02 - 02][2019- 02][2019 - 02 - 01][2019 - 02 - 01][2019 - 02]][2019 - 02 -01][2019 - 01][2019 - 01][2019 - 01]][2019 - 01][2019 - 01][2019 -01][2019 - 01]][2019 - 01][2