冷辐射空调

2024-06-17

冷辐射空调（共5篇）

冷辐射空调篇1

0引言

辐射空调系统的冷负荷是确定辐射板面积大小和供冷主机设备容量的必要依据。在正常工况下,辐射吊顶板的供冷能力是一定的,其中石膏板吊顶的供冷能力为60 W/m2左右[1],金属吊顶板的供冷能力在100 W/m2左右[2],因此即使房间的湿度控制得很精确,辐射板也并不适用于各种类型的建筑和空间,当室内显热负荷很高(大于100 W/m2)时,单独使用辐射吊顶板就很难满足系统设计要求。由于辐射吊顶板供冷能力有限,使得辐射空调系统冷负荷计算的精度提高,特别是使用毛细管网石膏抹灰吊顶板的建筑,因此准确计算辐射空调系统的冷负荷对辐射空调系统的应用和推广具有重要的作用。

1相关规范标准和国内外研究现状

1.1相关规范和标准

目前,我国关于辐射空调系统的技术规范只有一部,即JGJ142—2012《辐射供暖供冷技术规程》。该规程介绍了辐射供暖供冷的设计、施工以及运行维护等,规定了辐射供暖供冷房间热负荷与冷负荷应按现行国家标准GB50736—2012《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范》的有关规定进行计算,全面辐射供暖室内设计温度可降低2℃,全面辐射供冷室内设计温度可提高0.5~1.5℃。有一些国外的研究虽然认为不应像考虑传统对流式空调系统的冷负荷那样来考虑辐射空调系统的冷负荷,但是国外的一些权威的标准和手册,如ASHRAEEquipmentandHVACsystems,radiantheatingandcoolinghandbook(2002),ASHRAEFundamental(2012),ISO11855(2012)以及欧洲标准EN15377 (2008)等,也并没有给出针对辐射空调系统冷负荷的计算方法。

1.2国内外研究现状

在中国,刘学来等[3]以热平衡法为基础,用MATLAB分别对毛细管辐射空调房间模型和传统空调房间模型进行编程求解,得出在舒适度相同的条件下,毛细管辐射空调房间的室内设计温度在冬季比传统空调房间低1.6℃,在夏季比传统空调房间高1.6℃。孙娟娟等[4]运用CFD技术建立了毛细管辐射空调系统的动态模型,模拟了辐射空调房间与室外环境的换热过程,并将CFD模拟计算出的冷负荷与用谐波法计算的空调房间冷负荷做了对比,得出了辐射空调比传统空调节能20%~25%的结论。

在国外,J.Niu,Jv.d.Kooi和Hv.d.Ree[5]指出冷吊顶板会吸收一部分辐射得热,这部分辐射得热会瞬间转变为冷负荷,Niu等还指出这种直接辐射得热会造成高峰冷负荷。为了开发一种新的适用于辐射系统的冷负荷计算方法,S.P.Corg-nati[6]也考虑了辐射得热的影响,他所采用的方法和Niu类似。在Corgnati研究的基础上,F.Causone等[7]聚焦于直接太阳辐射得热的情况,然而这些研究所提出的方法仅仅评判了直接辐射得热对于冷负荷的影响。

RadiantCoolingDesignPractitioners一书的作者最近所做的一项调查表明:辐射系统和空气式系统的冷负荷差异并没有被人们完全理解,由于辐射系统的复杂性以及缺少相关标准,一些经验丰富的专业人士提出了辐射系统的设计计算的经验方法,这些经验方法并没有解决辐射供冷房间冷负荷算法的核心问题。因此,充分认识辐射空调系统冷负荷特性并且准确计算辐射空调系统的冷负荷是非常迫切和重要的。

2辐射空调冷负荷计算方法探讨

由于辐射空调房间辐射冷吊顶的存在,辐射冷吊顶改变了房间的供冷形式,传统空气式系统依靠对流换热的形式实现房间的供冷,而辐射空调系统主要依靠辐射换热来供给房间冷量。图1为辐射空调房间构造示意图,图2为辐射冷吊顶板内部冷媒水管路示意图。辐射冷吊顶板与外界传热的特性及其自身构造决定了实际辐射空调系统工程项目对辐射空调系统的负荷计算的精确性要求比传统空调系统的高,因而我们需要考虑辐射空调系统房间内的辐射传热,以及由辐射传热而导致的其他传热问题。

1—混凝土板2—保温材料3—辐射冷吊顶板4—冷媒水管5—排风口6—送风口

2.1传统冷负荷计算方法的适用性探讨

目前,我国空调冷负荷采用动态计算法,包括谐波反应法和冷负荷系数法,这2种动态计算法在1982年通过了原城乡建设环境保护部的评议,正式被确立为我国空调冷负荷的计算方法。1997年ASHRAE推出新的负荷计算方法———辐射时间序列法,它主要用于手工计算并且是ASHRAE温差时均法(TETD/TA)和冷负荷温差法(CLTD/CLE)的新型简化冷负荷计算方法。以上传统算法的热平衡方程中并不包含房间内的直接冷源辐射面(辐射板),而房间内设有冷源辐射面时情况又会发生变化:通过辐射作用和室内空气的对流作用,传递到冷源表面那部分热量将直接成为设备负荷,被冷源表面内部的冷媒带走而不参与房间热过程。传统算法没有考虑辐射板对房间传热的影响,因此这些方法在计算辐射空调冷负荷时会带来无法控制的误差,不适合辐射供冷房间冷负荷的计算。

2.2辐射空调冷负荷计算方法要点探讨与思路

要准确计算辐射空调冷负荷,需对辐射空调系统的特点有深刻的认识,并且清楚辐射板的作用机理以及辐射板在整个空调系统所处的地位。在计算辐射空调冷负荷的时候不仅需要考虑辐射板与室内空气的对流换热,还需要考虑辐射板与辐射供冷房间其他内表面的辐射换热,以及由该辐射传热而引起其他维护结构表面传热增强的因素,另外还要考虑辐射板吸收的阳光、照明等的直接辐射得热。

一般辐射空调系统都会包含辐射板和一套新风除湿系统,除湿系统的送风温度一般会稍低于室内的空气温度,这样辐射板会承担室内大部分的显热冷负荷,而新风除湿系统则承担全部潜热负荷(湿负荷)以及少量的显热负荷。在进行设计计算时,我们首先会根据室内的新风量要求和除湿的要求来确定室内的送风量,选定某一型号的新风除湿机,这样我们就确定了室内的送风量和送风状态,因此这时我们只需要计算出辐射板承担的冷负荷即可。计算辐射板承担的冷负荷所采用的方法需考虑到室内各个表面之间辐射换热作用,并且以能量平衡为基础来进行求解计算。EnergyPlus、IES-VE、TRNSYS等软件都是以热平衡法(HB)为基础,充分考虑了房间内各个表面的辐射传热,因此可以用来模拟求解辐射空调系统冷负荷。对于EnergyPlus来说,其内部有专门的辐射板模块LowTemperatureRadiant:VariableFlow和ZoneHVAC,LowTemperatureRadiant:ConstantFlow来分别模拟变流量和定流量的辐射空调系统。

3结语

辐射空调系统冷负荷的特性与传统空调系统的冷负荷特性有较大差别,主要在于室内安装辐射板而引起的相关辐射传热带来的影响,该影响使空调房间内的冷负荷结构形式发生改变。由于辐射空调系统中辐射末端丰富多样,它给辐射空调系统带来的影响也不同,比如金属吊顶板和有冷媒管道嵌入于楼层结构板之中而构成的辐射板就有很大的差别,前者蓄热能力极小,后者极大,前者响应较快,后者响应较慢,后者这种蓄热能力强、响应慢的特点也将会导致该空调系统房间的负荷和空调冷媒水侧的负荷有较大的差别。用传统空气式空调系统冷负荷的计算方法来计算辐射空调系统的冷负荷必定会带来较大的误差,目前推荐使用以热平衡法 (HB)为基础的EnergyPlus、IES-VE、TRNSYS等软件来模拟求解辐射空调系统冷负荷,而对于实际的辐射空调工程来说,一个简便准确的计算方法是目前较为迫切需要的。

冷辐射空调篇2

关键词毛细管平面辐射空调;节能性;火用

中图分类号TU831.39文献标识码A文章编号1673-9671-(2009)121-0042-01

毛细管平面辐射空调技术20世纪70年代起源于欧洲,德国科学家根据仿生学原理提出的一种新型空调末端形式,它是通过模拟植物叶脉和人体毛细血管机制,其原理是通过毛细管内流动的液体来调节自身温度,也就是通过毛细管内的液体来达到与周围环境的热平衡。是辐射供冷的第三代(第一代是混凝土楼板埋管式。第二代是金属吊顶辐射式)。它用塑料制成直径小(外径2-5mm)、间距小(8-10mm)的密布细管,顶端连接分水或集水联箱(外径20mm,壁厚2mm 或2.3mm的供、回水主干管)构成管网。

该系统一般由毛细管辐射供冷(热)末端、独立新风和冷热源三部分组成,其中末端系统由温控调节装置及毛细管网组成,以水作为介质输送冷(热)量, 以辐射方式为主辅以对流换热实现调节室温,由于毛细管席换热面积大,传热速度快,因此传热效率更高。夏季毛细管供给18℃-21℃冷水,冬季毛细管供给28℃-32℃热水,进出口温差为2-3℃。该系统具有极佳的热舒适性,并可利用可再生能源做热源,能耗和运行费用低,实现了夏季供冷与冬季供热共同采用一套末端, 是目前最高端的供冷(暖)技术,代表着未来空调技术的主流方向。

1毛细管平面辐射空调系统的节能性表现

1.1室内设计温度低

风机盘管利用对流的热传递形式达到采暖和供冷的目的,毛细管网主要利用热辐射的形式进行采暖和供冷,二者有着本质的区别。在辐射换热作用下,人体的实感温度会比室内空气温度约低1.6℃(供冷)或高1.6℃(采暖),因此在相同的热感觉下与传统空调系统相比,采用毛细管平面辐射空调系统的室内设计温度在夏季约高1.6℃,冬季约低1.6℃,从而减少了计算负荷,节约能耗,达到同样的热舒适性,即以辐射方式供冷热为主的毛细管平面辐射空调系统更节能。

1.2热泵机组效率提升

风机盘管系统是温度和湿度混合处理系统,对于“温度”的的处理方法是:夏季采用7℃冷水降温,冬季利用55℃或更高温度热水加温,毛细管平面辐射空调系统是温度和湿度分开处理,对于温度的处理方式:夏季18℃高温冷水降温,冬季35℃冷水采暖,毛细管网末端对于温度的要求使得热泵机组的效率(COP)大大提升(可提升至6),系统节能性显著提高。

1.3低品位能源利用率高

毛细管平面辐射空调系统对于温度的处理(夏季18℃高温冷水供冷,冬季35℃冷水供暖)的特性,可有效利用低品位能源, 相比传统空气系统节省输配能耗,更为直接利用可再生能源提供了便利条件,一般地下80米深处的温度16-20℃左右,而自然界中更有很多可直接利用的可再生能源如各种工业余热、太阳能、天然温泉水或其它低温能源可以开发、利用。

1.4热效率得到提高

毛细管网有极大的散热表面积,毛细管平面承担大部分的冷负荷,只需要处理少量新风,相对于传统空调有较高夏季供水温度和相对较低的冬季供水温度,送风量减小带来动力消耗的降低,可节省大量能源,与地源/ 水源热泵结合使用可以达到最高热效率,全年运行费用比传统中央空调节能70% 以上。

1.5蓄冷/蓄热能力强

由于辐射制冷冷效应快、受热缓慢的特点,围护结构、地面和环境中的设备表面吸收辐射冷量,形成天然冷体,在系统关闭或停电等状态下的较长时间内温度都不会升高(夏季)或降低(冬季),可以平缓和转移冷负荷的波峰值出现的时间。

1.6绿色环保

系统封闭运行, 不产生废水废气污染,原料卫生无毒,可以回收再循环使用,空气不对流,无尘降噪。

2在节能分析中“火用”分析的应用

把能量的“量”和“质”结合起来评价能量的价值火用就是能量可用性、可用能、有效能的统称。本文针对夏季供冷工况下,采用“火用”分析方法对毛细管平面辐射空调系统与风机盘管供冷进行节能比较研究,以揭示其内在的节能性。

由热力学原理可知:稳定流动的开口系统从进口状态经过可逆过程变化到环境状态可能作出的最大有用功(即工质),对流过的1kg工质而言为:

式中:——工质火用(焓火用), ;

——工质的最大有用功, ;

——工质的进口焓值, ;

——工质在环境状态下的焓值, ;

——工质的进口熵值,;

——工质在环境状态下的熵值, ;

——环境温度,K;

——工质进口温度,K;

——定压比热,;

毛细管顶板空调系统与风机盘管系统均为稳定流动的开口系统。在文中采取风机盘管供回水温度7℃/12℃、毛细管辐射平面供回水温度为 19℃/22℃为例计算两个系统的火用效率,假设环境温度为28℃,风机盘管系统内水的质量流量为 ,毛细管辐射平面空调系统内水的质量流量为。

供水温度19℃的工质焓火用为:

19=4.19x(19-28)+(273+28)x4.19xln(28+273)/(19+273)=0.58

回水温度22℃的工质焓火用为:

22=4.19x(22-28)+(273+28)x4.19xln(28+273)/(22+273)=0.25

供水温度7℃的工质焓火用为:

7=4.19x(7-28)+(273+28)x4.19xln(28+273)/(7+273)=3.22

回水温度12℃的工质焓火用为:

12=4.19x(12-28)+(273+28)x4.19xln(28+273)/(12+273)=1.85

室内围护结构表面温度的降低使平均辐射温度和作用温度降低,从而可以提高室内设计温度,在相同的舒适度情况下,要比传统空调系统节省能量,在此取两种系统的单位面积冷负荷相等,则系统的工质质量流量可按式求得:

两种的工质水的质量流量之比为: / =△to/△tm=5/3

对7/12℃的风机盘管空调系统,其单位空调面积单位时间消耗的焓火用为:

△Eo= (7- 12)=(3.22-1.85)=1.37

对19/22℃的毛细管顶板空调系统,其单位空调面积单位时间消耗的焓火用为:

△Em= (19- 22)= ( 0.58-0.25)=0.33

故达到相同的制冷效果,毛细管平面辐射空调系统比风机盘管空调系统可节能百分数为的节能百分比为:

η=(△Eo-△Em)/ △Eox100%=(1.37 -0.33 )/1.37 x100%=60%

可以看出,毛细管平面辐射空调系统在综合考虑冷源的基础上,是一种很理想的制冷方式,也是一种节能效果好的制冷方式,与风机盘管空调系统相比可节能60%。

3小结

本章首先简要介绍了毛细管平面辐射空调系统基本情况,表述了节能情况,采用“火用”分析方法对毛细管平面辐射空调系统和风机盘管系统供冷进行节能比较研究,得出了毛细管平面辐射空调系统与风机盘管系统相比可节能60%的结论,随着人们对舒适性要求的提高和绿色节能建筑的发展,其必将得到广范发展。

参考文献

[1]马玉奇,刘学来,李永安等.溶液除湿的地源热泵毛细管辐射顶板空调[J].节能,2007,12:17-19.

[2]马玉奇,刘学来,李永安等.毛细管平面辐射空调简介[J].建筑节能,2007,11:5-6.

[3]马玉奇,刘学来,李永安等.“火用”分析方法在毛细管空调系统的节能性分析中的应用[J].中国住宅设施.2007,11:58-63.

[4]丛旭日.我对毛细管辐射式空调末端系统的看法.供热制冷之特别策划,2008,6.

[5]李永安.节能潜力巨大的新型空调系统—毛细管平面空调系统.供热制冷之特别策划,2008,6.

[6]张华俊.毛细管网平面辐射空调系统市场前景广阔.供热制冷之特别策划,2008,6.

[7]王志毅.毛细管网平面辐射式空调系统特点及市场前景.供热制冷之特别策划,2008,6.

[8]傅秦生.能量系统的热力学分析方法[M].陕西:西安交通大学出版社,2006.

[9]薛红香,刘学来,李永安等.几种室内供暖末端设备的性能研究[J].中国住宅设施,2008,7:44-46.

冷辐射空调篇3

随着人们对空调的广泛需求、人居环境健康的需要和能源系统平衡的要求, 一种新的空调系统——冷辐射吊顶+独立新风空调系统应运而生。该系统分为两部分:冷辐射吊顶 (Ceiling Radiant Cooling Panel, CRCP) 和独立新风系统 (Dedicated Outdoor Air System, DOAS) 。独立新风系统是指新风系统独立, 承担排除室内余湿、CO2、室内异味以及部分潜热负荷的任务;冷辐射吊顶承担剩余的显热负荷, 采用16～18℃的冷冻水进水温度, 而不是常规的7℃, 这就为许多天然冷源的使用提供了条件。

CRCP+DOAS系统在国外暖通空调界受到了极大关注, 该系统被美国能源部2001年4月出版的商业建筑能耗手册列为美国当今和未来在经济上最有优势的15项暖通空调节能技术之一[1,2]。2001 年由ASHRAE、美国能源部、美国煤气技术协会共同赞助的ASHRAE 研究课题10472RP 的研究成果被汇编成《商业建筑湿度控制设计指南》, 该指南将DOAS 列为房间湿度控制的重要手段。2003 年DOAS 又被美国著名网站www.thermaltech.com列为10 项顶级创新技术之一。国外CRCP+DOAS系统主要运用于办公建筑 (占61%) 、工业建筑 (占30%) , 后来逐渐扩展到住宅 (占9%) 等各种类型的建筑。

在中国, DOAS 刚刚迈出第一步。我国与欧洲气候差异较大, 尤其是东部沿海地区夏季气候异常闷热, 因此在我国推广这项节能空调技术时必须考虑我国的气候条件[3]。许多文献对冷吊顶的特性和适用性做了分析[4,5]。亦有学者对辐射吊顶加置换通风新风系统进行了分析[6,7,8], 该系统能充分发挥两者的优势, 既可改善室内空气品质, 又能提高人体的热舒适性, 并且具有较明显的节能效果, 值得在我国大力推广, 尤其是在办公楼、公共建筑的空调应用中。

基于冷冻除湿的典型的的独立新风系统配置图如图1所示。

该系统包括预热盘管、全热交换转轮、冷却盘管和显热交换转轮等设备。在图1中, 预热盘管 (主要用于冬季) 将室外新风 (状态0) 加热, 防止全热交换转轮处出现结霜现象。全热交换转轮也可使用板式换热或热管换热, 只是后两者调节范围小, 不如转轮控制灵活。当状态l和状态6的空气流量相同时, 全热交换转轮的效率为85%。当室外新风的露点高于设计送风露点时, 新风在冷却盘管处冷却到所要求的露点, 同时新风的湿度降低;当室外新风的露点低于设计送风露点, 这一功能段就不再对新风进行去湿。显热交换转轮起到再热的作用。如果房间热负荷很大, 允许冷风直接吹人, 则显热交换转轮停止转动。但多数情况下都需要有再热装置, 此时显热交换转轮转动。状态5到状态6为排风。状态5的室内排风与状态3的室外新风在显热交换转轮中进行热交换, 全热交换转轮处依靠排风对新风进行冷却去湿 (夏季) 或加热 (冬季) , 以达到热回收的目的。

2 CRCP+DOAS空调系统的舒适性分析

CRCP+DOAS空调系统在提高室内热环境方面有许多固有的优势[9,10,11]。在舒适条件下, 人体产生的全部热量, 是以一定的比例散发的:大致为对流散热占30%, 辐射散热占45%, 蒸发散热占25%。从中可以看出辐射换热对人体的舒适感是很重要的。CRCP+DOAS空调系统中的冷吊顶辐射供冷就弥补了传统空调中以对流制冷为主的不利因素, 增加了人体的辐射热量, 有助于提高室内舒适度。另外, 冷却顶板使得人的头部冷, 脚部暖, 更符合人体的舒适性。

气流运动速度是影响人体热舒适的一个重要因素, 提高气流速度可以增加人体的对流、蒸发散热, 有利于人体热平衡。但气流速度过大, 会使人产生吹冷风的感觉, 长期处于通风气流下, 甚至会患病。所以, 空调系统的室内空气气流速度要限制在一定范围内。实验发现, 当风速小于0.2m/s时, 无论向哪个方向吹都不会有不适感。德国学者对冷却吊顶+独立新风系统的室内风速进行了测量[7], 实验房间的冷负荷为60W/m2。实验结果得出, 当通风系统消除冷负荷的比例较小或冷却顶板单独使用时, 室内风速都在0.2m/s的允许范围内, 即使通风系统消除冷负荷的比例达到60%, 也只有3%测点的风速超出了0.2m/s, 所以说, 使用冷却吊顶系统基本上能满足室内风速的要求。

另外, 英国学者对冷却吊顶+置换通风系统的PMV和PPD指标作了一些研究。研究表明, 房间的PMV和PPD指标均在ISO7730推荐范围内。

3 CRCP+DOAS空调系统的节能分析

国内外学者对CRCP+DOAS空调系统进行了大量的能耗模拟研究, 证明CRCP+DOAS空调系统具有很大的节能潜力。

Jeong[12]以宾夕法尼亚州立大学的一间工作室为对象, 全年逐时能耗模拟显示CRCP+DOAS系统比过渡季使用全新风免费供冷的VAV系统节电42%;Mumma[13]以Philadelphia的一栋建筑物为对象进行分析得出CRCP+DOAS系统全年的运行费比常规的VAV系统节省29%;TIAX以美国中大西洋区 (包括特拉华、新泽西、纽约、宾夕法尼亚、马里兰等五个州, 位于约北纬37.8°～44.8°, 濒大西洋沿海地区) 气候为背景, 对一小型办公楼分别进行CRCP+DOAS系统和VAV系统的模拟实验, 结果表明CRCP+DOAS系统在冷却季节能15%～20%, 在供暖季节能8%～12%, 风机输送能耗节省20%～30%, 并且气候越暖和, 空气输送能耗的节能潜力越大。Stetiu选择了美国9个城市 (从北纬30°～47.6°, 涵盖美国9个气象分区, 基本能代表美国本土的各种气候) , 以办公楼为对象进行模拟表明, CRCP+DOAS系统相对于VAV系统的节能量从17%～42%不等, 平均节能量为30%, 并且气候热、干燥地区的节能效果优于冷、潮湿的地区。从以上研究可以看到, 在各类气候区, DOAS+CRCP系统相比于常规的VAV系统均具有明显的节能效果。

CRCP+DOAS空调系统在以下几方面体现出了其节能优势[14]:

(1) 送风量的减少降低了输送空气的能量消耗。

在CRCP+DOAS系统中, 房间大部分冷负荷 (一般占70%～80%) 由冷却顶板来承担, 而新风的送风量只需用来消除气味和湿度, 满足卫生要求以及人员所需最少新风量的要求, 保障工作区有良好的空气品质就可以了, 所以该空调系统的送风量比较少, 与传统空调系统相比, 其送风量减少大约60%～80%, 因此大大节省了风机耗能, 降低了输送空气的能量消耗。

(2) 用水代替空气来消除热负荷, 大大降低了输送冷量的动力能耗。

CRCP+DOAS系统中大部分的冷负荷由冷水系统承担, 传递冷量的介质是水。而与空气相比, 水具有高热值和高密度的特点, 其热传输能力约是空气的4000倍。从表1中可以看出, 水输送冷量的能力远大于空气, 因此, 只需耗费较少的水泵能量, 冷量就可运输至目的地。同风冷系统相比, 尽管水冷系统增加了水泵的能耗, 但总能耗仍远远低于风冷系统中风机消耗的能量。在输送相同冷量的情况下, 水所消耗的动力能耗大约是风的一半。

对于一般行政办公楼, 其高峰电的消耗通常是在最大冷负荷这段时间内, 对于常规的空调系统, 即使是比较节能的变风量空调系统, 在此期间也将以最大的送风量运行, 而如果使用冷却吊顶系统, 则可以大大降低高峰电的使用。据国外统计, 与常规的空调系统相比, 独立新风加冷却顶板空调系统可以节省风机能耗约70%～80%, 仅此一项就可减少空调系统的峰值用能约30%～45%。

(3) 辐射制冷降低人体实感温度, 减少系统能耗。

实验表明, 当冷却顶板系统提供的辐射量较高时, 人在房间里所感受的温度要比实际温度约低2～3℃。也就是说, 在装有高辐射含量的冷却顶板的房间里, 其室内空气温度可以比常规系统房间内的空气温度高2～3℃, 但人的舒适感相同。这主要是由于装有冷却顶板的房间内各壁面温度和室内气流速度均较低的缘故, 前者通过辐射直接带走一部分人体热量, 而后者降低了人体与室内空气的对流热交换。所以, 虽然空气温度较高, 但并不妨碍人体热量的散发, 使得人体在较高的空气温度条件下, 同样能取得较佳的舒适感。

因此, 在相同的热舒适度情况下与传统空调相比, 采用CRCP+DOAS系统的室内设计温度可以高一些, 从而减少计算冷负荷, 节省系统能耗。

(4) 高冷冻水温允许采用天然冷源和在部分季节使用自然冷却直接供冷。

天然冷源的利用使得空调系统运行费用降低, 并且不污染环境, 因此具有一定的应用前景。但作为天然冷源的水温一般都相对较高, 较难满足常规的空调系统 (进水温度一般为7～9℃) , 而CRCP+DOAS系统的进水温度一般为16～18℃, 这就为天然冷源的合理利用提供了可能。

对于空调系统, 最方便且实用的天然冷源是深井水。在国外, 可以发现很多冷却吊顶系统都采用了深井水作为冷源。表2给出了我国各地区地下水的水温。从表中可以看出, 除第四分区外, 其他三个分区均能满足冷却吊顶系统的水温要求。因此, 在我国大部分地区完全可以采用深井水作为冷却吊顶系统的冷源来降低系统耗能和环境污染。

此外, 由于CRCP+DOAS系统可以在相对高的水温下工作, 因此, 在一年的某些季节, 制冷机可以不运行, 而利用冷却塔进行自然冷却来直接供冷。根据冷却塔的冷却特性可知, 冷却塔进出水温差在5℃的前提下, 当室外空气湿球温度为10℃时, 冷却塔的出水温度就已经低到14℃了。这个水温已足以满足冷却吊顶系统的进水温度要求。由于制冷机组不运行, 冷却塔直接供冷与制冷机供冷方式相比可以大大节省功耗 (约80%) 。

4 CRCP+DOAS空调系统需要解决的问题

(1) 结露问题。

辐射冷吊顶的结露问题, 可能是其应用中最突出的大问题, 结露不但包括正常运行时可能产生的结露, 而且包括非正常情况 (如空调系统启动时、室内出现开窗时、发生空气渗透时) 导致的结露问题。

(2) 吊顶冷却能力问题。

由于辐射吊顶的单位面积制冷量是一定的, 而吊顶的面积也是一定的, 因此当室内冷负荷较大时, 很可能会出现辐射吊顶面积不够的情况。

(3) 一次投资问题。

目前国际市场上辐射冷板的价格为140～250 美元/m2, 如果以辐射冷吊顶为主要的冷源, 其一次投资将明显高于其他空调系统。

5 结语

辐射吊顶空调系统的研究与应用篇4

辐射吊顶空调系统与传统空调系统相比, 具有节能性好, 室内无风感, 热舒适性好, 节省建筑空间等优点, 在欧洲、北美的部分国家和地区已经得到了广泛的应用, 并且已经成为空调系统的重要组成部分。在我国, 辐射吊顶空调系统处于小面积的研究、示范阶段, 还未得到大面积的推广应用, 成熟的辐射吊顶产品也相对较少。据此, 笔者提出了一种新型辐射吊顶装置, 借以推动我国辐射吊顶空调系统的发展。

本文主要对此种新型辐射吊顶产品进行介绍, 研究分析其在建筑采暖和制冷中的应用效果, 并结合工程应用实例进行说明。

1 辐射吊顶装置介绍

此种辐射吊顶板使用0.5mm厚彩涂板压制而成, 可根据需要制作不同宽度、长度的辐射板。辐射板上设有等凹形沟槽, 用来安装盘管。辐射板的安装方式制作成卡接的形式, 依靠辐射板的弹性把卡槽牢牢卡在副龙骨上。副龙骨通过吊码与38号主龙骨相连, 用38号大吊把主龙骨与吊筋联结起来固定在楼板上。安装形式如图1所示。盘管采用PE-RT管, 外径20mm, 内径16mm, 盘管安装时使用整根管连接, 接口设在分、集水器处, 确保吊顶不会有漏水现象。

此种辐射吊顶装置具有以下特点:

(1) 盘管与扣板接合紧密, 大大提高了扣板的辐射能力;

(2) 辐射吊顶装置能够与现有的建筑装饰构件结合, 通用性强, 同时辐射吊顶装置还可以作为建筑装饰件, 具有装饰效果;

(3) 采用扣接形式, 安装简单, 施工方便;

(4) 采用彩涂板作为原材料, 成本低廉, 推广性好;

(5) 根据建筑物冷热负荷需求, 扣板中间可以加工一个或几个大于半圆的沟槽, 盘管间距可做成100mm、125mm、150mm、175mm、200mm、225mm、250mm, 灵活方便。

2 实验装置

2.1 实验条件

实验室设在德州市皇明高科园别墅二层的一个房间。房间尺寸为4m×3.6m×3m。南墙有2.35m×2.9m大小的节能窗, 建筑外墙具有100mm墙体外保温。房间建筑面积为16.4m2, 敷设盘管长度82m。在房间高2.7m处设置辐射吊顶板, 盘管采用PE-RT管, 管间距为150mm。

2.2 实验测点布置

辐射板在测试房内的高度为2.7m, 辐射板表面布置3个温度传感器测点, 求其平均值作为辐射板表面温度。辐射板上空100mm设置一温度测点。地面设一温度测点;实验室中间垂直设置6个温度测点, 用来分析室内温度梯度情况。各测点距地面的距离依次为:0.2m、0.4m、1.5m、2m、2.5m、2.65m。

3 辐射采暖实验

3.1 采暖量

采暖供水温度38.1℃, 回水温度34.6℃, 供回水温差3.5℃, 水流量0.384t/h (以上数值均为全天测试平均值) , 根据供回水温差和水流量, 计算得出供暖量为1560.5W, 辐射吊顶面积为16.4m2。所以单位面积采暖量为95.2W/ m2。

3.2 采暖测试数据及结论

室内没有通风装置, 完全靠辐射换热造成的空气温度差形成空气自然对流。图2是某一天辐射采暖关键项测试数据变化曲线, 图3是根据测试数据计算得出的辐射能力变化规律曲线。从图中可以看出, 室外环境温度在-10～5℃, 辐射板供水温度在35～45℃, 室内温度可以保持在20℃左右, 辐射采暖

注:采暖能力和温度变化曲线具有一定的波动性, 这是由于实验所用的恒温水不够严格, 具有一定的变化区间所致。

能力在90～110W/m2。

图4是辐射采暖工况下, 辐射板下垂直测点温度情况 (各温度值为一天中的平均值) , 从图中可以看出在靠近辐射板和地面处温度变化较大, 但在0.4～2.5m高度, 空气温度梯度很小。

表1为实验室不同测点高度的温度测试数据。

4 辐射制冷实验

4.1 制冷量

制冷供水温度17.6℃, 回水温度21℃, 供回水温差3.4℃, 水流量0.282t/h (以上数值均为全天测试平均值) , 根据供回水温差和水流量, 计算得出制冷量为1139W, 辐射吊顶面积为16.4m2, 单位面积制冷量为69.5W/ m2。

4.2 制冷测试数据及结论

室内没有通风装置, 完全靠辐射换热造成的空气温度差, 形成空气自然对流。图5是某一天辐射制冷关键项数据变化曲线, 图6是根据测试数据计算得出的辐射能力的变化曲线。从图中可以看出室外环境温度在20～35℃, 辐射板供水温度在20℃以下, 回水温度在20～22℃, 室内温度可以保持在25℃左右, 辐射制冷能力在64～70W/m2之间变化。

图7是辐射制冷工况下, 辐射板下垂直测点温度情况 (各温度值为一天中的平均值) 。从图中可以看出, 在靠近地面处 (400mm以下) 温度变化较大, 但在0.4m以上高度, 空气温度变化很小。与采暖期的温度梯度相比, 制冷期的室内的温度更加均匀, 主要是由于冷空气自然向下流动造成的。

表2为实验室不同测点高度的温度测试数据。

5 系统的工程应用

2008年辐射吊顶供冷、供热系统技术在2010年世界太阳能大会主会场——皇明日月坛微排大厦上得到应用 (见图8) , 安装吊顶辐射的建筑面积达到30000m2。大厦平时是皇明太阳能集团总部办公大楼, 整个系统采用辐射吊顶加新风空调系统。该工程位于山东省德州市经济开发区, 德州市基本气候特点是季风影响显著, 四季分明、冷热干湿界限明显, 春季干旱多风回暖快, 夏季炎热多雨, 秋季凉爽多晴天, 冬季寒冷少雪多干燥, 具有显著的大陆性气候特征。其中夏季空调季节环境空气含湿量在20g/kg左右。工程至今经过了一个冬季和夏季的运行, 完全能够达到制冷和采暖的要求。夏季制冷, 室内温度能够保持在22～27℃, 并且在夏季湿度较大的天气绝大部分房间没有出现结露现象, 但是在11层的一个小型会议室, 在召开会议时, 如果人员密度过大, 便会出现结露现象。在经过分析后其结露主要原因是因为在设计初期此房间并没有考虑会议室功能, 在新风处理设计时, 湿负荷处理能力较小, 开会议时人员较多, 湿负荷突然曾大, 造成结露现象。冬季采暖, 室内温度可以保持在18℃以上, 完全能够满足采暖要求。

通过一个冬季和夏季的运行, 此种辐射吊顶空调系统显示出了很好的节能性和舒适性。由于吊顶辐射板与新风系统结合使用, 很大一部分负荷由辐射板承担, 送风量小, 全年室内平均风速不大于2m/s, 人在室内没有吹风感, 具有很好的舒适性;由于辐射吊顶空调系统要求很小的供回水温度, 所以系统的设计供回水温度为17～19℃, 在实际运行中明显提高了制冷机组的制冷系数;另外辐射吊顶空调系统可以使建筑围护结构或室内物体形成一种蓄能体, 平缓了冷、热负荷峰值, 保证了制冷、制热机组在高性能范围段运行。

6 结语

(1) 辐射吊顶系统与传统空调系统相比具有节能性好, 室内空气流速小, 噪声低, 更容易调节室内空气参数, 并且还能做为室内吊顶装饰使用, 节省建筑投资等优点。

(2) 通过实验测试及实际工程应用, 辐射吊顶系统能够达到夏季制冷和冬季采暖的工况要求, 夏季制冷和冬季采暖室内温度梯度均能够保证小于2℃/m的舒适性标准。

(3) 辐射吊顶加置换通风系统联合应用是一种健康、舒适、节能的空调方式, 相信辐射吊顶系统很快会成为我国空调系统的重要组成部分得到更好的推广。

摘要：介绍一种新型空调系统形式——供冷、供热辐射吊顶空调系统。阐述辐射吊顶空调系统的结构形式和特点, 通过实验测试研究和工程应用实践表明, 辐射吊顶系统可以满足采暖和制冷的要求。

关键词：辐射吊顶,采暖,制冷

参考文献

[1]狄洪龙, 王威, 江亿, 等.辐射吊顶的实验研究[J].暖通空调, 2000, 30 (4) :5-8.

[2]周鹏, 李强民.置换通风与冷却顶板[J].暖通空调, 1998, 30 (5) :1-5.

冰蓄冷空调系统研究篇5

1 冰蓄冷空调系统原理及主要特点

1.1 冰蓄冷技术, 即是在电力负荷很低的夜

间用电低谷期, 采用制冷机制冷, 利用冰蓄冷介质的显热或者潜热特性, 用一定方式将冷量存储起来。在电力负荷较高的白天, 也就是用电高峰期, 把储存的冷量释放出来, 以满足建筑物空调或生产工艺的需要。

1.2 冰蓄冷空调系统具有以下主要特点:

(1) 降低空调系统的运行费用。 (2) 制冷机组的容量小于常规空调系统, 空调系统相应的冷却塔、水泵、输变电系统容量减少。 (3) 在某些常规空调系统配上冰设备, 可以提高30%~50%的供冷能力。 (4) 可以作为稳定的冷源供应, 提高空调系统的运行可靠性。 (5) 制冷设备大多处于满负荷的运行状况, 减少开停机次数, 延长设备寿命。 (6) 对电网进行削峰填谷, 提高于电网运行稳定性、经济性, 降低发电装机容量。 (7) 减少发电厂对环境的污染。

1.3 冰蓄冷系统的主要优点有:

(1) 转移制冷机组用电时间, 起到了转移电力高峰期用电负荷的作用; (2) 冰蓄冷系统的制冷设备容量和装设供率小于常规空调系统; (3) 冰蓄冷系统的运行费用由于电力部门实施峰、谷分时电价政策, 比常规空调系统要低, 分时电价差值越大, 得益越大; (4) 冰蓄冷系统中制冷设备满负荷运行的比例增大, 状态稳定, 提高了设备利用率。

1.4 冰蓄冷系统的主要缺点:

是一次性投资比常规空调系统要高。如果计入共电增容费及用点集资费等, 有可能投资相当或者增加不多。冰蓄冷技术是利用峰谷电价的差别将用电高峰时的空调负荷转移到电价较为便宜的夜间, 从而节约运行费用, 缓解目前“电力不足、电量有余”的状况。但是, 传统的冰蓄冷空调系统只能节省运行费用而不节能, 从能量利用角度来看, 实际上是一种耗能系统。要想冰蓄冷技术真正得到推广, 首先要实行峰谷电价政策, 继续拉大峰谷电价差。其次, 解决冰蓄冷系统较常规系统的能量损耗和减少增加的初投资问题。

2 系统的组成及制冰方式分类

2.1 系统组成:

冰蓄冷空调系统一般由制冷机组、蓄冷设备 (或蓄水池) 、辅助设备及设备之间的连接、调节控制装置等组成。冰蓄冷空调系统设计种类多种多样, 无论采用哪种形式, 其最终的目的是为建筑物提供一个舒适的环境。另外, 系统还应达到能源最佳使用效率, 节省运转电费, 为用户提供一个安全可靠的冰蓄冷空调系统。

2.2 制冰方式分类:

根据制冰方式的不同, 冰蓄冷可以分为静态制冰、动态制冰两大类。此外还有一些特殊的制冰结冰, 冰本身始终处于相对静止状态, 这一类制冰方式包括冰盘管式、封装式等多种具体形式。动态制冰方式在制冰过程中有冰晶、冰浆生成, 且处于运动状态。每一种制冰具体形式都有其自身的特点和适用的场合。

3 冰蓄冷空调系统的设计、设备选型

3.1 制冷主机和冰蓄冷装置容量确定及设备选型

在系统冰蓄冷模式、运行策略及流程安排确定的情况下, 设备的选型设计主要是指主机选择、冰蓄冷槽、附属设备 (如泵及热置换器) 选择等。在进行冰蓄冷空调设计时, 应注意以下一些问题:

3.3.1 蒸发温度要高。

因为冰蓄冷式空调系统在蓄冰时, 蒸发温度每降低1℃, 主机平均耗电量要增加3%, 制冰的经济厚度以50mm为宜。

3.3.2 IPF要大。IPF值越大, 其热损失越少, 一般IPF在30%以上为可行。

3.3.3 价格要便宜。在6年内能收回投资视为可用, 5年内回收应该采用, 3年内回收绝对可用。

3.3.4 融冰及结冰速率要快。结冰时速度快, 节省电能, 融冰速率也要快, 以适应负荷的变化。

3.3.5 系统必须安全可靠。

维护要简单方便, 最少要有15年以上的寿命期。主机要能直接提供冷量, 其COP值不能低于2.6。

3.3.6 合理确定制冷机组、冰蓄冷设备和末

端装置的容量大小制冷机组、冰蓄冷设备及末端装置三者之间的输入输出特性是相互影响的, 确定制冷机组、冰蓄冷设备和末端装置的容量大小主要取决于最低蓄冷温度、最高取冷温度与最高使用温度 (冷冻水) 的高低。最低蓄冷温度值越低, 则制冷系统的蒸发温度也越低, 不利于制冷机组的运行, 同时机组的耗电率也越高;最高取冷温度越高, 蓄冷设备容量越小, 但使用温度越高, 所需末端装置的换热效果则越差。

4 评价标准

常规空调的主要评价标准为是否达到国标规定的空调设计参数要求, 即所谓的空调“四度” (温度、湿度、气流速度、空气洁净度) 要求。而冰蓄冷空调的评价标准除了要满足以上要求外, 还要考虑: (1) 是否达到预定的转移尖峰用电负荷目标; (2) 全年运行费用是否超过常规空调系统; (3) 全年运行电费是否超过常规空调系统。因此, 要根据实际情况, 综合考虑其经济性, 这样在系统运行过程中才能尽量减少不经济现象的发生。

5 冰蓄冷空调变风量系统调节特性

变风量空调系统 (VAV系统) 是随着室内显热负荷的变化, 由末端装置改变送风量来调节室温。与定风量空调系统相比, VAV系统不需要 (或很少需要) 末端再热, 而且避免 (或减少) 了由冷热量抵消而引起的能量损失。在蓄冷空调系统中, 采用变风量调节具有一定的节能效果。

5.1 室内负荷变化时的运行调节

VAV系统使用的末端装置不同, 其运行调节方法也不同。当室内显热负荷变化时, 根据室内温度调节器的指令, 节流型末端装置改变节流阀通道断面积来调节送风量;旁通型末端装置使末端装置的调节阀门动作来调节送入室内的风量;诱导型末端装置是在一定的一次风量下, 调节二次风阀门, 改变二次风量来保持要求的室温。

5.2 全年运行调节

根据不同的室内负荷变化情况, VAV系统有3种全年运行调节方法。

5.2.1 全年各房间有恒定冷负荷, 且变化较小。

可以采用无末端再热的VAV系统全年送冷风, 由室内温度调节器调节送风量, 风量随冷负荷的减少而减少。

5.2.2 全年各房间无恒定冷负荷, 且变化较

大可以采用有末端再热的VAV系统, 全年送冷风。由于室内的冷负荷变化大, 因此, 当室内送风量随冷负荷的减少而已减至最小值时, 就需要使用末端再热器加热空气, 向室内补充热量来保持室温不变。

5.2.3 各房间夏季有冷负荷, 冬季有热负荷

可以采用有供冷和供热季节转换的VAV系统。夏季运行时, 随着室内冷负荷的减少, 先减少送风量, 当减至最小送风量时, 风量不再减少, 而开始利用末端再热以补偿室内冷负荷的减少。

6 冰蓄冷技术的发展方向

冰蓄冷技术作为一种电力调荷方式已引起了人们的高度重视, 许多国家和研究机构都在积极进行研究开发, 主要表现在如下几个方面:

6.1 建立区域冰蓄冷空调供冷站

已经证明, 区域供冷或供热系统对节能较为有利。相比单个供冷站而言, 区域供冷不仅可以节约大量投资和运行费用, 而且减少了电力消耗及环境污染。