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摘要：本項目為北京建筑工程學院供熱、供燃氣、通風空調(diào)工程重點實驗室開放研究課題：輻射供冷暖—置換通風新型空調(diào)系統(tǒng)在北京地區(qū)的可行性研究。本文主要介紹了該實驗臺的系統(tǒng)布置形式，介紹了如何解決地板輻射供冷用于夏季空調(diào)時人們所擔心的結(jié)露問題，指出了置換通風系統(tǒng)的引入，不僅可通過送入干燥的冷空氣在冷地板的表面形成一層空氣湖，降低冷地板表面的露點溫度，提高其供冷能力，同時本身也可以承擔一定量的冷負荷。分析了該系統(tǒng)用于北京地區(qū)供冷暖的可行性，并對該系統(tǒng)的冬季運行情況做了初步的測試分析，實踐證明該系統(tǒng)用于冬季供暖使用效果良好，節(jié)省能耗，室內(nèi)舒適性較好。

關(guān)鍵詞：輻射供冷暖—置換通風作用溫度可行性

1引言

低溫輻射供暖,是一種利用建筑物內(nèi)部的地面、墻面、頂面或其他表面進行供暖的系統(tǒng)，以地板輻射供暖最為常用。由于其輻射表面積基本上與室內(nèi)使用面積相同,因此可以均勻地向各處供熱,使室內(nèi)溫度均勻。在我國北方地區(qū),低溫熱水地板輻射供暖方式以其衛(wèi)生條件高、舒適性好、溫度場均勻、便于利用自然能源和節(jié)能性冷熱源等優(yōu)點而得到廣泛應用。同一套系統(tǒng)如能同時用于夏季供冷，將減少設(shè)備初投資，提高其使用效率，而地板供冷暖—置換通風復合空調(diào)系統(tǒng)在節(jié)能性、舒適性，排出室內(nèi)有害氣體從而改善室內(nèi)空氣品質(zhì)方面具有其他采暖空調(diào)系統(tǒng)不能比擬的優(yōu)勢。地板供冷與置換通風相結(jié)合可以根本解決結(jié)露問題，但在不同地域、不同氣象條件下使用時，設(shè)備系統(tǒng)可能有較大差別，必須在當?shù)剡M行實驗研究。為此，我們在北京建工學院校內(nèi)建造了輻射供冷暖—置換通風新型空調(diào)系統(tǒng)實驗臺，擬對該系統(tǒng)特性進行進一步研究，并進行實測分析，使地板同時供冷的技術(shù)和設(shè)備進一步成熟，進行推廣使用。

2實驗方案

2.1實驗條件

實驗房間位于北京市西直門外北京建筑工程學院校內(nèi)一幢二層小樓的地面一層,室內(nèi)使用面積32㎡，建筑面積約35㎡。實驗房間東西兩面外墻，為37磚墻；南北兩面隔墻為24磚墻，隔壁為不采暖房間。窗戶為單層玻璃鋼窗。經(jīng)過負荷計算，得到實驗房間的總冷負荷為114W/㎡,濕負荷為0.956Kg/h,潛熱負荷為610W。冷地板所擔負的負荷全部為顯冷負荷，計劃為42W/㎡,風機盤管所需擔負的冷負荷為2.3kW,其中潛熱負荷為610W。

2.2地板管布置形式

管底首先鋪設(shè)高效保溫材料（采用40㎜厚聚苯乙烯加鋁箔，密度≥20㎏/m3），起到單向保溫和隔熱的作用。管材采用交聯(lián)聚乙烯管（PEX）管，管徑DN16，管間距100㎜，采用雙回路布置以盡量均勻地面溫度，各回路管長基本一致，長度為90m左右，以便阻力平衡，水量均勻。分4個回路鋪設(shè)（見圖1），A回路：處于房間一側(cè)，間距200mm；B回路：套在A回路中間形成間距100㎜。C回路：同A回路，位于房間另一側(cè)；D回路：同B回路，套在C中間形成間距100㎜；A、C回路之間，外側(cè)回路與房間墻壁之間也保持100mm間距，每個回路可通過供回水集水器上的閥門進行開關(guān)。地板管填充層為30㎜碎石混凝土，每隔5m見方設(shè)伸縮縫，找平層約20㎜，面層裝修材料選用導熱性能較強的地磚，構(gòu)造層厚度約70～80㎜。

圖1地板管布置示意圖

2.3冬夏季空調(diào)處理方案

采用空氣源熱泵作為本系統(tǒng)的冷熱源，因其便于利用自然能源，制熱效率大于1，具有節(jié)能優(yōu)勢，合理使用，可減少能耗和運行費。本系統(tǒng)的流程圖見圖2，夏季制冷、除濕運行時，截止閥A關(guān)閉，截止閥B打開，來自機組的冷水首先經(jīng)過風機盤管，溫度升高后再與冷地板的回水相混合，作為冷地板的供水。由于濕負荷全部要由風機盤管承擔，所以風機盤管的進水溫度要求較低，大約在7℃左右，如考慮溫升為5℃，則風機盤管的出水溫度在12℃左右，這個溫度若直接供地板管，溫度仍然太低，大大低于北京地區(qū)的夏季露點溫度，將會造成冷地板表面結(jié)露。有關(guān)文獻推薦地板供冷的水溫為18～20℃，所以風機盤管的出水要與冷地板的回水混合后再供給冷地板，通過設(shè)定地板管供水溫度來控制三通閥混水量。冬季直接送水至地板管，此時截止閥B關(guān)閉，截止閥A打開。冬季運行不需要混水時，二級水泵關(guān)閉。

由于經(jīng)費限制，該項目未能按當前需要購置新設(shè)備，采用原有設(shè)備，裕量較大。實驗用熱泵機組采用蘇州臺佳空調(diào)器廠生產(chǎn)的風冷熱泵機組，額定制熱量19.5kW，額定制冷量16.3kW,自帶水泵的額定流量6.3m3/h，揚程20m，功率0.6kW；熱泵機組總輸入功率7.5kW。風機盤管機組采用的是清華同方人工環(huán)境有限公司生產(chǎn)的臥式安裝風機盤管機組，型號：FP—6.3,風量671m3/h，制冷量3500W，制熱量5763W，輸入功率32W。

3地板輻射供冷暖—置換通風新型空調(diào)系統(tǒng)的可行性及優(yōu)越性

眾所周知，低溫地板輻射采暖方式因其舒適、節(jié)能、衛(wèi)生條件好等優(yōu)點，在全國范圍內(nèi)得到了迅速推廣，對此不再贅述；而同一套系統(tǒng)如能同時用于夏季供冷，將減少設(shè)備初投資，提高其使用效率，因此也受到了越來越多地關(guān)注。然而，由于人們擔心地板結(jié)露問題，熱舒適性問題以及冷地板的供冷能力問題，使得地板供冷的應用受到了一定的限制，沒有象地板輻射采暖那樣得到迅速普及。

的確，當冷地板的供水溫度較低或室內(nèi)濕度較大時，冷地板的表面可能結(jié)露，限制了冷地板的供冷能力，不能滿足舒適性要求。然而，如能與置換通風系統(tǒng)相結(jié)合則可解決上述問題。由置換通風系統(tǒng)送入經(jīng)過冷卻除濕的空氣，由于其密度較大而沉淀在冷地板的表面，形成一層空氣湖，從而阻止熱濕空氣與冷地板直接接觸，降低了冷地板表面的露點溫度，能夠保證足夠低的供水溫度，提高了冷地板的供冷能力。同時，置換通風系統(tǒng)本身也可以承擔一部分冷負荷，與地板輻射供冷系統(tǒng)相結(jié)合，則可達到較高的舒適性要求。再者，對于人們所關(guān)心的熱舒適性問題，有研究表明，把地板溫度控制在18～20℃的范圍內(nèi)，在夏季不會產(chǎn)生腳冷的感覺，與置換通風系統(tǒng)相結(jié)合，則可以承擔室內(nèi)的全部冷負荷。

4冬季運行情況

4.1熱泵機組運行參數(shù)

由于搭建實驗臺等原因，測試時間主要集中在2004年2月下旬和3月上旬。雖然天氣已經(jīng)轉(zhuǎn)暖，但仍能感到春寒料峭，室內(nèi)、外溫濕度通過清華同方生產(chǎn)的溫濕度自記儀采集，每隔半小時自動記錄一次。系統(tǒng)中安裝了冷熱量表、流量計，熱泵機組單獨加裝了電表，用來進行實測、統(tǒng)計和運行控制。熱泵機組的耗電量和制熱量分別由電表和熱表計量，要說明的是，由于機組裕量過大，采用一個有效容積為300升的蓄熱水箱進行調(diào)節(jié)，為避免壓縮機頻繁開機，設(shè)定出水溫度上限為45℃，溫差調(diào)節(jié)幅度調(diào)至15℃，實際運行中開機與停機的時間比約0.2:1。為此，在實際計算機組的COP時，要扣除水泵的耗電量。測試期間，室外氣溫大部分時間在6～10℃之間，室外最低溫度-2℃，一般最低溫度在4～7℃之間。經(jīng)過多次測量，在連續(xù)運行50小時，達到穩(wěn)定狀態(tài)后，測得機組平均耗電量約1.04kW/h，扣除水泵耗電量0.6kW/h后，耗電量為0.44kW/h；平均制熱量約1.53kW/h，經(jīng)計算COP值約3.5。

4.2室內(nèi)溫度實驗結(jié)果

為了研究地板輻射供冷暖—置換通風的使用效果，對該實驗室圍護結(jié)構(gòu)內(nèi)表面溫度和室溫進行了實測。圍護結(jié)構(gòu)內(nèi)表面溫度用熱成像儀測得，取多點測量的平均值；室內(nèi)溫度用清華同方生產(chǎn)的溫濕度自記儀測得，多次測試的平均值見表1。

地板溫度、圍護結(jié)構(gòu)內(nèi)表面溫度和室內(nèi)空氣溫度表2測點

溫度

地面

溫度（℃）

頂板

溫度（℃）

東墻

溫度（℃）

西墻

溫度（℃）

南墻

溫度（℃）

北墻

溫度（℃）

外窗

溫度

（℃）

室內(nèi)

溫度

（℃）

初始溫度

穩(wěn)定值

15.3

27.2

16.2

22.5

15.0

21.6

15.1

21.7

16.9

22.3

16.4

22.5

10.1

18.6

15.8

24.1

可以看出，在測試的地板輻射系統(tǒng)中，隨著地面溫度的升高，室內(nèi)表面的溫度也較高，其面積權(quán)重平均溫度接近室內(nèi)溫度。另外，由于人體的舒適感是輻射和對流兩種傳熱的綜合效果，可用作用溫度來表示。根據(jù)文獻介紹，在室內(nèi)風速很小時，作用溫度可認為等于圍護結(jié)構(gòu)表面平均溫度和室內(nèi)空氣溫度的平均值，也就是說，在地板輻射供暖系統(tǒng)中，輻射和對流這兩種傳熱方式對人體的舒適感具有同等效果。

5初步結(jié)論

（1）輻射供冷暖—置換通風新型空調(diào)系統(tǒng)用于北京地區(qū)的冬季供暖，完全能夠達到室溫要求。

（2）由于熱泵本身的節(jié)能性，比之使用電鍋爐等設(shè)備節(jié)省能耗和運行費方面的優(yōu)勢明顯。

（3）地板供冷與置換通風系統(tǒng)相結(jié)合，由置換通風系統(tǒng)承擔室內(nèi)全部潛冷負荷和一部分顯冷負荷，冷地板承擔顯冷負荷，完全可以滿足夏季供冷的要求。

（4）本項目由于機組裕量太大，所配水泵的額定流量和揚程過大，造成了水泵能耗過大，浪費了一定的能量。實際使用中，選用機組不必留較大裕量。

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