輻射供冷系統簡析-云南專業地暖新風空調

　　節能是我國經濟和社會發展的一項長遠戰略方針，也是當前一項極為緊迫的任務。其中空調能耗占整個建筑能耗的一半以上。因此，應采取一切可行的方案以降低建筑能耗，緩解電力緊張局面，成為迫在眉睫的大事。建設低能耗的建筑和使用節能綠色空調系統便是其中最有效的解決方案。

　　輻射空調系統，作為一種節能空調系統，可以很好地與低能耗或綠色建筑結合，有著良好的應用前景。

　　1輻射供冷的原理與現狀

　　輻射供冷是指降低圍護結構內表面中一個或多個表面的溫度，形成冷輻射面，依靠輻射面與人體、家具及圍護結構其余表面的輻射熱交換進行降溫的技術方法。由于輻射供冷系統中輻射傳熱所占份額在50%以上，當采用輻射供冷時室內作用溫度可比傳統空調系統降低1~2℃。輻射供冷具有節能、舒適性強、污染性小等優點，本文將對輻射供冷進行分析。

　　輻射供冷的主要優點：

　　（1）節能：由于傳統空調中熱量的介質主要是空氣，但是空氣的比熱容較低，而輻射供冷的介質不采用空氣，因此它在輸配傳熱介質上的耗能要比傳統空調小得多，節能可達到28%~40%；

　　（2）舒適性強：一般認為，舒適條件下人體產生的熱量，大致以如下比例散發：對流30%、輻射45%、蒸發25%。輻射供冷在夏季降低圍護結構表面溫度，加強人體輻射散熱份額，提高了舒適性。另外，傳統的空調如果要想實現溫、濕度的同步控制，一般需要對新風再熱，導致能耗增加，唯一和解決途徑就是犧牲溫濕度中的其中一項，這樣就相當于犧牲了室內的熱舒適性；而輻射供冷可以實現溫濕度分開控制，且輻射供冷在室內形成的溫度梯度很小，風速極小，達到良好的室內舒適性。

　　（3）提供一種新的末端形式，有利于系統及布置方式的優化空調送風系統，特別是采用全新風的空調系統，其風管截面大、占用建筑空間大、有時還會與建筑的梁相碰，難于布置。采用地板或頂板供冷，有利于系統和布置方式進一步優化，減少建筑層高的增加幅度。

　　輻射供冷20世紀70年起代源于歐洲，早在上個世紀90年代就在歐洲一些發達國家的的民用建筑中得到具體應用。到目前為止，在歐洲已廣泛應用于商場、超市、銀行等場所，特別在德國和瑞士。

　　輻射供熱系統，在我國已經有了多年的應用歷史，其舒適性和節能效益得到了業內同行的一致好評。輻射供冷有著與傳統空調無法比擬的優勢，但輻射供冷在我國起步較晚，至今還未有實際場所大面積的應用，僅僅停留在理論研究和實驗室論證的階段。隨著國家提倡節能減排的政策越來越強烈，低碳建筑不斷被廣泛應用，再加上人們對室內空調的舒適性要求越來越高，因此，輻射供冷是相當有前景的。

　　2供冷系統的組成

　　一般輻射供冷系統結合相關空調系統進行合理配置，由冷熱源、輻射供冷供熱末端系統及獨立除濕新風系統三部分組成。

　　2.1空調冷熱源部分

　　空調冷熱源采用高效率、低污染、使用可再生能源的主機。如利用地熱、地（下）表水等可再生資源作為冷熱源的空調系統，或者高效率的制冷制熱空調系統。

　　2.1.1土壤源熱泵（地源熱泵）

　　土壤熱泵系統采用垂直（埋管深度在地下100m以內，也可利用建筑混凝土樁基埋管）或水平埋管形式，利用地下淺層土壤溫度常年保持在10～20℃左右的特點，通過地下埋管管內的介質循環與土壤進行閉式熱交換以達到供冷供熱的目的。夏季通過熱泵將建筑物內的熱量轉移到地下，對建筑進行降溫；冬季通過熱泵將大地中的低位熱能提高品位對建筑物供暖。同時還可提供衛生熱水。土壤源為可再生性能源，由于地下換熱器為閉式系統，不會污染地下水資源，對環境零污染。

　　為保證土壤源熱泵長期穩定運行的關鍵技術，就是地下換熱器系統的精確設計與良好的安裝工藝。

　　2.1.2水源熱泵

　　水源熱泵，直接利用地下水或者江河湖泊水塘作為空調系統的冷熱源，夏季吸收建筑物余熱量，冬季向建筑物輸送熱量。分為開式系統和閉式系統兩類。

　　（1）開式系統：直接采用地下水作為空調系統的冷熱源時，如果處理不當，有可能污染地下水，或者取水與回灌量的不平衡，從而造成系統不能安全穩定地長期運行。所以此方式，雖然能源具有可再生性，但是由于設計要求較高，并且受地質條件和當地政策的限制，應根據實際情況慎重選用。

　　（2）閉式系統：采用江河、湖泊、水塘等地表水作為冷熱源時，由于通常采用閉式系統，對環境無污染，且安裝方便，在地表水資源豐富的地區采用較好。

　　2.1.3風冷熱泵機組

　　風冷熱泵機組主要應用在冬冷夏熱（冬季非采暖）地區。由于其安裝方便、維護簡單，對于家庭等分散用戶是一個有效的選擇。

　　2.2空調末端部分

　　供冷輻射與環境的熱交換一般有兩種形式，即對流和輻射，因此根據這兩種熱交換的形式，其末端也對應兩種設備，即對流式和輻射式。對流式供冷還可以分

　　為，主動式冷梁和被動式冷梁。

　　2.2.1輻射式

　　輻射式可以分為吊頂式和樓板式兩種。樓板式又可以分為毛細管式和混凝土式。毛細管式一般使用內徑很小的塑料管，供冷能力有限，一般為40~65W/m2。對室內負荷變化的反應快，而在輻射能力相當的情況下造價低、安裝簡捷、節約建筑空間。可以根據客戶要求定制尺寸、干濕式建筑施工要求均可。混凝土式是把冷水管直接進入樓板混凝土中，與建筑圍護結構形成一體，它的供冷能力更小，只有30W/m2，一般滿足建筑的基礎冷負荷。吊頂式在閉式平滑表面，它一般直接懸吊在天花板下方。吊頂式在房間垂直方向上溫度波動極小，提供的冷量不超過100W/m2。總體來說，輻射式供冷引起的室內空氣對流風速很小，室內人員沒有

　　吹風感，一般應用于冷負荷不太大的場所，如辦公室、學校、銀行等。其優點為：

　　（1）節能和舒適。夏季不需低溫冷水，供水溫度為16℃時，空調系統的運行效率可達到10.0。空調末端系統可以和任何形式的冷熱源結合使用，尤其是與土壤源熱泵、閉式地表水水源熱泵配套使用，由于夏季可以直供，不需要開啟機組制冷，節能效果更明顯。同時具有舒適性高的優點。

　　（2）空氣品質好。輻射空調系統采用獨立新風形式，不存在和回風的混合，因而空調品質好。

　　（3）節省建筑空間。基本不占用吊頂空間，因而可降低房間層高要求，從而大大節省建筑投資。而且安裝方便、快捷，經濟性好。

　　缺點：供冷能力不強，局限性小。

　　2.2.2對流式

　　（1）吊頂式。對流式吊頂一般有強化空氣流動的縫隙，加強對流換熱，其所占換熱比例超過50%。對流式系統的房間垂直方向溫度波動也較小，一般在2K以內，比輻射式略高。提供的供冷量也不超過。風速比輻射式高，但也不會超過0.15m/s。這種供冷方式適合冷負荷較大的場所，如商場、超市等。

　　（2）冷梁。冷梁與環境之間的熱交換絕大部分是通過對流進行，對流比例達90%~95%。冷梁按有無新風通入可分為主動式冷梁（如圖1所示）和被動式冷梁（如圖2所示）。

　　主動式冷梁有新風通入，新風以極高的速度進入冷梁，從而產生負壓，誘導周圍空氣進入冷梁，并通過冷梁內的盤管進行對流換熱，從而降低室內空氣溫度。

　　由于主動式冷梁的出風流速較高，不能直接布置在人員活動的正上方。主動式冷梁又可分為單側送風和雙側送風。單側送風主要敷設在房間天花的邊緣處；雙側

　　送風布置在天花中間。其供冷系統能力很大，可達620W/m2適用于冷負荷非常高的場所。

　　被動式冷梁與主動式的最大區別就是它沒有新風參與室內的對流換熱，只是一個封閉循環。被動式冷梁下方的氣流速度也比較大，同樣不能直接布置在工作人員的上方，它的供冷負荷可以達到400W/m2。

　　2.3獨立除濕新風系統

　　輻射供冷不能去除室內的潛熱負荷，因此，可以利用獨立的新風系統來承擔潛熱負荷。另外，為避免輻射表面出現結露的現象，新風系統也要進行除濕處理。

　　2.3.1用冷卻方式除濕

　　此方式運行可靠、技術成熟、能效較高。但冷卻除濕的原理必須將要處理的空氣冷卻到機器露點以下，然后對空氣再熱，對能源的使用效率受到制約，而且不能利用低位能源（包括可再生能源）。

　　2.3.2液體除濕新風系統

　　液體除濕系統利用溶液的吸濕能力去除空氣中的水分，溶液通過加熱再生然后循環使用。除濕后的空氣再由表冷器除去顯熱，構成一除濕新風系統。液體除濕可以使用低品位能源（如太陽能、地熱、余熱等）。由于液體除濕系統的可獨立除濕（處理潛熱）的能力，在空調系統中的應用將有廣泛的領域。目前由于其體積大，溶液有腐蝕性等弱點，尚未得到大量的使用。隨著研發的進一步深入，液體除濕系統會有更大的突破。

　　3輻射供冷的其它設計特點

　　3.1送風方式的選擇

　　為保證室內的良好熱舒適性，避免產生吹風感，達到節能的要求，因此一般選用天花板頂送風和置換通風。

　　（1）天花板頂送風方式技術比較成熟，獨立新風系統可以直接選用和全空氣系統相似的空調機組，再配合高吸入性的旋流風口，這樣新風（經冷卻除濕）可以不需要再加熱，而直接送入房間，而且人員不會有吹風感，另外，頂送風可以加強空氣的擾動，提高換熱效果，從而提高供冷量。

　　（2）置換通風的換氣效率、能量利用效率都高于天花板頂送風系統。但由于置換通風要求的送風溫差不宜大（低于3K），須對新風進行再加熱，因此造成了能源浪費。

　　3.2輻射供冷水系統

　　由于輻射供冷水系統比較復雜，需要提供兩組不同溫度的冷水，一組為輻射供冷，一組為獨立新風系統。輻射供冷系統的水溫一般在15～20℃之間，有3種方案實施：

　　（1）方案一（如圖3所示）：輻射供冷和獨立新風共用一套水系統。獨立新風系統采用一次冷水，水溫較低；輻射供冷采用二次冷水，通過板式換熱器進行熱交換的，則水溫略高。此方案設計簡單，控制容易。

　　（2）方案二（如圖4所示）：冷水機出來的冷水先對獨立的新風系統進行處理，再處理輻射供冷。一般冷回水（已處理好新風系統）的水溫為12℃，滿足輻射供冷對冷凍水溫的要求。另外可以在輻射供冷回水處加裝三通，以調節輻射供冷的水溫，這樣冷水就兩次利用，降低了冷量損失。

　　（3）方案三：為獨立新風和輻射供冷各設一套冷水系統，此設計有很強的針對性，可以降低系統能耗，但初投資比較大。

　　4結語

　　輻射供冷具有節能、舒適性好、節省建筑空間等優點，在應用過程中，應注意以下幾點：

　　（1）輻射供冷系統應該與置換通風、天花板頂送風相結合，互相取長補短。特別是蒸發冷卻與輻射供冷相結合的半集中式空調系統由于采用了零費用的蒸發冷卻技術，符合國家節能減排的政策，有著廣闊的市場前景。因此，目前蒸發冷卻與輻射末端相結合的半集中式空調系統已成為業內關注的研究熱點。

　　（2）采用輻射供冷與置換通風系統相結合時，輻射供冷承擔室內顯熱復合；置換通風承擔新風的潛熱負荷和濕負荷。但是冷負荷分配是個關鍵的問題，有待于繼續研究討論。

　　（3）采用輻射供冷系統時，除濕是個關鍵問題。隨著除濕技術的發展，輻射供冷將呈現更多的形式，其供冷能力也將大幅度的提高。

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