摘要：介紹了新型溫濕度獨立控制空調(diào)技術(shù)核心內(nèi)容，根據(jù)其技術(shù)特點及對我國不同區(qū)域氣象參數(shù)的分析，給出了應(yīng)用該技術(shù)的空調(diào)系統(tǒng)，室外設(shè)計參數(shù)新的選擇方法。提出了新風(fēng)與輻射地板聯(lián)合供冷系統(tǒng)中，幾個主要參數(shù)選擇計算設(shè)計方法及設(shè)計步驟。結(jié)合設(shè)計計算實例，分析了聯(lián)合供冷系統(tǒng)設(shè)備選型要點、應(yīng)用條件及適用場所。
關(guān)鍵詞：輻射地板供冷 溫濕度獨立控制新風(fēng)系統(tǒng) 聯(lián)合供冷 設(shè)計計算
引言
地板輻射供冷目前被人們認(rèn)為是一種非理想的供冷方式，其主要原因是，人們對結(jié)露問題的疑慮和對舒適性的擔(dān)憂。上世紀(jì)90年代，歐洲開始對地板輻射供冷進(jìn)行理論和實際應(yīng)用的探討，國內(nèi)近年來也加快了研究和應(yīng)用的進(jìn)程。隨著溫濕度獨立控制空調(diào)技術(shù)的發(fā)明與應(yīng)用，為解決上述問題提供了有效途徑，使杜絕地板結(jié)露現(xiàn)象的產(chǎn)生成為可能。相關(guān)研究表明，把地板溫度控制在18～20℃以上，在夏季不會產(chǎn)生腳冷的感覺，滿足熱舒適性要求。采用溫濕度獨立控制技術(shù)處理新風(fēng)與輻射地板聯(lián)合供冷（以下稱聯(lián)合供冷），室內(nèi)外設(shè)計參數(shù)的確定、地板新風(fēng)承擔(dān)空調(diào)負(fù)荷比例、地板表面溫度、送風(fēng)參數(shù)及聯(lián)合供冷系統(tǒng)適用場所，是本文主要研究的問題。
技術(shù)背景
1溫濕度獨立控制空調(diào)技術(shù)
傳統(tǒng)的空調(diào)方式由于手段的限制，通常采用熱濕聯(lián)合方式處理空氣，為了同時滿足溫度和濕度的要求，勢必導(dǎo)致能源的浪費。而溫濕度獨立調(diào)節(jié)空調(diào)技術(shù)是分別采用兩個手段來解決溫度控制和濕度控制這兩個方面問題，從而可以分別達(dá)到對室內(nèi)溫度和濕度的控制要求。結(jié)合相應(yīng)的能源形式，可以大大降低能耗，并有可能利用同一末端設(shè)備，解決春、夏、秋、冬四季的室內(nèi)環(huán)境的問題。
2輻射地板供冷
輻射地板供冷最關(guān)鍵的問題就是如何控制地板表面不發(fā)生結(jié)露現(xiàn)象。當(dāng)?shù)乇頊囟鹊陀谑覂?nèi)露點溫度時，會產(chǎn)生表面結(jié)露現(xiàn)象。結(jié)露不僅降低空調(diào)供冷的效果，而且影響建筑物的使用功能及建筑材料的使用壽命，應(yīng)堅決避免。這樣就要求在采用地板供冷時，一定要保證地板表面的最低溫度高于室內(nèi)空氣的露點溫度，且有一定的余量。在實際應(yīng)用中，可以采用防止輻射吊頂結(jié)露的方式進(jìn)行控制，即當(dāng)輻射地板溫度低于某一設(shè)定值（如一般場所可以取18oC）時，停止供水循環(huán)，使得溫度逐步上升，以保證正常工作。因此，在室內(nèi)設(shè)計狀態(tài)下，地板表面的溫度存在一個最低值。
室外參數(shù)的選擇
溫濕度獨立控制空調(diào)系統(tǒng)，溫度、濕度為兩個獨立控制的參數(shù)，與傳統(tǒng)熱濕聯(lián)合處理空調(diào)系統(tǒng)不同。傳統(tǒng)的空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計中，按暖通規(guī)范規(guī)定，夏季空調(diào)設(shè)計采用歷年平均不保證50h的干球溫度、歷年平均不保證50h的濕球溫度的狀態(tài)點作為室外設(shè)計狀態(tài)點，把這種選擇方法用在溫濕度獨立控制空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計是不妥的。
根據(jù)年平均溫度、最濕月平均含濕量，我國劃為三個區(qū)域（1）。根據(jù)我國典型氣象(設(shè)計典型)年逐時參數(shù)報表（2）中看出，不同區(qū)域最濕月平均含濕量與夏季空調(diào)室外狀態(tài)點對應(yīng)含濕量不同，一般干燥地區(qū)最濕月平均含濕量大于夏季空調(diào)室外狀態(tài)點對應(yīng)含濕量，潮濕地區(qū)最濕月平均含濕量接近或小于夏季空調(diào)室外狀態(tài)點對應(yīng)含濕量；所有地區(qū)最濕日平均含濕量均大于夏季空調(diào)室外狀態(tài)點對應(yīng)含濕量。為保證空調(diào)系統(tǒng)運行可靠性，建議采用最濕日平均含濕量作為夏季空調(diào)室外計算含濕量。夏季空調(diào)設(shè)計采用歷年平均不保證50h的干球溫度、最濕日平均含濕量的狀態(tài)點作為室外設(shè)計狀態(tài)點。表１為不同區(qū)域典型城市室外氣象參數(shù)對照表。
表1 不同區(qū)域典型城市室外氣象參數(shù)
室內(nèi)參數(shù)的確定
采用了地板輻射供冷方式，可以適當(dāng)提高室內(nèi)的空氣溫度，以達(dá)到與傳統(tǒng)空調(diào)系統(tǒng)一致的體感溫度，滿足舒適性要求。由于地板輻射不能負(fù)擔(dān)全部顯熱負(fù)荷，因此，設(shè)計的室內(nèi)溫度比傳統(tǒng)空調(diào)提高的幅度需要進(jìn)一步分析。參照熱輻射地板的規(guī)范要求，聯(lián)合供冷采用下部送風(fēng)方式，設(shè)計溫度可以比傳統(tǒng)空調(diào)提高2oC；采用上部送風(fēng)方式，設(shè)計時的室內(nèi)溫度按照線性比例提高，即如果地板輻射全部負(fù)擔(dān)顯熱負(fù)荷，設(shè)計溫度可以比傳統(tǒng)空調(diào)提高2oC，如果只占有一定比例，則設(shè)計溫度也提高2oC的相應(yīng)比例。
設(shè)計步驟
1地表溫度確定
應(yīng)根據(jù)空調(diào)負(fù)荷、新風(fēng)量及舒適性要求，確定地表溫度，一般不宜低于18～20℃。
2地板新風(fēng)承擔(dān)空調(diào)負(fù)荷比例
地板承擔(dān)部分顯熱負(fù)荷，新風(fēng)承擔(dān)室內(nèi)全部潛熱負(fù)荷及其余顯熱負(fù)荷。
單位面積輻射地板承擔(dān)的顯熱負(fù)荷為：
Qd=α*(tn-td)
其中：
Qd：單位面積輻射地板傳熱量
α：輻射換熱系數(shù)
tn：房間空氣溫度
td：輻射地板表面平均溫度
3新風(fēng)量的確定
滿足人員新風(fēng)量（新鮮空氣）及室內(nèi)空氣品質(zhì)的要求。
為使室內(nèi)空氣充分混合，維持均勻的溫度場、速度場，杜絕地板結(jié)露，聯(lián)合供冷系統(tǒng)新風(fēng)量即送風(fēng)量（誘導(dǎo)式送風(fēng)除外），宜滿足暖通規(guī)范舒適性空調(diào)室內(nèi)換氣次數(shù)要求。
4新風(fēng)送風(fēng)點的含濕量確定
新風(fēng)負(fù)擔(dān)全部的濕負(fù)荷，根據(jù)室內(nèi)的余濕量、含濕量以新風(fēng)量，計算新風(fēng)送風(fēng)點的濕度：
ds=dn-W/（Gx*ρ）
其中：
ds：新風(fēng)送風(fēng)點的含濕量 （g/kg）
dn：室內(nèi)空氣含濕量 (g/kg)
W：室內(nèi)余濕 (g/h)
G：新風(fēng)量 (m3/h)
ρ：空氣密度 （kg/m3）
5新風(fēng)送風(fēng)點的溫度確定
新風(fēng)負(fù)擔(dān)的顯熱負(fù)荷為全部顯熱負(fù)荷減去地板承擔(dān)的顯熱負(fù)荷。根據(jù)這個負(fù)荷，確定送風(fēng)點的溫度。具體計算如下：
ts=tn-3.6*Qx/（Cp*G*ρ）
Q=Qx+Qd
其中：
ts：新風(fēng)送風(fēng)點的溫度 ( oC )
tn：室內(nèi)空調(diào)溫度 ( oC )
Cp：空氣定壓比熱 (kJ/kg oC)
Q：室內(nèi)顯熱余熱 （W）
Qx：新風(fēng)負(fù)擔(dān)顯熱負(fù)荷 （W）
其它符號含義同上
應(yīng)用舉例
按照以上的設(shè)計計算方法，對典型的餐廳和辦公房間進(jìn)行設(shè)計，并且比較計算結(jié)果。
設(shè)計的室內(nèi)基本參數(shù)見表2
表2 典型餐廳、辦公室的室內(nèi)設(shè)計參數(shù)
為了便于計算，室內(nèi)設(shè)計溫度仍按照傳統(tǒng)方式選取，同時，確定輻射地板表面的平均溫度為20oC，根據(jù)分析，如室內(nèi)設(shè)計溫度提高，露點溫度相應(yīng)提高，但仍可滿足要求。表中新風(fēng)量考慮了人員的新風(fēng)要求和換氣次數(shù)的限制。
根據(jù)上述的計算方法、步驟，計算典型餐廳辦公室的新風(fēng)送風(fēng)點和負(fù)荷如表3，表4
表3 典型餐廳、辦公室負(fù)荷計算
表4 典型餐廳、辦公室新風(fēng)送風(fēng)點
根據(jù)計算可以看出新風(fēng)的送風(fēng)點達(dá)不到機器露點的范圍（相對濕度85%~90%），因此新風(fēng)的處理過程可以由獨立的溫濕度控制空調(diào)機組完成。
新風(fēng)處理方法和高溫冷水的制備
由于我國幅員遼闊，氣候類型多樣，因此，對于特定的新風(fēng)送風(fēng)點，在不同的地域，采用的處理手段也不盡相同，其能耗也差別很大。西北干燥地區(qū)，室外氣候比較干燥，可采用蒸發(fā)冷卻式新風(fēng)處理機組、高溫冷水表冷器新風(fēng)處理機組對新風(fēng)降溫；東南潮濕地區(qū)，室外空氣需要除濕降溫后才能送入室內(nèi)，可采用熱濕聯(lián)合處理（冷凝除濕）機組、溫濕度獨立控制新風(fēng)處理機組對新風(fēng)除濕降溫。（1）
需要特別說明的是，新風(fēng)機組選型的容量計算。由于新風(fēng)處理過程除濕是關(guān)鍵，如果除濕量不足，則送入室內(nèi)的新風(fēng)不能排除全部余濕，室內(nèi)空氣含濕量加大，干式空調(diào)末端設(shè)備產(chǎn)生結(jié)露現(xiàn)象。因此，新風(fēng)機組除濕量選擇十分重要，是選擇機組的首要參數(shù)。按前文所述，為安全起見，建議以室外最濕日平均含濕量作為計算室外狀態(tài)點的依據(jù)，并用建議的室外狀態(tài)點與送風(fēng)點的差值來選擇機組。這樣，相對于傳統(tǒng)的室外參數(shù)點為基礎(chǔ)的機組選型，獨立控制空調(diào)設(shè)備的選型容量增大。為保證空調(diào)系統(tǒng)運行可靠，在設(shè)備選型中應(yīng)特別注意。
輻射地板供冷，表面的平均溫度約為20℃，適宜的冷水溫度為15~18℃，此溫度要求的冷水可以采用很多天然冷源，如深井水、通過土壤源換熱器獲取冷水等，我國很多地區(qū)可以直接利用該方式提供15~18ºC冷水。在某些干燥地區(qū)（如新疆等）通過直接蒸發(fā)或間接蒸發(fā)的方法獲取15~18ºC冷水。即使采用機械制冷方式，由于要求的壓縮比很小，制冷機的理想COP將有大幅度提高。
聯(lián)合供冷適用場所
1干燥地區(qū)
空氣干燥、含濕量低氣候條件比較適宜的地域，采用地板輻射供冷的空調(diào)系統(tǒng)，新風(fēng)處理可以減少甚至取消除濕過程。當(dāng)室外溫度較低時，可以利用自然通風(fēng)的方式，大大節(jié)約了能耗。如在我國西北地區(qū)，室內(nèi)負(fù)荷較小，對空調(diào)的要求是通風(fēng)和降溫，因此，這種方式有廣泛的應(yīng)用前景。
2人員密集房間
對于人員密集、新風(fēng)量要求大的空調(diào)區(qū)域，采用輻射地板加獨立新風(fēng)系統(tǒng)，可以利用較大的新風(fēng)量負(fù)擔(dān)更多的顯熱符合，以減輕地板的負(fù)擔(dān)。這樣做可以提高地板表面的溫度，降低結(jié)露危險。同時，由于采用新風(fēng)方式控制室內(nèi)空氣參數(shù)，借助于成熟的空調(diào)控制手段，通過調(diào)節(jié)新風(fēng)參數(shù)，控制室內(nèi)溫度，增加了可調(diào)性。人員密集的高大空間，聯(lián)合供冷采用地板送風(fēng)方式，節(jié)能效果更為明顯，送風(fēng)量的減小，節(jié)約建筑空間，具有廣闊的發(fā)展前景。
3冬季地板供暖房間
在冬季采用地板供暖的建筑中，如果夏季采用輻射地板供冷，兩者可以公用一套系統(tǒng)及末端裝置，節(jié)省初投資。對于人員密度較低的房間，聯(lián)合供冷系統(tǒng)新風(fēng)量大于人員需要的新鮮空氣量。新風(fēng)量增加，大大提高空氣品質(zhì)，通過采用熱回收方式、變風(fēng)量系統(tǒng)及優(yōu)化控制策略等減少由于新風(fēng)量的增加帶來的能耗損失。
小結(jié)
聯(lián)合供冷系統(tǒng)有著廣泛的應(yīng)用前景，隨著地板輻射的深入研究與應(yīng)用和溫濕度獨立控制空調(diào)設(shè)備的成功研制，可實現(xiàn)溫濕度獨立控制空氣處理過程，新風(fēng)送風(fēng)點可以達(dá)到更大范圍的溫度濕度。由于可以直接將含濕量處理到要求的送風(fēng)點，因此比傳統(tǒng)熱濕聯(lián)合空調(diào)方式節(jié)約能源。結(jié)合我國氣候特點，采用多種形式，耗費較低能量來制備高溫冷水，用于輻射地板供冷。
在室外氣象參數(shù)選擇過程中，溫濕度獨立控制空調(diào)系統(tǒng)，建議采用最濕日平均含濕量作為濕度確定依據(jù)。
在設(shè)計計算中，應(yīng)先確定地板表面溫度，從而確定輻射所承擔(dān)的顯熱負(fù)荷，以及新風(fēng)量，根據(jù)室內(nèi)的濕負(fù)荷和余下的顯熱負(fù)荷分別確定新風(fēng)送風(fēng)點，最后由送風(fēng)點的位置選取適當(dāng)?shù)奶幚矸椒ā?/p>
參考文獻(xiàn)
（1）江億主編，《溫濕度獨立控制空調(diào)系統(tǒng)》，北京，中國建筑工業(yè)出版社，2006
（2）中國氣象局氣象信息中心氣象資料室、清華大學(xué)建筑技術(shù)科學(xué)系，《中國建筑熱環(huán)境分析專用氣象數(shù)據(jù)集》，北京，中國建筑工業(yè)出版社，2005
