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輻射供冷系統(tǒng)簡(jiǎn)析-云南專(zhuān)業(yè)地暖新風(fēng)空調(diào)

輻射供冷系統(tǒng)簡(jiǎn)析-云南專(zhuān)業(yè)地暖新風(fēng)空調(diào)

作者:CEO 時(shí)間:2023-07-25

信息摘要:節(jié)能是我國(guó)經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展的一項(xiàng)長(zhǎng)遠(yuǎn)戰(zhàn)略方針,也是當(dāng)前一項(xiàng)極為緊迫的任務(wù)。其中空調(diào)能耗占整個(gè)建筑能耗的一半以上。因此,應(yīng)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(shè)低能耗的建筑和使用節(jié)能綠色空調(diào)系統(tǒng)便是其中最有

輻射供冷系統(tǒng)簡(jiǎn)析-云南專(zhuān)業(yè)地暖新風(fēng)空調(diào)

(輻射供冷系統(tǒng)簡(jiǎn)析-云南專(zhuān)業(yè)地暖新風(fēng)空調(diào))

  節(jié)能是我國(guó)經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展的一項(xiàng)長(zhǎng)遠(yuǎn)戰(zhàn)略方針,也是當(dāng)前一項(xiàng)極為緊迫的任務(wù)。其中空調(diào)能耗占整個(gè)建筑能耗的一半以上。因此,應(yīng)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(shè)低能耗的建筑和使用節(jié)能綠色空調(diào)系統(tǒng)便是其中最有效的解決方案。

  輻射空調(diào)系統(tǒng),作為一種節(jié)能空調(diào)系統(tǒng),可以很好地與低能耗或綠色建筑結(jié)合,有著良好的應(yīng)用前景。

  1輻射供冷的原理與現(xiàn)狀

  輻射供冷是指降低圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)表面中一個(gè)或多個(gè)表面的溫度,形成冷輻射面,依靠輻射面與人體、家具及圍護(hù)結(jié)構(gòu)其余表面的輻射熱交換進(jìn)行降溫的技術(shù)方法。由于輻射供冷系統(tǒng)中輻射傳熱所占份額在50%以上,當(dāng)采用輻射供冷時(shí)室內(nèi)作用溫度可比傳統(tǒng)空調(diào)系統(tǒng)降低1~2℃。輻射供冷具有節(jié)能、舒適性強(qiáng)、污染性小等優(yōu)點(diǎn),本文將對(duì)輻射供冷進(jìn)行分析。

  輻射供冷的主要優(yōu)點(diǎn):

 ?。?)節(jié)能:由于傳統(tǒng)空調(diào)中熱量的介質(zhì)主要是空氣,但是空氣的比熱容較低,而輻射供冷的介質(zhì)不采用空氣,因此它在輸配傳熱介質(zhì)上的耗能要比傳統(tǒng)空調(diào)小得多,節(jié)能可達(dá)到28%~40%;

 ?。?)舒適性強(qiáng):一般認(rèn)為,舒適條件下人體產(chǎn)生的熱量,大致以如下比例散發(fā):對(duì)流30%、輻射45%、蒸發(fā)25%。輻射供冷在夏季降低圍護(hù)結(jié)構(gòu)表面溫度,加強(qiáng)人體輻射散熱份額,提高了舒適性。另外,傳統(tǒng)的空調(diào)如果要想實(shí)現(xiàn)溫、濕度的同步控制,一般需要對(duì)新風(fēng)再熱,導(dǎo)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(xiàng),這樣就相當(dāng)于犧牲了室內(nèi)的熱舒適性;而輻射供冷可以實(shí)現(xiàn)溫濕度分開(kāi)控制,且輻射供冷在室內(nèi)形成的溫度梯度很小,風(fēng)速極小,達(dá)到良好的室內(nèi)舒適性。

  (3)提供一種新的末端形式,有利于系統(tǒng)及布置方式的優(yōu)化空調(diào)送風(fēng)系統(tǒng),特別是采用全新風(fēng)的空調(diào)系統(tǒng),其風(fēng)管截面大、占用建筑空間大、有時(shí)還會(huì)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(tǒng)和布置方式進(jìn)一步優(yōu)化,減少建筑層高的增加幅度。

  輻射供冷20世紀(jì)70年起代源于歐洲,早在上個(gè)世紀(jì)90年代就在歐洲一些發(fā)達(dá)國(guó)家的的民用建筑中得到具體應(yīng)用。到目前為止,在歐洲已廣泛應(yīng)用于商場(chǎng)、超市、銀行等場(chǎng)所,特別在德國(guó)和瑞士。

  輻射供熱系統(tǒng),在我國(guó)已經(jīng)有了多年的應(yīng)用歷史,其舒適性和節(jié)能效益得到了業(yè)內(nèi)同行的一致好評(píng)。輻射供冷有著與傳統(tǒng)空調(diào)無(wú)法比擬的優(yōu)勢(shì),但輻射供冷在我國(guó)起步較晚,至今還未有實(shí)際場(chǎng)所大面積的應(yīng)用,僅僅停留在理論研究和實(shí)驗(yàn)室論證的階段。隨著國(guó)家提倡節(jié)能減排的政策越來(lái)越強(qiáng)烈,低碳建筑不斷被廣泛應(yīng)用,再加上人們對(duì)室內(nèi)空調(diào)的舒適性要求越來(lái)越高,因此,輻射供冷是相當(dāng)有前景的。

  2供冷系統(tǒng)的組成

  一般輻射供冷系統(tǒng)結(jié)合相關(guān)空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行合理配置,由冷熱源、輻射供冷供熱末端系統(tǒng)及獨(dú)立除濕新風(fēng)系統(tǒng)三部分組成。

  2.1空調(diào)冷熱源部分

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

  2.1.1土壤源熱泵(地源熱泵)

  土壤熱泵系統(tǒng)采用垂直(埋管深度在地下100m以?xún)?nèi),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(diǎn),通過(guò)地下埋管管內(nèi)的介質(zhì)循環(huán)與土壤進(jìn)行閉式熱交換以達(dá)到供冷供熱的目的。夏季通過(guò)熱泵將建筑物內(nèi)的熱量轉(zhuǎn)移到地下,對(duì)建筑進(jìn)行降溫;冬季通過(guò)熱泵將大地中的低位熱能提高品位對(duì)建筑物供暖。同時(shí)還可提供衛(wèi)生熱水。土壤源為可再生性能源,由于地下?lián)Q熱器為閉式系統(tǒng),不會(huì)污染地下水資源,對(duì)環(huán)境零污染。

  為保證土壤源熱泵長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵技術(shù),就是地下?lián)Q熱器系統(tǒng)的精確設(shè)計(jì)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(diào)系統(tǒng)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(kāi)式系統(tǒng)和閉式系統(tǒng)兩類(lèi)。

  (1)開(kāi)式系統(tǒng):直接采用地下水作為空調(diào)系統(tǒng)的冷熱源時(shí),如果處理不當(dāng),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(tǒng)不能安全穩(wěn)定地長(zhǎng)期運(yùn)行。所以此方式,雖然能源具有可再生性,但是由于設(shè)計(jì)要求較高,并且受地質(zhì)條件和當(dāng)?shù)卣叩南拗疲瑧?yīng)根據(jù)實(shí)際情況慎重選用。

 ?。?)閉式系統(tǒng):采用江河、湖泊、水塘等地表水作為冷熱源時(shí),由于通常采用閉式系統(tǒng),對(duì)環(huán)境無(wú)污染,且安裝方便,在地表水資源豐富的地區(qū)采用較好。

  2.1.3風(fēng)冷熱泵機(jī)組

  風(fēng)冷熱泵機(jī)組主要應(yīng)用在冬冷夏熱(冬季非采暖)地區(qū)。由于其安裝方便、維護(hù)簡(jiǎn)單,對(duì)于家庭等分散用戶(hù)是一個(gè)有效的選擇。

  2.2空調(diào)末端部分

  供冷輻射與環(huán)境的熱交換一般有兩種形式,即對(duì)流和輻射,因此根據(jù)這兩種熱交換的形式,其末端也對(duì)應(yīng)兩種設(shè)備,即對(duì)流式和輻射式。對(duì)流式供冷還可以分

  為,主動(dòng)式冷梁和被動(dòng)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(xì)管式和混凝土式。毛細(xì)管式一般使用內(nèi)徑很小的塑料管,供冷能力有限,一般為40~65W/m2。對(duì)室內(nèi)負(fù)荷變化的反應(yīng)快,而在輻射能力相當(dāng)?shù)那闆r下造價(jià)低、安裝簡(jiǎn)捷、節(jié)約建筑空間。可以根據(jù)客戶(hù)要求定制尺寸、干濕式建筑施工要求均可?;炷潦绞前牙渌苤苯舆M(jìn)入樓板混凝土中,與建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)形成一體,它的供冷能力更小,只有30W/m2,一般滿(mǎn)足建筑的基礎(chǔ)冷負(fù)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(dòng)極小,提供的冷量不超過(guò)100W/m2??傮w來(lái)說(shuō),輻射式供冷引起的室內(nèi)空氣對(duì)流風(fēng)速很小,室內(nèi)人員沒(méi)有

  吹風(fēng)感,一般應(yīng)用于冷負(fù)荷不太大的場(chǎng)所,如辦公室、學(xué)校、銀行等。其優(yōu)點(diǎn)為:

 ?。?)節(jié)能和舒適。夏季不需低溫冷水,供水溫度為16℃時(shí),空調(diào)系統(tǒng)的運(yùn)行效率可達(dá)到10.0??照{(diào)末端系統(tǒng)可以和任何形式的冷熱源結(jié)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(kāi)啟機(jī)組制冷,節(jié)能效果更明顯。同時(shí)具有舒適性高的優(yōu)點(diǎn)。

  (2)空氣品質(zhì)好。輻射空調(diào)系統(tǒng)采用獨(dú)立新風(fēng)形式,不存在和回風(fēng)的混合,因而空調(diào)品質(zhì)好。

  (3)節(jié)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(jié)省建筑投資。而且安裝方便、快捷,經(jīng)濟(jì)性好。

  缺點(diǎn):供冷能力不強(qiáng),局限性小。

  2.2.2對(duì)流式

 ?。?)吊頂式。對(duì)流式吊頂一般有強(qiáng)化空氣流動(dòng)的縫隙,加強(qiáng)對(duì)流換熱,其所占換熱比例超過(guò)50%。對(duì)流式系統(tǒng)的房間垂直方向溫度波動(dòng)也較小,一般在2K以?xún)?nèi),比輻射式略高。提供的供冷量也不超過(guò)。風(fēng)速比輻射式高,但也不會(huì)超過(guò)0.15m/s。這種供冷方式適合冷負(fù)荷較大的場(chǎng)所,如商場(chǎng)、超市等。

 ?。?)冷梁。冷梁與環(huán)境之間的熱交換絕大部分是通過(guò)對(duì)流進(jìn)行,對(duì)流比例達(dá)90%~95%。冷梁按有無(wú)新風(fēng)通入可分為主動(dòng)式冷梁(如圖1所示)和被動(dòng)式冷梁(如圖2所示)。

  主動(dòng)式冷梁有新風(fēng)通入,新風(fēng)以極高的速度進(jìn)入冷梁,從而產(chǎn)生負(fù)壓,誘導(dǎo)周?chē)諝膺M(jìn)入冷梁,并通過(guò)冷梁內(nèi)的盤(pán)管進(jìn)行對(duì)流換熱,從而降低室內(nèi)空氣溫度。

  由于主動(dòng)式冷梁的出風(fēng)流速較高,不能直接布置在人員活動(dòng)的正上方。主動(dòng)式冷梁又可分為單側(cè)送風(fēng)和雙側(cè)送風(fēng)。單側(cè)送風(fēng)主要敷設(shè)在房間天花的邊緣處;雙側(cè)

  送風(fēng)布置在天花中間。其供冷系統(tǒng)能力很大,可達(dá)620W/m2適用于冷負(fù)荷非常高的場(chǎng)所。

  被動(dòng)式冷梁與主動(dòng)式的最大區(qū)別就是它沒(méi)有新風(fēng)參與室內(nèi)的對(duì)流換熱,只是一個(gè)封閉循環(huán)。被動(dòng)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(fù)荷可以達(dá)到400W/m2。

  2.3獨(dú)立除濕新風(fēng)系統(tǒng)

  輻射供冷不能去除室內(nèi)的潛熱負(fù)荷,因此,可以利用獨(dú)立的新風(fēng)系統(tǒng)來(lái)承擔(dān)潛熱負(fù)荷。另外,為避免輻射表面出現(xiàn)結(jié)露的現(xiàn)象,新風(fēng)系統(tǒng)也要進(jìn)行除濕處理。

  2.3.1用冷卻方式除濕

  此方式運(yùn)行可靠、技術(shù)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(jī)器露點(diǎn)以下,然后對(duì)空氣再熱,對(duì)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(fēng)系統(tǒng)

  液體除濕系統(tǒng)利用溶液的吸濕能力去除空氣中的水分,溶液通過(guò)加熱再生然后循環(huán)使用。除濕后的空氣再由表冷器除去顯熱,構(gòu)成一除濕新風(fēng)系統(tǒng)。液體除濕可以使用低品位能源(如太陽(yáng)能、地?zé)帷⒂酂岬龋?。由于液體除濕系統(tǒng)的可獨(dú)立除濕(處理潛熱)的能力,在空調(diào)系統(tǒng)中的應(yīng)用將有廣泛的領(lǐng)域。目前由于其體積大,溶液有腐蝕性等弱點(diǎn),尚未得到大量的使用。隨著研發(fā)的進(jìn)一步深入,液體除濕系統(tǒng)會(huì)有更大的突破。

  3輻射供冷的其它設(shè)計(jì)特點(diǎn)

  3.1送風(fēng)方式的選擇

  為保證室內(nèi)的良好熱舒適性,避免產(chǎn)生吹風(fēng)感,達(dá)到節(jié)能的要求,因此一般選用天花板頂送風(fēng)和置換通風(fēng)。

 ?。?)天花板頂送風(fēng)方式技術(shù)比較成熟,獨(dú)立新風(fēng)系統(tǒng)可以直接選用和全空氣系統(tǒng)相似的空調(diào)機(jī)組,再配合高吸入性的旋流風(fēng)口,這樣新風(fēng)(經(jīng)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(huì)有吹風(fēng)感,另外,頂送風(fēng)可以加強(qiáng)空氣的擾動(dòng),提高換熱效果,從而提高供冷量。

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

  3.2輻射供冷水系統(tǒng)

  由于輻射供冷水系統(tǒng)比較復(fù)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(dú)立新風(fēng)系統(tǒng)。輻射供冷系統(tǒng)的水溫一般在15~20℃之間,有3種方案實(shí)施:

 ?。?)方案一(如圖3所示):輻射供冷和獨(dú)立新風(fēng)共用一套水系統(tǒng)。獨(dú)立新風(fēng)系統(tǒng)采用一次冷水,水溫較低;輻射供冷采用二次冷水,通過(guò)板式換熱器進(jìn)行熱交換的,則水溫略高。此方案設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單,控制容易。

 ?。?)方案二(如圖4所示):冷水機(jī)出來(lái)的冷水先對(duì)獨(dú)立的新風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行處理,再處理輻射供冷。一般冷回水(已處理好新風(fēng)系統(tǒng))的水溫為12℃,滿(mǎn)足輻射供冷對(duì)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(diào)節(jié)輻射供冷的水溫,這樣冷水就兩次利用,降低了冷量損失。

 ?。?)方案三:為獨(dú)立新風(fēng)和輻射供冷各設(shè)一套冷水系統(tǒng),此設(shè)計(jì)有很強(qiáng)的針對(duì)性,可以降低系統(tǒng)能耗,但初投資比較大。

  4結(jié)語(yǔ)

  輻射供冷具有節(jié)能、舒適性好、節(jié)省建筑空間等優(yōu)點(diǎn),在應(yīng)用過(guò)程中,應(yīng)注意以下幾點(diǎn):

 ?。?)輻射供冷系統(tǒng)應(yīng)該與置換通風(fēng)、天花板頂送風(fēng)相結(jié)合,互相取長(zhǎng)補(bǔ)短。特別是蒸發(fā)冷卻與輻射供冷相結(jié)合的半集中式空調(diào)系統(tǒng)由于采用了零費(fèi)用的蒸發(fā)冷卻技術(shù),符合國(guó)家節(jié)能減排的政策,有著廣闊的市場(chǎng)前景。因此,目前蒸發(fā)冷卻與輻射末端相結(jié)合的半集中式空調(diào)系統(tǒng)已成為業(yè)內(nèi)關(guān)注的研究熱點(diǎn)。

 ?。?)采用輻射供冷與置換通風(fēng)系統(tǒng)相結(jié)合時(shí),輻射供冷承擔(dān)室內(nèi)顯熱復(fù)合;置換通風(fēng)承擔(dān)新風(fēng)的潛熱負(fù)荷和濕負(fù)荷。但是冷負(fù)荷分配是個(gè)關(guān)鍵的問(wèn)題,有待于繼續(xù)研究討論。

  (3)采用輻射供冷系統(tǒng)時(shí),除濕是個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題。隨著除濕技術(shù)的發(fā)展,輻射供冷將呈現(xiàn)更多的形式,其供冷能力也將大幅度的提高。

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