地板供冷置熱通風(fēng)復(fù)合系統(tǒng)在住宅建筑的應(yīng)用

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 摘要：從城市氣象參數(shù)入手，論述地板供冷與置換通風(fēng)結(jié)合的必要性，并以實(shí)驗(yàn)方式驗(yàn)證了地板供冷置換通風(fēng)復(fù)合系統(tǒng)可以在住宅內(nèi)達(dá)到比較好的空調(diào)效果。

    關(guān)鍵詞： 地板供冷 置換通風(fēng) 氣象參數(shù) 露點(diǎn) 豎直溫度梯度

    低溫?zé)崴匕遢椛涔┡跉W洲已有多年的應(yīng)用和發(fā)展歷史，至1994年為止，法國(guó)約有20%的住宅建筑中裝設(shè)了該系統(tǒng)，在德國(guó)為41%，奧地利為25%，瑞士為48%.近年來(lái)在我國(guó)，尤其是北方地區(qū)，使用量日益增加。北京、山東、黑龍江等還相繼出臺(tái)了相關(guān)的地方法規(guī)。與此同時(shí)政府有關(guān)部門(mén)、業(yè)主、廠家、設(shè)計(jì)單位等各方面對(duì)于同時(shí)使用地板供冷的興趣也與日俱增，這意味著將減少供冷、暖的初投資和運(yùn)行費(fèi)，擴(kuò)大使用地域，也將進(jìn)一步推動(dòng)地板供冷（暖）的發(fā)展。

    一、地板供冷與置換通風(fēng)結(jié)合的必要性

    地板供冷系統(tǒng)只能承擔(dān)室內(nèi)顯熱負(fù)荷，當(dāng)室內(nèi)濕負(fù)荷較大，室內(nèi)空氣露點(diǎn)溫度高于地板溫度時(shí)，地板將會(huì)出現(xiàn)結(jié)露現(xiàn)象。

    以地面溫度與室溫溫差5℃計(jì)算，采用地板供冷時(shí)室內(nèi)空氣溫度應(yīng)低于30℃的保證率，北京為92%，濟(jì)南為89%，南京為66%.應(yīng)該說(shuō)明，限于經(jīng)費(fèi)，北京、濟(jì)南的氣象參數(shù)取近3年的平均值，南京氣象參數(shù)是201年的統(tǒng)計(jì)結(jié)果，而不是10年以上的統(tǒng)計(jì)值，但所獲得的結(jié)果均具有參考價(jià)值。另外，要保證室溫與地板溫度之差為5℃左右，圍護(hù)結(jié)構(gòu)必須有較好的保溫性能。采用地板供冷系統(tǒng)后，房間圍護(hù)結(jié)構(gòu)溫度降低，人體輻射散熱量增大，人體的實(shí)際感受溫度會(huì)比室內(nèi)實(shí)際空氣溫度降低2℃，所以室內(nèi)空氣溫度30℃時(shí)相當(dāng)于采用傳統(tǒng)空調(diào)方案時(shí)房間溫度為28℃。對(duì)于氣候比較干燥的北方地區(qū)，地板供冷系統(tǒng)可以在不發(fā)生結(jié)露的情況下取得比較好的降溫效果，如北京、濟(jì)南；而對(duì)于長(zhǎng)江中下游地區(qū)、沿海地區(qū)城市，由于空氣濕度較大，不發(fā)生結(jié)露的保證率則較低，如南京。所以在這些地區(qū)，要在房間內(nèi)取得比較好的空調(diào)效果，必須增加一套除濕系統(tǒng)，以降低房間內(nèi)空氣的濕度。

    置換通風(fēng)系統(tǒng)是一種舒適、節(jié)能的空調(diào)系統(tǒng)。如果將其與地板供冷系統(tǒng)配套使用，將會(huì)較好地彌補(bǔ)地板供冷系統(tǒng)的不足。干燥新風(fēng)的送入，可以改善室內(nèi)衛(wèi)生條件，提高空調(diào)降溫效果，同時(shí)降低室內(nèi)空氣露點(diǎn)溫度；地板供冷的水溫也可隨之降低，滿足負(fù)荷較大房間的需求；另一方面，置換通風(fēng)系統(tǒng)可以在近地面處形成一層干燥的空氣層，即空氣湖，防止室外滲入的熱濕空氣直接與冷地板接觸，從而防止出現(xiàn)結(jié)露現(xiàn)象。

    單獨(dú)的置換通風(fēng)系統(tǒng)通常運(yùn)用在高大建筑中，才能充分發(fā)揮其室內(nèi)熱力分層帶來(lái)的節(jié)能效益，而在住宅建筑中，通常層高較低，排風(fēng)與送風(fēng)的溫度差值不是很大，使得這一特點(diǎn)并不明顯。而與地板供冷系統(tǒng)聯(lián)合使用后，冷負(fù)荷的承擔(dān)主要由后者實(shí)現(xiàn)，從而可減小置換通風(fēng)系統(tǒng)送入的　　風(fēng)量，提高了排風(fēng)與送風(fēng)的溫度差，繼續(xù)發(fā)揮其室內(nèi)熱力分層帶來(lái)的節(jié)能效益。

    在地板供冷置換通風(fēng)復(fù)合系統(tǒng)中，置換通風(fēng)系統(tǒng)送入的新風(fēng)量主要是根據(jù)濕負(fù)荷及人體所需新風(fēng)量確定，僅承擔(dān)很小的一部分室內(nèi)冷負(fù)荷（一般不大于10%），設(shè)備體積和風(fēng)管尺寸減小，所以在地板供冷系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，設(shè)備的初投資和運(yùn)行費(fèi)增加不大。地板供冷置換通風(fēng)系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)還可體現(xiàn)以下在幾個(gè)方面：

    1.為冬季供暖、夏季供冷的居住建筑提供了又一種可能的末端系統(tǒng)形式，改變了住宅建筑內(nèi)只能靠送風(fēng)降溫的情況。擴(kuò)大了地板供冷（暖）系統(tǒng)的使用地域，使其可應(yīng)用于長(zhǎng)江中、下游等冬冷夏熱地區(qū)，也使置換通風(fēng)這一舒適、節(jié)能的系統(tǒng)可在住宅建筑中得到廣泛推廣；

    2.不存在空調(diào)病的問(wèn)題，地板供冷系統(tǒng)以輻射換熱為主，更好地符合人體散熱的特點(diǎn)；置換通風(fēng)系統(tǒng)送風(fēng)速度低于0.5m/s，送風(fēng)量小，吹風(fēng)風(fēng)險(xiǎn)值（draughtrisk）為零，避免了人在睡眠當(dāng)中因吹風(fēng)引起的種種不適；

    3. 提供穩(wěn)定的房間溫度，冷卻地板可根據(jù)室內(nèi)負(fù)荷在一定的范圍內(nèi)調(diào)節(jié)供水溫度，從而使提供的制冷量在一定范圍內(nèi)可隨著室內(nèi)負(fù)荷的變化而變化，當(dāng)房間負(fù)荷減小時(shí)，其提供的冷量也小，當(dāng)房間負(fù)荷大時(shí)，其提供的冷量也相應(yīng)地增大，冷卻地板的這一特點(diǎn)使得房間的溫度比較穩(wěn)定。另外，地板供冷系統(tǒng)首先冷卻房間圍護(hù)結(jié)構(gòu)，蓄冷量較大，短時(shí)間的開(kāi)門(mén)或開(kāi)窗對(duì)室內(nèi)溫度基本無(wú)影響；

    4.全新風(fēng)的空調(diào)系統(tǒng)風(fēng)管截面積大、占用建筑空間大，有時(shí)還與建筑的梁相碰，難于布置，為此采用地板供冷可避免這一問(wèn)題，而置換通風(fēng)系統(tǒng)傳送最小新風(fēng)量，設(shè)備尺寸較小，同時(shí)置換通風(fēng)器的布置比較靈活，可以設(shè)計(jì)為1／4圓柱靠墻角布置，也可以設(shè)計(jì)為1／2圓柱貼墻布置等方式；

    5.由于地板供冷使用的水溫高于常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)，為蒸發(fā)冷卻、深井水、地?zé)幔ɡ洌┑裙?jié)能冷源的使用提供了條件，同時(shí)熱泵／制冷機(jī)蒸發(fā)溫度的提高增大了其制冷系數(shù)，提高了效率，為家用熱泵／制冷機(jī)等設(shè)備的開(kāi)發(fā)利用提供了潛在市場(chǎng)。

    二、地板供冷置換通風(fēng)復(fù)合系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)研究

    1.實(shí)驗(yàn)室概況

    實(shí)驗(yàn)室位于南京師范大學(xué)紫金校區(qū)內(nèi)，共兩層，一層層高2.75m，二層層高2.85m.每層由測(cè)試房間和補(bǔ)償套間兩部分組成。測(cè)試房間使用面積約為18m2，地埋管采用雙回路布置方式以盡量均勻地面溫度，冷源為國(guó)產(chǎn)的分體式風(fēng)冷熱泵冷水機(jī)組，額定制冷量5.8KW，機(jī)組配用進(jìn)口全封閉渦旋式壓縮機(jī)，功率為 2.34KW，軸流風(fēng)機(jī)功率為0.1KW.新風(fēng)經(jīng)除濕機(jī)降溫減濕后由置換通風(fēng)器送入，除濕機(jī)在名義工況下（干球溫度27.0℃，濕球溫度21.2℃），除濕量為3.2kg/h，置換通風(fēng)器可使得送風(fēng)均勻，送風(fēng)速度低于0.5m/s.補(bǔ)償套間用于模擬外界大氣環(huán)境，套間內(nèi)裝有暖風(fēng)機(jī)、加濕器各一臺(tái)。暖風(fēng)機(jī)加熱功率可12KW，加濕器加濕量6kg/h.

    2.實(shí)驗(yàn)結(jié)果

    以一樓房間為實(shí)驗(yàn)對(duì)象，補(bǔ)償套間溫度34℃，相對(duì)濕度69%，此時(shí)對(duì)應(yīng)露點(diǎn)溫度27.6℃。據(jù)去年氣象參數(shù)顯示，室外露點(diǎn)溫度高于27℃發(fā)生時(shí)數(shù)的百分比7月為4%，8月為 0.8%.實(shí)驗(yàn)中，熱泵自動(dòng)運(yùn)行、啟停控制，出水溫度高于17℃時(shí)壓縮機(jī)啟動(dòng)，低于14時(shí)壓縮機(jī)停轉(zhuǎn)。除濕機(jī)也采用自動(dòng)運(yùn)行、啟?？刂疲h(huán)境濕度大于 55%時(shí)自動(dòng)啟動(dòng)，小于45%時(shí)自動(dòng)停止。置換通風(fēng)系統(tǒng)送風(fēng)量為546m3/ｈ，送風(fēng)溫度24.6℃，排風(fēng)溫度26.3℃。

    3.實(shí)驗(yàn)分析

    （1）地板供冷系統(tǒng)可以有效降低房間內(nèi)溫度，而置換通風(fēng)系統(tǒng)可進(jìn)一步降低房間內(nèi)溫度，復(fù)合系統(tǒng)在房間內(nèi)能取得比較好的空調(diào)效果，此實(shí)驗(yàn)中，工作區(qū)內(nèi)的空氣溫度為24.6℃-26.4℃；

    （2）實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，房間內(nèi)各處的露點(diǎn)溫度并不是一致的，一般而言，房間下部的露點(diǎn)溫度要低于房間上部的露點(diǎn)溫度。而近地面處空氣的冷卻也不是等含濕量的過(guò)程，隨著近地面處空氣溫度的降低，其相對(duì)濕度增加，隨含濕量的降低，露點(diǎn)溫度有所減小。據(jù)質(zhì)量守恒定律分析，房間上部的含濕量將增大，實(shí)驗(yàn)過(guò)程中確實(shí)感覺(jué)無(wú)置換通風(fēng)時(shí)房間內(nèi)有點(diǎn)悶；

    （3）盡管置換通風(fēng)系統(tǒng)送入的新風(fēng)溫度（24.6℃）高于地表面溫度（22.0℃），但仍可以降低近地面處空氣露點(diǎn)溫度1.1℃，而此時(shí)地面溫度僅降低0.3℃，排除上面所述原因，可解釋為置換通風(fēng)在近地面處形成空氣湖的緣故；

    （4）地板供冷使得房間內(nèi)產(chǎn)生豎直溫度梯度，根據(jù)ISO7730標(biāo)準(zhǔn)，t1.1－t0.1≤3℃時(shí)，人體舒適性可以得到保證。該實(shí)驗(yàn)中t1.1－t0.1＝ 2.1℃，符合標(biāo)準(zhǔn)要求。相關(guān)研究認(rèn)為，置換通風(fēng)的特點(diǎn)之一是在房間內(nèi)產(chǎn)生豎直溫度梯度，但是本實(shí)驗(yàn)中，兩個(gè)系統(tǒng)同時(shí)運(yùn)行后，并不會(huì)使溫度梯度加大。基于溫度的簡(jiǎn)單加和平均考慮，復(fù)合系統(tǒng)的溫度梯度值應(yīng)介于兩個(gè)系統(tǒng)單獨(dú)運(yùn)行產(chǎn)生的溫度梯度值之間。