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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—置換通風新型空調系統在北京地區的可行性研究。本文主要介紹了該實驗臺的系統布置形式，介紹了如何解決地板輻射供冷用于夏季空調時人們所擔心的結露問題，指出了置換通風系統的引入，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。分析了該系統用于北京地區供冷暖的可行性，并對該系統的冬季運行情況做了初步的測試分析，實踐證明該系統用于冬季供暖使用效果良好，節省能耗，室內舒適性較好。

關鍵詞：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部的地面、墻面、頂面或其他表面進行供暖的系統，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使用面積相同,因此可以均勻地向各處供熱,使室內溫度均勻。在我國北方地區,低溫熱水地板輻射供暖方式以其衛生條件高、舒適性好、溫度場均勻、便于利用自然能源和節能性冷熱源等優點而得到廣泛應用。同一套系統如能同時用于夏季供冷，將減少設備初投資，提高其使用效率，而地板供冷暖—置換通風復合空調系統在節能性、舒適性，排出室內有害氣體從而改善室內空氣品質方面具有其他采暖空調系統不能比擬的優勢。地板供冷與置換通風相結合可以根本解決結露問題，但在不同地域、不同氣象條件下使用時，設備系統可能有較大差別，必須在當地進行實驗研究。為此，我們在北京建工學院校內建造了輻射供冷暖—置換通風新型空調系統實驗臺，擬對該系統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和設備進一步成熟，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一幢二層小樓的地面一層,室內使用面積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（見圖1），A回路：處于房間一側，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；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。地板管填充層為30㎜碎石混凝土，每隔5m見方設伸縮縫，找平層約20㎜，面層裝修材料選用導熱性能較強的地磚，構造層厚度約70～80㎜。

圖1地板管布置示意圖

2.3冬夏季空調處理方案

采用空氣源熱泵作為本系統的冷熱源，因其便于利用自然能源，制熱效率大于1，具有節能優勢，合理使用，可減少能耗和運行費。本系統的流程圖見圖2，夏季制冷、除濕運行時，截止閥A關閉，截止閥B打開，來自機組的冷水首先經過風機盤管，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，大大低于北京地區的夏季露點溫度，將會造成冷地板表面結露。有關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關閉，截止閥A打開。冬季運行不需要混水時，二級水泵關閉。

由于經費限制，該項目未能按當前需要購置新設備，采用原有設備，裕量較大。實驗用熱泵機組采用蘇州臺佳空調器廠生產的風冷熱泵機組，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境有限公司生產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—置換通風新型空調系統的可行性及優越性

眾所周知，低溫地板輻射采暖方式因其舒適、節能、衛生條件好等優點，在全國范圍內得到了迅速推廣，對此不再贅述；而同一套系統如能同時用于夏季供冷，將減少設備初投資，提高其使用效率，因此也受到了越來越多地關注。然而，由于人們擔心地板結露問題，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濕度較大時，冷地板的表面可能結露，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相結合則可解決上述問題。由置換通風系統送入經過冷卻除濕的空氣，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，置換通風系統本身也可以承擔一部分冷負荷，與地板輻射供冷系統相結合，則可達到較高的舒適性要求。再者，對于人們所關心的熱舒適性問題，有研究表明，把地板溫度控制在18～20℃的范圍內，在夏季不會產生腳冷的感覺，與置換通風系統相結合，則可以承擔室內的全部冷負荷。

4冬季運行情況

4.1熱泵機組運行參數

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。雖然天氣已經轉暖，但仍能感到春寒料峭，室內、外溫濕度通過清華同方生產的溫濕度自記儀采集，每隔半小時自動記錄一次。系統中安裝了冷熱量表、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節，為避免壓縮機頻繁開機，設定出水溫度上限為45℃，溫差調節幅度調至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。經過多次測量，在連續運行50小時，達到穩定狀態后，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，經計算COP值約3.5。

4.2室內溫度實驗結果

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

地板溫度、圍護結構內表面溫度和室內空氣溫度表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

溫度

（℃）

初始溫度

穩定值

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中，隨著地面溫度的升高，室內表面的溫度也較高，其面積權重平均溫度接近室內溫度。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。根據文獻介紹，在室內風速很小時，作用溫度可認為等于圍護結構表面平均溫度和室內空氣溫度的平均值，也就是說，在地板輻射供暖系統中，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初步結論

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

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

（3）地板供冷與置換通風系統相結合，由置換通風系統承擔室內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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