混凝土樓板輻射供冷空調(diào)系統(tǒng)在亞熱帶地區(qū)的適用性

1、暖通空調(diào) 年第 卷第 期混凝土樓板輻射供冷空調(diào)系統(tǒng) 在亞熱帶地區(qū)的適用性 廣 州 市 設(shè) 計 院黃偉 李 繼 路劉謹摘 要以廣 州地區(qū)某辦公 建 筑 為 例 ，評 估了混凝土樓板輻射供冷空調(diào)系統(tǒng)的滿負荷能效 比 。計 算 分析了 混凝土樓板輻 射 供 冷 的 熱 物 理 特 性 、夜間蓄冷損耗以及夜間維持 房 間正壓的 冷 損 耗 等 ，并 最 終 得 出 混 凝 土 樓 板 輻 射 供 冷 空調(diào)系統(tǒng)的綜合能耗比 。 結(jié) 果 表 明 ，混 凝 土 樓 板 輻 射 供 冷 空 調(diào)系統(tǒng) 在亞熱帶地區(qū)的應用不具有明顯優(yōu)勢 。關(guān) 鍵 詞 混 凝 土 樓 板 輻 射 供 冷 滿 負 荷 能 效 比 綜

2、合 能 效 比 亞 熱 帶 地 區(qū) 適 用 性 ， ， ， ， ， ， ， ， ，引 言混 凝 土 樓 板 輻 射 供 冷 空 調(diào) 系 統(tǒng) 在 歐 洲 如 德 國 等應 用 非 常 廣 泛 ，獲 得 了 很好的舒適性和節(jié) 能 效 果 。其 空 調(diào) 能 耗 比 傳 統(tǒng) 空 調(diào) 系 統(tǒng) 要 低 左 右 ， 究 其 原 因 是 這 些 地 區(qū) 均 處 于 高 緯 度 ，年 平 均 溫 度 低 ，氣 候 比 較 干 燥 ，地 表 水 的 溫 度 較 低 在 左右，地 熱 資 源 非 常 豐 富 ，適 合 采 用 輻 射 供 冷 空 調(diào) 系 統(tǒng) 。然 而 ，亞 熱 帶 地 區(qū) 的 氣 候 濕 潤 ，年

3、平 均 溫 度 高 ， 如 廣 州 地 區(qū) 的 年 平 均 溫 度 高 于 ，空 調(diào) 以 供 冷 為 主 ，地 熱 資 源 基 本上無利用價值 由 于 地 熱 資 源 利 用 價 值 不 高 ，無 法 使 用 天 然 冷 源 ，導 致 輻 射 供 冷 系 統(tǒng) 能 耗 高 ；此 外 ，由 于 氣 候 濕 潤 ，輻 射 供 冷 空 調(diào) 系 統(tǒng) 的 結(jié) 露 風 險 極 高 ，為 了 提 高 外 圍 護 結(jié) 構(gòu) 的 氣 密 性 和 維 持 正 壓 ，造 成 能 耗 和 造 價 上 升 ，其 運 行 的 安 全 性 與 節(jié) 能 性 也 需 進 一 步 研 究 ，顯 然 歐 洲 的 技 術(shù) 不 能 照 搬

4、 。計 算 系 統(tǒng) 模 型 描 述混凝土樓板輻射供冷空調(diào) 系 統(tǒng) 由 向 樓 板 輻 射 供 冷空調(diào)系統(tǒng)提供冷源的高溫冷水機組和向空調(diào)新風 處理系統(tǒng)提供冷源的低溫冷水機組組成，新風系統(tǒng)冷水供回水溫度為 ，輻射供冷系統(tǒng)冷水供回 水溫度為 。冷卻水供回水溫度為 ?？照{(diào)系統(tǒng)擬采用“置換送風新風系統(tǒng)輻射供 冷樓板空調(diào) 系 統(tǒng)。輻射供冷空調(diào)系 統(tǒng) 中，新 風 系 統(tǒng)承當新風冷 負 荷、室內(nèi)潛熱負荷與小部 分 顯 熱 負 荷，輻射供冷系統(tǒng)承當室內(nèi)大局部顯熱冷負荷。 黃 偉 ，男 ，年 月 生 ，碩 士 研 究 生 ，高 級 工 程 師 廣 州 市 體 育 東 路 體 育 東 橫 街 號 設(shè)計大廈第四設(shè)計室

5、 ：收 稿 日 期 ： 修 回 日 期 ：混凝土樓板輻射供冷空調(diào)系統(tǒng)滿負荷能效比 暖通空調(diào) 年第 卷第 期計 算 初 始 條 件 設(shè) 定以 辦 公 建 筑 為 例 進 行 分 析 。 建 筑 外 圍 護 結(jié) 構(gòu) 為 中 空 玻 璃 雙 層 幕 墻 ，層 高 為 ，房 間 人 員 密 度 為人 ，新 風 量 為人 ；在 滿 足 人 體 舒 適 性 的 前 提 下 ，輻 射 供 冷 空 調(diào) 系 統(tǒng) 的 室 內(nèi) 設(shè) 計 溫 度 可 以 比 常 規(guī) 空 調(diào) 系 統(tǒng) 高 ，即 室 內(nèi) 設(shè) 計 溫 度 取 ，相 對 濕 度 為 。 根 據(jù) 廣 州 地 區(qū) 辦 公 建 筑 的 冷 負 荷 特 性 分 析 ，

6、其 中 新 風 冷 負 荷 約 占 ，輻 射 供 冷 所 負 擔 的 負 荷 為 ，單 位 面 積 冷 負 荷 指 標 為 。低 溫 冷 水機組 的滿負荷性能系數(shù)取按 ?公 共 建 筑 節(jié) 能 設(shè) 計 標 準 ?選 取，高 溫 冷 水 機 組 的 滿 負 荷 性 能 系 數(shù) 取 ；水 泵 效 率 按 計 算。 軸 功 率 計 算 公 式 參 考 ?實 用 供 熱 空 調(diào) 設(shè) 計 手 冊 ?。冷 損 耗 等 內(nèi) 容 作 進 一 步 的 計 算 分 析 和 研 究 ，才 能 得出 混 凝 土 樓 板 輻 射 供 冷 空 調(diào) 系 統(tǒng) 的 綜 合 能 效 比。 混凝土樓板輻射供冷空調(diào)系統(tǒng)綜合能效比 混

7、凝土樓 板 輻 射 供冷的熱物理特性計算 分 析房間外墻均為雙層玻璃幕墻 ，輻 射 供 冷 鋼 筋 混 凝 土 板 的 導 熱 系 數(shù) 為 。 干密 度 為，比 熱 容 為，混凝 土輻射供冷板 厚 度 假 設(shè) 為 ；輻 射 供 冷 樓 板 的 初 始 表 面 溫 度 假 設(shè) 為 ，對 應 的 室 內(nèi) 溫 度 為 。由于混凝土樓板的熱惰性很大 ，夜 間 輻 射 供 冷 樓 板 的 表 面 溫 度 變 化 較 小 ，故可按穩(wěn)態(tài)傳 熱 的計 算 模 型 進 行 簡 化 計 算 見 圖 。輻 射 供 冷 空 調(diào) 系 統(tǒng) 滿 負 荷 能 效 比 評 估 式 中 為 計 算 總 冷 負 荷 ，； 為 滿

8、負 荷 計算 總 軸 功 率 ，。輻射 供 冷空 調(diào) 系統(tǒng)計算軸功 率 及 滿負 荷 能效 比 的 計 算 結(jié) 果 見 表 。圖 混凝土樓板輻射供冷示意圖 混凝土樓板輻射供冷的夜間蓄冷損耗計算分析表 輻射供冷空調(diào)系統(tǒng)計算軸功率及 滿 負 荷 能 效 比 統(tǒng) 計下班前混凝土輻射供冷樓板外外表溫度確定由 于 混 凝 土 輻 射 供 冷 板 的 蓄 熱 量 熱 惰 性 非常 大 ，其 日 周 期 溫 度 變 化 不 大 。室 溫 為 ，樓 板 的 總 表 面 傳 熱 系 數(shù) 對 流換熱外表傳熱系數(shù)與 輻 射高 溫 冷 水 冷 水 泵 冷 卻 水 泵 冷 卻 塔機 組計 算 軸 功 率占總能耗的比 例

9、 換 熱 表 面 傳 熱 系 數(shù) 按 取 ，房 間 冷根 據(jù) 表 的 計 算 結(jié) 果 可 知 ，混 凝 土 樓 板 輻 射 供冷 空 調(diào) 系 統(tǒng) 不 含 新 風 系 統(tǒng) 的 為 ，能 效 比 較 高 ，分 析 其 原 因 有 以 下 幾 點 ：由 于 混 凝 土 樓 板 輻 射 供 冷 空 調(diào) 系 統(tǒng) 的 供 回 水 溫 度 為 ，因 此 冷 水 機 組 的 滿 負 荷 性 能 系 數(shù) 較 高 ，軸 功 率 較 低 ；冷 水 機 組 的 能 耗 占 空 調(diào) 系 統(tǒng) 能 耗 的 ，因 此 輻 射 供 冷 用 高溫 冷 水 機 組 的 能 耗 下 降 ，對 整 個 空 調(diào) 系 統(tǒng) 的 滿 負 荷能

10、 效 比 的 提 高 貢 獻 比 較 大 。然 而 ，針 對 混 凝 土 樓 板 輻 射 供 冷 空 調(diào) 系 統(tǒng) 的 特 性 ，如 混 凝 土 樓 板 熱 惰 性 大 、樓 板 表 面 結(jié) 露 風 險 高 等 特 點 ，還 須 對 混 凝 土 樓 板 的 熱 物 理 特 性 、夜 間 蓄負 荷 計 算 值 為 ，其 中 由 輻射 供 冷 板 負 擔 ，考 慮 到 下班時太陽輻射得熱量 的 減 小 以 及 同 時 使 用 系 數(shù) 等 因 素 ，房間輻射供冷板 負 擔負 荷 按 計 算 ，根 據(jù) 熱 量 平 衡 方 程 ： 式 中 為樓板的總外表傳熱 系 數(shù) ，； 為 樓 板 表 面 面 積 ，；

11、 為 室 內(nèi) 空 氣 溫 度 ，；為 輻 射 供 冷 樓 板 外 表 面 溫 度 ，。取 ， ， ，計 算 得 出 輻 射 供 冷 樓 板 的 表 面 溫 度 為 。非 工 作 時 段 蓄 冷 損 耗 量非工作時 段輻射供冷板最終平 衡 溫 度下 班 后 室 內(nèi) 的 燈 光 、人員和設(shè)備的發(fā)熱量 均 不冷 損 耗 、以 及 非 工 作 時 段 防 結(jié) 露 需 維 持 正 壓 引 起 的黃 偉，等：混凝土樓板輻射供冷空調(diào)系統(tǒng)在亞熱帶地區(qū)的適用性存 在 ，只 存 在 外 圍 護 結(jié) 構(gòu) 的 傳 熱 量 ，考 慮 到 室 內(nèi) 空氣 與 輻 射 供 冷 樓 板 單 位 面 積的熱容量相差極 大 的 特

12、 點 ，室 內(nèi) 空 氣 的 溫 度 變 化 將 隨 室 內(nèi) 得 熱 變 化 ，并 與 輻 射 供 冷 板 的 散 熱 量 取 得 動 態(tài) 平 衡 ，考 慮 到 樓 板 的 熱 容 量 較 大 ，樓 板 表 面 溫 度 變 化 不 大 應 在 之 間，房 間 的 溫 度 變 化 不 大 應 在 之 間，另 外 室 外 夜 間 的 空 氣 平 均 溫 度 約 為 。根 據(jù) 熱 量 平 衡 方 程 ： 計 算根 據(jù) 混 凝 土 樓 板 輻 射 供 冷 系 統(tǒng) 的 特 性 ，該 系 統(tǒng)還 存 在 兩 部 分 附 加 能 耗 ：夜 間非工作時段存在 蓄 冷 損 耗 的 能 耗 ；為 防 止 夜 間 非

13、工 作 時 段 混 凝土 樓 板 結(jié) 露 ，還 必 須 送 入一定的新風量維持房 間 正壓 ，因 此 也 增 加 了 額 外 的 新 風 能 耗 。圖 為 混 凝 土 樓 板 輻 射 供 冷 各 工 況 能 耗 比 例 示 意 圖 。 式 中 為 樓 板 表 面 與 室 外 的 傳 熱 系 數(shù) ，取 ； 為 夜 間 室 外 平 均 溫 度 ，； 為 非工 作 時 段 輻 射 供 冷 板 最 終 平 衡 溫 度 ，。根 據(jù) 以 上 分 析 ，可 以 得 出 輻 射 供 冷 樓 板 的 夜 間最 終 表 面 溫 度 約 為 。非工作時段單位面積輻射供冷板蓄冷損耗量 圖 混凝土樓板輻射供冷各工況能耗

14、比例示意圖 取 ， ，可 得 出 單 位 空 調(diào) 面 積 的 蓄 冷 損 耗 量 約 為 ；夜 間 非 工 作 時 段 單 位 面 積 總 蓄 冷 損 耗 量 為 ?；?凝 土 樓 板 輻 射 供 冷 系 統(tǒng) 的 夜 間 蓄 冷 損 耗 計 算 冷 負 荷 和 計 算 軸 功 率 夜間蓄冷損耗計算冷 負 荷 ，夜 間 蓄 冷 損耗計算軸功率 。綜 合 考 慮 混 凝 土 樓 板 輻 射 供 冷 系 統(tǒng) 所 消 耗 的全 部 能 耗 ，本 文 提 出 混 凝 土 樓 板 輻 射 供 冷 空 調(diào) 系統(tǒng) 綜 合 效 能 比 的 加 權(quán) 系 數(shù) 計 算 法 ，計 算 公 式 如 下 ： 式 中 為 時

15、 間 加 權(quán) 系 數(shù) ，工 作 時 段 按 ，夜 間 非 工 作 時 段 按 計 算 ，那么 ，?；?凝 土 樓 板 輻 射 供 冷 空 調(diào) 系 統(tǒng) 的 綜 合 能 效 比 計 算 結(jié) 果 如 表 所 示 。表 混凝土樓板輻射供冷空調(diào)系統(tǒng)綜合能效比 夜 間 維 持 房 間 正 壓 的 冷 損 耗 計 算 分 析由于 輻 射供 冷 空調(diào)系統(tǒng)對空 調(diào) 房 間的 密 封性 要 求 很 高 ，為 了 保 證 室 外 空 氣 不 進 入 空 調(diào) 房 間 ，避 免 室 內(nèi) 結(jié) 露 ，需 要 考 慮 設(shè) 置 保 證 室 內(nèi) 正 壓 的 夜 間 非 工 作 時 段 的 新 風 系 統(tǒng) 。根 據(jù)?全 國 民 用

16、 建 筑 工 程 設(shè) 計 技 術(shù) 措 施 暖 通 空 調(diào) 動 力 ?的 建 議 ，換 氣 次 數(shù)按計 算 ，凈 高，新風處理冷風比取，新風系統(tǒng)能效比按常規(guī) 系 統(tǒng) 考 慮 。其 余 假 設(shè) 條 件 如 前 面 所 述 。維持夜間房間正壓所需的新風量 。維 持 夜 間 房 間 正 壓 的 冷 損 耗 計 算 冷 負 荷 。維持夜間房間正 壓 的 冷 損 耗 計 算 軸 功 率 加 權(quán) 計 算 值 綜 合 能 效 比 由 表 可 知 ，混 凝 土樓板輻射供冷空調(diào)系 統(tǒng) 的綜 合 能 效 比 為 。 傳 統(tǒng) 空 調(diào) 系 統(tǒng) 的 能 效 比不 含 新 風 一 般 可 達 到 左 右 ，由 此 可 知

17、，混凝 土 樓 板 輻 射 供 冷空調(diào)系統(tǒng)在考慮了夜間蓄冷損 耗 和 非 工 作 時 段 防 結(jié) 露 措 施 引 起 的 冷 損 耗 之 后 ，系統(tǒng) 能 效 比 較 傳 統(tǒng) 空 調(diào) 系 統(tǒng) 低 左 右 。結(jié) 語由于輻射供冷空調(diào)系統(tǒng) 對 空調(diào) 房 間 的密 封 性要求極高，使外圍護結(jié)構(gòu)的造價 有 所 提 高 ，同 時 為 了保 證 室 外 空 氣 不 能 進 入 空 調(diào) 房 間 ，避 免 室 內(nèi) 結(jié) 露 ，下 轉(zhuǎn) 第 頁 ?；?凝 土 樓 板 輻 射 供 冷 空 調(diào) 系 統(tǒng) 綜 合 能 效 比暖通空調(diào) 年第 卷第 期日 的 熱 水 量 ，否 那么 只 能 提 供 全 天 空 調(diào) 冷 負 荷 的

18、的 熱 回 收 量 ，不 足 部 分 需 要 由 輔 助 熱 源 提 供 。夏 季 生 活 熱 水 日 用 量 為 ，那么 夏 季 生 活 熱 水 熱 負 荷 為熱 量 為 ，換 算 至 由燃 氣熱水鍋爐提供 生 活熱 水 ，取 燃 氣 低 位 燃 燒 值 ，鍋 爐 熱 效 率 ，那么 全 年 可 節(jié) 省 燃 氣 ，按 照 廣 州 工 商 業(yè) 用 氣 價 格 元，那么 全 年 可 以 節(jié) 省 燃 氣 費 用 萬 元 。 式 中 為 夏 季生活熱水熱負荷 ，； 為 水 的比 熱 容 ，； 為 夏 季 生 活 熱 水 日 用 量 ，； 為 熱 水 溫 度 ， ； 為 冷 水 溫 度 ，取 。經(jīng) 計

19、 算 ，夏 季 生 活 熱 水 熱 負 荷 為 。參 考 夏 熱 冬 暖 地 區(qū) 辦公建筑冷水機組 針 對 不 同 負 荷 率 下 的 機 組 運 行 時 間 頻 率 ，可 知 在， 和 負 荷 率 下 的 時 間 頻 率 分 別 為 ，。 根 據(jù) 廣 州 氣 候 特 點 ，以 空 調(diào) 運 行 時 間 為 月 共 個 月計 算 ，最 大 熱 回 收 量 按 照 機 組 均 處 于 熱 回 收 工 況 運 行 。 熱 回 收 量與生活熱水負荷 比 較結(jié) 果 見 表 。結(jié) 論蒸發(fā)式冷凝空調(diào)機組可同時供冷、供暖 和 供 應生活熱水，其 能 效 比 較 高，相比風冷式機 組 國 家 標 準一級能效要求

20、高 出 ；當冬季熱泵工況在空 調(diào)熱水溫度工況時，整機 到達， 與普通空氣源熱泵機組制熱進出水溫度 工況下整機能效比相比，高出。熱 回 收 系 統(tǒng)蓄熱水箱采用串聯(lián)連接 ，可 更 好地 實 現(xiàn) 冷 熱 水 分 層 ，降 低冷熱水混合造成供水 溫 度下 降 的 影 響 。相 比 于 空 調(diào) 冷 負 荷 ，生 活 熱 水 需 求 量 較 小 的建 筑 物 ，可 以 采 用熱回收熱量梯級利用模式 ，即 全顯 熱 回 收 加 部 分 潛 熱 回 收 的 熱 回 收 方 式 ，不 僅 可 以 使 熱 水 出 水 溫 度 達 到 生 活 熱 水 溫 度 要 求 ，從 而 減 少 熱 水 再 熱 能 耗 ，而

21、且 還 可以維持相對較低的冷 凝 溫 度 ，保 證 冷 水 機 組 較 高 的 能 效 比 。參 考 文 獻 ：表 供冷期熱回收量與生活熱水負荷比擬結(jié)果 負 荷 率 冷 負 荷 熱 回 收 量 最 大 熱 回 收生 活 熱 水 負 時 間 頻量荷率梁 增 勇 水冷冷水機組冷凝熱回收的設(shè)計 暖 通空 調(diào) ，：周 志 仁 ，譚 洪 衛(wèi) ，王 恩 丞 酒店熱水用熱規(guī)律與熱泵 熱 回 收 系 統(tǒng) 設(shè) 計 建 筑 節(jié) 能 ，： 從 表 中 可 以 看 出 ，在不同負荷率情況下 ，熱回 收 量 均 大 于 生 活 熱 水 用 熱 量 ，即 在 供 冷 期 ，可 以全 部 提 供 免 費 熱 水 。 那么 供 冷 期 內(nèi) 總 的 免 費檰檰檰檰檰檰檰檰檰檰檰檰檰檰檰檰檰檰檰檰檰檰檰檰檰檰檰檰檰檰檰檰檰檰檰檰檰檰檰檰檰檰檰檰檰檰檰檰上 接 第 頁 需要考慮設(shè)置保證 室 內(nèi) 正 壓 的 非 工 作 時 段 夜 間的新風系統(tǒng)。如考慮到節(jié)假日情況，輻射供冷樓板的