冷卻頂板空調(diào)的系統(tǒng)分析.doc

冷卻頂板空調(diào)系統(tǒng)分析摘要： 從 理論 上對(duì)冷卻吊頂空調(diào)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、換熱 計(jì)算 及空氣處理過(guò)程進(jìn)行了 分析 ，并對(duì)其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提出了一些改進(jìn)意見(jiàn)。 關(guān)鍵詞： 冷卻頂板 結(jié)構(gòu) 對(duì)流 輻射1. 概述 冷卻頂板空調(diào)系統(tǒng)主要靠冷輻射面提供冷量。 目前 國(guó)外已有許多專家學(xué)者對(duì)冷卻吊頂空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行了大量的理論和實(shí)驗(yàn) 研究 ，主要包括該系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 方法 、室內(nèi)熱環(huán)境及其控制方法、系統(tǒng)的能耗指標(biāo)等。而且，在德國(guó)和北歐已有很多 應(yīng)用 冷卻吊頂空調(diào)系統(tǒng)的工程實(shí)例，冷卻吊頂設(shè)備也不斷地更新?lián)Q代，該系統(tǒng)大有替代傳統(tǒng)全空氣空調(diào)系統(tǒng)的趨勢(shì)。本文從理論上對(duì)冷卻吊頂空調(diào)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、換熱計(jì)算及空氣處理過(guò)程進(jìn)行了分析，并依據(jù)換熱分析結(jié)果對(duì)冷卻吊頂?shù)慕Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提出了一些改進(jìn)意見(jiàn)。2. 冷卻頂板的結(jié)構(gòu)分析 冷卻頂板水管與金屬頂板可以制作成一體，直接形成一頂板單元(見(jiàn)圖1a)，或者通過(guò)傳熱片把水管和金屬頂板聯(lián)結(jié)起來(lái)，形成一吊頂單元(見(jiàn)圖1b)，另外水管也可以以毛細(xì)管的形式鑲嵌在頂板內(nèi)，組裝成一安裝單元(見(jiàn)圖1c)。一體式結(jié)構(gòu)復(fù)雜，工期較長(zhǎng)，不能保證質(zhì)量；鑲嵌式需要較高的機(jī)械工藝成本較大另外對(duì)水質(zhì)要求較高；而單元式可以以產(chǎn)品的形式在工廠內(nèi)部進(jìn)行組裝，效率較高質(zhì)量有保證，所以建筑業(yè)和 現(xiàn)代 工業(yè) 的不斷 發(fā)展 ，單元式應(yīng)該是今后發(fā)展的趨勢(shì)。圖2即為筆者曾經(jīng)參與設(shè)計(jì)的冷卻頂板結(jié)構(gòu)形式，圖3為其正視圖放大圖。該系統(tǒng)水管緊貼頂板，為了保證水管與頂板緊密結(jié)合，每根管分別由管槽壓緊，管槽與頂板之間的連接方式采用閃光對(duì)焊形式的點(diǎn)焊機(jī)點(diǎn)焊，不 影響 頂板外表面美觀，這些工藝都在工廠內(nèi)進(jìn)行。頂板單元之間的聯(lián)結(jié)方式可以采用兩端帶接頭的柔性軟管連接，或者根據(jù)水管材料不同，若水管為塑料管，如PR、PRT等管材，采用電熱熔焊方式較好；若水管為銅管，采用直接焊接方式也可接受，為滿足防火需要，可采用無(wú)明火的高頻焊機(jī)焊接方式。3. 冷卻頂板系統(tǒng)換熱分析 冷卻頂板的傳熱有兩種形式，即輻射和 自然 對(duì)流。兩者的傳熱比例取決于頂板的物理特性以及頂板附近的空氣流動(dòng)形式，其比值大小很難通過(guò)儀器測(cè)量直接得出，但是我們可以通過(guò)所建模型的分析估計(jì)該比值的范圍，為空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提供 參考 。在同樣的供水溫度下，由于冷卻頂板結(jié)構(gòu)不同，傳熱效果不同。不同形式的冷卻頂板表面溫度是不一樣的，顯然，相比較來(lái)說(shuō)，供水到冷卻頂板表面的熱阻小時(shí)，具有更強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)，這樣在頂板表面溫度相等的情況下，供水溫度可適當(dāng)提高，提高了制冷機(jī)組的COP值，同時(shí)減輕結(jié)露的危險(xiǎn)，一般情況下當(dāng)供水溫度為16C時(shí)，表面平均溫度為17.5C，是可以接受的。現(xiàn)取一模型房間，已知條件如下：輻射頂面t s 17.5C，室內(nèi)t N 26.0C，周圍墻壁溫度t q 29C，地面溫度t d =29C。取模型空間幾何尺寸：長(zhǎng)寬高3.3m6.6m2.9m。3.1單位面積頂板輻射換熱量計(jì)算： 其冷卻頂板表面發(fā)射率 1 0.9，墻體和地面發(fā)射率 2 0.8，組成封閉腔的表面間的輻射換熱量計(jì)算公式為：式中：F 1 21.78m 2 ，F(xiàn) 2 =79.2m 2 所以：3.2單位面積頂板對(duì)流換熱量計(jì)算： 對(duì)流采用水平放置冷面朝下的自然對(duì)流計(jì)算公式。特性尺度 由定性溫度t m 確定空氣的物性值：t m =(17.5+26)/2=21.8C查得空氣的物性參數(shù)： f =2.610-2 W/(m. C)；15.2610-6；Pr=0.703； ，屬于紊流狀態(tài)。由 文獻(xiàn) （1）查表7-6，得下式中的C0.15，n1/3，則： 3.3計(jì)算結(jié)果分析： 由以上計(jì)算，可知總換熱效率為： 其中，輻射換熱約占總換熱的65%，對(duì)流換熱約占總換熱的35%。由于冷卻頂板具有噪音很少，舒適度高等優(yōu)點(diǎn)，可以適用于高檔住宅及高檔寫字樓等場(chǎng)所。4. 空氣處理過(guò)程 分析 冷卻頂板只能除去顯熱負(fù)荷，無(wú)法除去濕負(fù)荷，因此冷卻頂板設(shè)計(jì)中有一點(diǎn)是不容忽視的，即在一定的空氣狀態(tài)下，當(dāng)整個(gè)制冷系統(tǒng)處于溫度最低點(diǎn)時(shí)，冷卻頂板表面溫度可能會(huì)降到室內(nèi)空氣露點(diǎn)溫度以下，從而出現(xiàn)結(jié)露的危險(xiǎn)。因此，為避免結(jié)露，應(yīng)通過(guò)調(diào)節(jié)水系統(tǒng)或空氣系統(tǒng)，使供水溫度高于空氣露點(diǎn)溫度。出于此種考慮，供水溫度一般為16左右，對(duì)相對(duì)濕度較高的送風(fēng)進(jìn)行除濕處理，使其露點(diǎn)溫度低于14?？諝獾某凉襁^(guò)程有兩種方式，一是采用傳統(tǒng)的空調(diào)方式，即送風(fēng)由冷水盤管或制冷劑直接蒸發(fā)進(jìn)行冷卻除濕，盤管表面溫度必須低于送風(fēng)露點(diǎn)溫度以進(jìn)行除濕處理，空氣經(jīng)過(guò)此處理過(guò)程后會(huì)過(guò)冷，因此在送入室內(nèi)之前往往需要進(jìn)行再熱處理；另一種 方法 是采用轉(zhuǎn)輪硅膠除濕器進(jìn)行除濕處理，因而比較適用于送風(fēng)溫度相對(duì)而言比較高時(shí)需要去濕的場(chǎng)合。單獨(dú)采用第一種方式，由于空氣處理后過(guò)冷，還需要進(jìn)行熱處理，顯然不是節(jié)能之舉。對(duì)于第二種方式，由于除濕時(shí)潛熱轉(zhuǎn)換為顯熱，送風(fēng)溫度過(guò)高，也不適用于一般空調(diào)系統(tǒng)。因此，可以采用兩種方式的綜合，其空氣處理過(guò)程及焓濕圖如圖4、圖5所示?？諝馔ㄟ^(guò)轉(zhuǎn)輪硅膠除濕器后，溫度上升，一部分進(jìn)入供水為16C的冷水盤管，由感溫器控制其開啟程度，然后與旁通的一部分混合。達(dá)到送風(fēng)狀態(tài)點(diǎn)O，送風(fēng)溫度和室內(nèi)溫度相同取26C。冷卻頂板承擔(dān)建筑冷負(fù)荷等所有的顯熱負(fù)荷，冷水盤管承擔(dān)新風(fēng)負(fù)荷和其它的潛熱負(fù)荷。具體送風(fēng)方式可以采用側(cè)送風(fēng)或孔板送風(fēng)，以便在頂板表面形成一層相對(duì)干燥的空氣貼附保護(hù)層，阻止下部吸收了熱量特別是潛熱而對(duì)流上升的空氣與頂板的直接接觸，促使頂板一直在干燥狀態(tài)下運(yùn)行，減少細(xì)菌滋生的機(jī)會(huì)，延長(zhǎng)吊頂?shù)氖褂脡勖?. 結(jié)論 通過(guò)以上的分析，我們可以得出以下結(jié)論：5.1 進(jìn)行冷卻頂板結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，盡量減少供水與頂板表面之間的熱阻，采用單元式冷卻頂板，可以減少安裝時(shí)間保證頂板質(zhì)量。5.2 根據(jù)算例，在 自然 對(duì)流的情況下，單位面積換熱量大約為88.98W/m 2 其中輻射換熱約占總換熱的65%，對(duì)流換熱約占總換熱的35%，采用強(qiáng)制對(duì)流，增大頂板表面和內(nèi)墻表面發(fā)射率，其換熱效率增加是顯而易見(jiàn)的。5.3 對(duì)于送風(fēng)方式應(yīng)采用先由轉(zhuǎn)輪硅膠除濕器除濕，然后通過(guò)冷卻盤管的一部分和旁通的另一部分混合達(dá)到與室內(nèi)等溫的送風(fēng)狀態(tài)，并且保證在頂板表面形成一層干燥的空氣保護(hù)層，這樣具有較高的舒適度，可以有效解決頂板的結(jié)露 問(wèn)題 ，減少細(xì)菌滋生的機(jī)會(huì)。參考 文獻(xiàn) ： 1.陸耀慶.實(shí)用供熱空調(diào)設(shè)計(jì)手冊(cè).北京： 中國(guó) 建筑 工業(yè) 出版社，19942.章熙