輻射供暖系統(tǒng)節(jié)能革新方案

1、1工程概況及革新方案 1.1工程概況以北京市某辦公建筑的大堂為探討對象，其建筑面積為295m2，建筑層高為7.5m，建筑外圍護(hù)結(jié)構(gòu)為玻璃（HYPERLINK /new_view.asp?id=9陶瓷）幕墻（傳熱系數(shù)K=2.5W/（m2#e），內(nèi)隔墻為混凝土砌塊（K=0.3W/（m2#e）。大堂夏季HYPERLINK /sca_list.asp?id=6空調(diào)設(shè)計(jì)溫度為26e，空調(diào)系統(tǒng)夏季間歇運(yùn)行（07：00）17：00運(yùn)行，下班后及周六、日均停止運(yùn)行）。大堂基本空調(diào)方式：夏季采用一次回風(fēng)系統(tǒng)集中送風(fēng)供冷，空調(diào)HYPERLINK /sca_vlist.asp?id=62風(fēng)機(jī)額定風(fēng)量15000m3/

2、h，風(fēng)機(jī)電動(dòng)機(jī)功率11kW；冬季采用地板輻射供暖系統(tǒng)供暖為主、一次回風(fēng)系統(tǒng)集中送風(fēng)供暖為輔的空調(diào)方式。地板輻射換熱器采用PEX管，管外徑20mm，壁厚2mm，回字形布置，管間距為300mm，整個(gè)大堂共設(shè)有3組集/分水器、9支水環(huán)路（見圖1，2）。 1.2系統(tǒng)節(jié)能革新方案 可以看出，北京地區(qū)夏季（6月1日至8月31日）室外空氣溫度超過30e的時(shí)間并不長，平均相對濕度也較南方地區(qū)低，加之大堂的空調(diào)設(shè)計(jì)冷負(fù)荷主要是顯熱負(fù)荷，凝露的可能性相對較小，有采用地板輻射供冷的條件。為此，本探討在原有地板輻射供暖水系統(tǒng)的基礎(chǔ)上作適當(dāng)革新，以適應(yīng)地板輻射供冷供暖的需要。即在原有供水干管L1上串接一電動(dòng)三通閥（起到

3、混水閥的作用）和水泵（電動(dòng)機(jī)功率1kW）。夏季供冷工況，將來自集中供冷站的7e空調(diào)冷水通過電動(dòng)三通閥與地板輻射供冷系統(tǒng)的回水混合，達(dá)到適宜的供水溫度供給地板輻射系統(tǒng)；同時(shí)將原有的定風(fēng)量一次回風(fēng)送風(fēng)系統(tǒng)加設(shè)風(fēng)機(jī)變頻器，以使空調(diào)風(fēng)機(jī)低頻運(yùn)行向大堂供必要的新風(fēng)，以滿足室內(nèi)空氣質(zhì)量的要求并承擔(dān)室內(nèi)的潛熱負(fù)荷，防止地面結(jié)露（此時(shí)空調(diào)風(fēng)機(jī)的電動(dòng)機(jī)功率約為3kW）。冬季供暖工況，通過供水干管L1的旁通管向地板輻射系統(tǒng)供熱水，一次回風(fēng)系統(tǒng)小風(fēng)量運(yùn)行向大堂供必要的新風(fēng)。 1.3夏季工況實(shí)驗(yàn) 1.3.1基本實(shí)驗(yàn)方案及目的由此可見，大堂夏季顯熱負(fù)荷為1520kW.為此，本探討的基本實(shí)驗(yàn)方案考慮如下：1）大堂空氣溫度

4、控制在24.526.5e.2）關(guān)閉空調(diào)送風(fēng)系統(tǒng)；地板輻射換熱器定流量運(yùn)行，考察供水溫度變化（1218e）對地板表面溫度、房間空氣溫度的影響；同時(shí)，考察間歇供冷方式對地板表面溫度及房間空氣溫度的影響。 1.3.2實(shí)驗(yàn)條件 1）考慮到地板具有一定的蓄熱能力，在實(shí)驗(yàn)開始前，系統(tǒng)進(jìn)行預(yù)冷運(yùn)行，預(yù)冷運(yùn)行期為2009年7月15日至8月15日。 2）系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)期為2009年8月16）31日，采用間歇供冷方式。 1.3.3測點(diǎn)布置及數(shù)據(jù)采集實(shí)驗(yàn)期間重點(diǎn)監(jiān)測了地板輻射供冷系統(tǒng)各分/集水器的供/回水溫度（測點(diǎn)1216）、水流量、地板表面溫度（測點(diǎn)14）、玻璃幕墻與建筑內(nèi)墻1.1m高處內(nèi)表面溫度（測點(diǎn)511）、大堂兩

5、側(cè)距離地面1.7m處空氣溫度（測點(diǎn)17，18），以及空調(diào)送/回風(fēng)口溫度（測點(diǎn)19，20）.測點(diǎn)布置，溫度傳感器均為銅2康銅熱電偶，并利用34970A巡檢儀采集各溫度測點(diǎn)數(shù)據(jù)。 另外，在大堂中央距離地面0.1m處布置了一個(gè)相對濕度測點(diǎn)，采用溫濕度計(jì)監(jiān)測房間相對濕度，每20min采集一個(gè)數(shù)據(jù)；同時(shí)，還在前臺距地面1.5m處布置了一個(gè)黑球溫度計(jì)。水流量通過超聲波流量計(jì)檢測。 2實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析 2.1凝露情況 從夏季供冷工況實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出，在送風(fēng)系統(tǒng)關(guān)閉、僅地板輻射供冷系統(tǒng)運(yùn)行的條件下，改變供水溫度（1218e），大堂空氣溫度基本維持在24.626.5e、相對濕度維持在60%78%，地板表面溫度均高于

6、露點(diǎn)溫度，無凝露現(xiàn)象。結(jié)果一方面驗(yàn)證了計(jì)算結(jié)果，即辦公建筑大堂的潛熱負(fù)荷較小；同時(shí)在某種程度上也說明間歇供冷可以降低凝露的可能性。 另外，隨著供水溫度的升高，地板輻射換熱器的供冷能力不斷降低，供冷能力約為2037W/m2.2.2供水溫度變化對地板表面溫度及大堂空氣溫度的影響圖7a，b為地板輻射供冷系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)間為07：00）17：30、供水溫度分別為12e和13e、其他條件同表1時(shí)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。當(dāng)供水溫度分別為12，13e時(shí)，地板輻射換熱器供回水溫差約為33.5e；大堂建筑經(jīng)過一夜的升溫，早晨開始供冷1h后地板表面溫度逐漸降低，供冷6h后地板表面溫度下降1.5e，隨后趨于穩(wěn)定，此時(shí)地板表面溫度和大

7、堂內(nèi)空氣溫度之差為3e；17：30地板輻射供冷系統(tǒng)停止運(yùn)行，5h后，地板表面溫度開始逐漸升高。實(shí)驗(yàn)期間盡管室外空氣溫度波動(dòng)較大，但大堂內(nèi)空氣溫度仍比較穩(wěn)定。 地板輻射供冷系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)間為09：00）17：30、供水溫度分別為14e和15e、其他條件同表時(shí)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。當(dāng)供水溫度分別為14，15e時(shí)，地板輻射換熱器供回水溫差約為2.53e；同樣，供冷1h后地板表面溫度開始逐漸降低，供冷3h后地板表面溫度降至最低點(diǎn)（溫降為1.5e），隨后趨于穩(wěn)定；地板表面溫度與大堂內(nèi)空氣溫度相差約23e；17：30地板輻射供冷系統(tǒng)停止運(yùn)行，5h后，地板表面溫度開始逐漸升高。 地板輻射供冷系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)間分別為08：00）

8、17：00和09：00）17：30、供水溫度分別為17e和18e、其他條件同表1時(shí)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。此時(shí)，由于系統(tǒng)供水溫度的升高，地板輻射換熱器的供冷能力明顯下降，地板表面溫度的降低幅度也較小。 2.3作用溫度、平均輻射溫度與空氣溫度在采用地板輻射供冷供暖系統(tǒng)供冷時(shí)，輻射和對流換熱共同發(fā)生作用，由于冷輻射地板的存在，在輻射作用下室內(nèi)其他圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)表面的溫度也相應(yīng)降低，增強(qiáng)了人體的輻射散熱量，在保持相同室內(nèi)溫度時(shí)，人的實(shí)際感覺要比以對流換熱為主的供冷方式舒適得多。因此不能單一地以室內(nèi)溫度或輻射強(qiáng)度來衡量或評價(jià)供冷的效果，需要通過作用溫度和平均輻射溫度來對室內(nèi)供冷效果進(jìn)行評價(jià)。 作用溫度（實(shí)感溫度）是指

9、在一個(gè)假想的由等溫黑體表面構(gòu)成的封閉空間里，人體與周圍的輻射和對流換熱量之和與在實(shí)際房間里的換熱量相同時(shí)空間內(nèi)的均勻溫度。根據(jù)測得的周圍空氣溫度及黑球溫度，通過式（1）進(jìn)行校正，可獲得室內(nèi)熱環(huán)境的作用溫度。to=Atg+（1-A）tn（1）式中to為作用溫度，e；A為與黑球溫度計(jì)周圍空氣流速及黑球直徑相關(guān)的系數(shù)；tg為黑球溫度計(jì)內(nèi)置的溫度傳感器所測得的溫度，e；tn為黑球溫度計(jì)周圍的空氣溫度，e.本實(shí)驗(yàn)中所采用的黑球溫度計(jì)的黑球直徑為150mm，黑球溫度計(jì)附近空氣流速小于0.3m/s，根據(jù)文獻(xiàn)，A值取1.05.平均輻射溫度是指假設(shè)在一個(gè)由絕熱黑體表面構(gòu)成的封閉空間里，人體與周圍的輻射換熱量與在

10、一個(gè)實(shí)際房間里的輻射換熱量相同時(shí)封閉空間的表面平均溫度.當(dāng)室內(nèi)風(fēng)速小于0.4m/s、且平均輻射溫度低于50e時(shí)，作用溫度可近似表示為平均輻射溫度tr與室內(nèi)空氣溫度的算術(shù)平均值：to=tr+tn2（2） 在計(jì)算出作用溫度后，室內(nèi)平均輻射溫度可通過式（2）得出。以實(shí)驗(yàn)2的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)為例，作用溫度、房間平均輻射溫度、室內(nèi)外空氣溫度及舒適性人體體表溫度（36.5e）之間的關(guān)系中可以看出，作用溫度、房間平均輻射溫度、室內(nèi)空氣溫度隨時(shí)間的變化規(guī)律幾乎相同，在14：00室外溫度最高時(shí)，作用溫度、房間平均輻射溫度和室內(nèi)空氣溫度最為接近。在該實(shí)驗(yàn)條件下，房間平均輻射溫度比舒適性人體體表溫度約低1015e，比室內(nèi)空氣溫度約低3e；同時(shí)，作用溫度即人體的實(shí)感溫度較室內(nèi)空氣溫度約低12e.這一實(shí)驗(yàn)結(jié)果說明了地板輻射供冷系統(tǒng)的節(jié)能性。 3結(jié)論 3.1在北京地區(qū)的辦公建筑大堂采用地板輻射供冷供暖的方式具有較好的效果，當(dāng)?shù)匕遢椛鋼Q熱器的供水溫度高于12e時(shí)，地板表面凝露的可能性很小。 3