混凝土楼板辐射供冷空调系统在亚热带地区的适用性

1、暖通空调 年第 卷第 期混凝土楼板辐射供冷空调系统 在亚热带地区的适用性 广 州 市 设 计 院黄伟 李 继 路刘谨摘 要以广 州地区某办公 建 筑 为 例 ，评 估了混凝土楼板辐射供冷空调系统的满负荷能效 比 。计 算 分析了 混凝土楼板辐 射 供 冷 的 热 物 理 特 性 、夜间蓄冷损耗以及夜间维持 房 间正压的 冷 损 耗 等 ，并 最 终 得 出 混 凝 土 楼 板 辐 射 供 冷 空调系统的综合能耗比 。 结 果 表 明 ，混 凝 土 楼 板 辐 射 供 冷 空 调系统 在亚热带地区的应用不具有明显优势 。关 键 词 混 凝 土 楼 板 辐 射 供 冷 满 负 荷 能 效 比 综

2、合 能 效 比 亚 热 带 地 区 适 用 性 ， ， ， ， ， ， ， ， ，引 言混 凝 土 楼 板 辐 射 供 冷 空 调 系 统 在 欧 洲 如 德 国 等应 用 非 常 广 泛 ，获 得 了 很好的舒适性和节 能 效 果 。其 空 调 能 耗 比 传 统 空 调 系 统 要 低 左 右 ， 究 其 原 因 是 这 些 地 区 均 处 于 高 纬 度 ，年 平 均 温 度 低 ，气 候 比 较 干 燥 ，地 表 水 的 温 度 较 低 在 左右，地 热 资 源 非 常 丰 富 ，适 合 采 用 辐 射 供 冷 空 调 系 统 。然 而 ，亚 热 带 地 区 的 气 候 湿 润 ，年

3、平 均 温 度 高 ， 如 广 州 地 区 的 年 平 均 温 度 高 于 ，空 调 以 供 冷 为 主 ，地 热 资 源 基 本上无利用价值 由 于 地 热 资 源 利 用 价 值 不 高 ，无 法 使 用 天 然 冷 源 ，导 致 辐 射 供 冷 系 统 能 耗 高 ；此 外 ，由 于 气 候 湿 润 ，辐 射 供 冷 空 调 系 统 的 结 露 风 险 极 高 ，为 了 提 高 外 围 护 结 构 的 气 密 性 和 维 持 正 压 ，造 成 能 耗 和 造 价 上 升 ，其 运 行 的 安 全 性 与 节 能 性 也 需 进 一 步 研 究 ，显 然 欧 洲 的 技 术 不 能 照 搬

4、 。计 算 系 统 模 型 描 述混凝土楼板辐射供冷空调 系 统 由 向 楼 板 辐 射 供 冷空调系统提供冷源的高温冷水机组和向空调新风 处理系统提供冷源的低温冷水机组组成，新风系统冷水供回水温度为 ，辐射供冷系统冷水供回 水温度为 。冷却水供回水温度为 。空调系统拟采用“置换送风新风系统辐射供 冷楼板空调 系 统。辐射供冷空调系 统 中，新 风 系 统承当新风冷 负 荷、室内潜热负荷与小部 分 显 热 负 荷，辐射供冷系统承当室内大局部显热冷负荷。 黄 伟 ，男 ，年 月 生 ，硕 士 研 究 生 ，高 级 工 程 师 广 州 市 体 育 东 路 体 育 东 横 街 号 设计大厦第四设计室

5、 ：收 稿 日 期 ： 修 回 日 期 ：混凝土楼板辐射供冷空调系统满负荷能效比 暖通空调 年第 卷第 期计 算 初 始 条 件 设 定以 办 公 建 筑 为 例 进 行 分 析 。 建 筑 外 围 护 结 构 为 中 空 玻 璃 双 层 幕 墙 ，层 高 为 ，房 间 人 员 密 度 为人 ，新 风 量 为人 ；在 满 足 人 体 舒 适 性 的 前 提 下 ，辐 射 供 冷 空 调 系 统 的 室 内 设 计 温 度 可 以 比 常 规 空 调 系 统 高 ，即 室 内 设 计 温 度 取 ，相 对 湿 度 为 。 根 据 广 州 地 区 办 公 建 筑 的 冷 负 荷 特 性 分 析 ，

6、其 中 新 风 冷 负 荷 约 占 ，辐 射 供 冷 所 负 担 的 负 荷 为 ，单 位 面 积 冷 负 荷 指 标 为 。低 温 冷 水机组 的满负荷性能系数取按 ?公 共 建 筑 节 能 设 计 标 准 ?选 取，高 温 冷 水 机 组 的 满 负 荷 性 能 系 数 取 ；水 泵 效 率 按 计 算。 轴 功 率 计 算 公 式 参 考 ?实 用 供 热 空 调 设 计 手 册 ?。冷 损 耗 等 内 容 作 进 一 步 的 计 算 分 析 和 研 究 ，才 能 得出 混 凝 土 楼 板 辐 射 供 冷 空 调 系 统 的 综 合 能 效 比。 混凝土楼板辐射供冷空调系统综合能效比 混

7、凝土楼 板 辐 射 供冷的热物理特性计算 分 析房间外墙均为双层玻璃幕墙 ，辐 射 供 冷 钢 筋 混 凝 土 板 的 导 热 系 数 为 。 干密 度 为，比 热 容 为，混凝 土辐射供冷板 厚 度 假 设 为 ；辐 射 供 冷 楼 板 的 初 始 表 面 温 度 假 设 为 ，对 应 的 室 内 温 度 为 。由于混凝土楼板的热惰性很大 ，夜 间 辐 射 供 冷 楼 板 的 表 面 温 度 变 化 较 小 ，故可按稳态传 热 的计 算 模 型 进 行 简 化 计 算 见 图 。辐 射 供 冷 空 调 系 统 满 负 荷 能 效 比 评 估 式 中 为 计 算 总 冷 负 荷 ，； 为 满

8、负 荷 计算 总 轴 功 率 ，。辐射 供 冷空 调 系统计算轴功 率 及 满负 荷 能效 比 的 计 算 结 果 见 表 。图 混凝土楼板辐射供冷示意图 混凝土楼板辐射供冷的夜间蓄冷损耗计算分析表 辐射供冷空调系统计算轴功率及 满 负 荷 能 效 比 统 计下班前混凝土辐射供冷楼板外外表温度确定由 于 混 凝 土 辐 射 供 冷 板 的 蓄 热 量 热 惰 性 非常 大 ，其 日 周 期 温 度 变 化 不 大 。室 温 为 ，楼 板 的 总 表 面 传 热 系 数 对 流换热外表传热系数与 辐 射高 温 冷 水 冷 水 泵 冷 却 水 泵 冷 却 塔机 组计 算 轴 功 率占总能耗的比 例

9、 换 热 表 面 传 热 系 数 按 取 ，房 间 冷根 据 表 的 计 算 结 果 可 知 ，混 凝 土 楼 板 辐 射 供冷 空 调 系 统 不 含 新 风 系 统 的 为 ，能 效 比 较 高 ，分 析 其 原 因 有 以 下 几 点 ：由 于 混 凝 土 楼 板 辐 射 供 冷 空 调 系 统 的 供 回 水 温 度 为 ，因 此 冷 水 机 组 的 满 负 荷 性 能 系 数 较 高 ，轴 功 率 较 低 ；冷 水 机 组 的 能 耗 占 空 调 系 统 能 耗 的 ，因 此 辐 射 供 冷 用 高温 冷 水 机 组 的 能 耗 下 降 ，对 整 个 空 调 系 统 的 满 负 荷能

10、 效 比 的 提 高 贡 献 比 较 大 。然 而 ，针 对 混 凝 土 楼 板 辐 射 供 冷 空 调 系 统 的 特 性 ，如 混 凝 土 楼 板 热 惰 性 大 、楼 板 表 面 结 露 风 险 高 等 特 点 ，还 须 对 混 凝 土 楼 板 的 热 物 理 特 性 、夜 间 蓄负 荷 计 算 值 为 ，其 中 由 辐射 供 冷 板 负 担 ，考 虑 到 下班时太阳辐射得热量 的 减 小 以 及 同 时 使 用 系 数 等 因 素 ，房间辐射供冷板 负 担负 荷 按 计 算 ，根 据 热 量 平 衡 方 程 ： 式 中 为楼板的总外表传热 系 数 ，； 为 楼 板 表 面 面 积 ，；

11、 为 室 内 空 气 温 度 ，；为 辐 射 供 冷 楼 板 外 表 面 温 度 ，。取 ， ， ，计 算 得 出 辐 射 供 冷 楼 板 的 表 面 温 度 为 。非 工 作 时 段 蓄 冷 损 耗 量非工作时 段辐射供冷板最终平 衡 温 度下 班 后 室 内 的 灯 光 、人员和设备的发热量 均 不冷 损 耗 、以 及 非 工 作 时 段 防 结 露 需 维 持 正 压 引 起 的黄 伟，等：混凝土楼板辐射供冷空调系统在亚热带地区的适用性存 在 ，只 存 在 外 围 护 结 构 的 传 热 量 ，考 虑 到 室 内 空气 与 辐 射 供 冷 楼 板 单 位 面 积的热容量相差极 大 的 特

12、 点 ，室 内 空 气 的 温 度 变 化 将 随 室 内 得 热 变 化 ，并 与 辐 射 供 冷 板 的 散 热 量 取 得 动 态 平 衡 ，考 虑 到 楼 板 的 热 容 量 较 大 ，楼 板 表 面 温 度 变 化 不 大 应 在 之 间，房 间 的 温 度 变 化 不 大 应 在 之 间，另 外 室 外 夜 间 的 空 气 平 均 温 度 约 为 。根 据 热 量 平 衡 方 程 ： 计 算根 据 混 凝 土 楼 板 辐 射 供 冷 系 统 的 特 性 ，该 系 统还 存 在 两 部 分 附 加 能 耗 ：夜 间非工作时段存在 蓄 冷 损 耗 的 能 耗 ；为 防 止 夜 间 非

13、工 作 时 段 混 凝土 楼 板 结 露 ，还 必 须 送 入一定的新风量维持房 间 正压 ，因 此 也 增 加 了 额 外 的 新 风 能 耗 。图 为 混 凝 土 楼 板 辐 射 供 冷 各 工 况 能 耗 比 例 示 意 图 。 式 中 为 楼 板 表 面 与 室 外 的 传 热 系 数 ，取 ； 为 夜 间 室 外 平 均 温 度 ，； 为 非工 作 时 段 辐 射 供 冷 板 最 终 平 衡 温 度 ，。根 据 以 上 分 析 ，可 以 得 出 辐 射 供 冷 楼 板 的 夜 间最 终 表 面 温 度 约 为 。非工作时段单位面积辐射供冷板蓄冷损耗量 图 混凝土楼板辐射供冷各工况能耗

14、比例示意图 取 ， ，可 得 出 单 位 空 调 面 积 的 蓄 冷 损 耗 量 约 为 ；夜 间 非 工 作 时 段 单 位 面 积 总 蓄 冷 损 耗 量 为 。混 凝 土 楼 板 辐 射 供 冷 系 统 的 夜 间 蓄 冷 损 耗 计 算 冷 负 荷 和 计 算 轴 功 率 夜间蓄冷损耗计算冷 负 荷 ，夜 间 蓄 冷 损耗计算轴功率 。综 合 考 虑 混 凝 土 楼 板 辐 射 供 冷 系 统 所 消 耗 的全 部 能 耗 ，本 文 提 出 混 凝 土 楼 板 辐 射 供 冷 空 调 系统 综 合 效 能 比 的 加 权 系 数 计 算 法 ，计 算 公 式 如 下 ： 式 中 为 时

15、 间 加 权 系 数 ，工 作 时 段 按 ，夜 间 非 工 作 时 段 按 计 算 ，那么 ，。混 凝 土 楼 板 辐 射 供 冷 空 调 系 统 的 综 合 能 效 比 计 算 结 果 如 表 所 示 。表 混凝土楼板辐射供冷空调系统综合能效比 夜 间 维 持 房 间 正 压 的 冷 损 耗 计 算 分 析由于 辐 射供 冷 空调系统对空 调 房 间的 密 封性 要 求 很 高 ，为 了 保 证 室 外 空 气 不 进 入 空 调 房 间 ，避 免 室 内 结 露 ，需 要 考 虑 设 置 保 证 室 内 正 压 的 夜 间 非 工 作 时 段 的 新 风 系 统 。根 据?全 国 民 用

16、 建 筑 工 程 设 计 技 术 措 施 暖 通 空 调 动 力 ?的 建 议 ，换 气 次 数按计 算 ，净 高，新风处理冷风比取，新风系统能效比按常规 系 统 考 虑 。其 余 假 设 条 件 如 前 面 所 述 。维持夜间房间正压所需的新风量 。维 持 夜 间 房 间 正 压 的 冷 损 耗 计 算 冷 负 荷 。维持夜间房间正 压 的 冷 损 耗 计 算 轴 功 率 加 权 计 算 值 综 合 能 效 比 由 表 可 知 ，混 凝 土楼板辐射供冷空调系 统 的综 合 能 效 比 为 。 传 统 空 调 系 统 的 能 效 比不 含 新 风 一 般 可 达 到 左 右 ，由 此 可 知

17、，混凝 土 楼 板 辐 射 供 冷空调系统在考虑了夜间蓄冷损 耗 和 非 工 作 时 段 防 结 露 措 施 引 起 的 冷 损 耗 之 后 ，系统 能 效 比 较 传 统 空 调 系 统 低 左 右 。结 语由于辐射供冷空调系统 对 空调 房 间 的密 封 性要求极高，使外围护结构的造价 有 所 提 高 ，同 时 为 了保 证 室 外 空 气 不 能 进 入 空 调 房 间 ，避 免 室 内 结 露 ，下 转 第 页 。混 凝 土 楼 板 辐 射 供 冷 空 调 系 统 综 合 能 效 比暖通空调 年第 卷第 期日 的 热 水 量 ，否 那么 只 能 提 供 全 天 空 调 冷 负 荷 的

18、的 热 回 收 量 ，不 足 部 分 需 要 由 辅 助 热 源 提 供 。夏 季 生 活 热 水 日 用 量 为 ，那么 夏 季 生 活 热 水 热 负 荷 为热 量 为 ，换 算 至 由燃 气热水锅炉提供 生 活热 水 ，取 燃 气 低 位 燃 烧 值 ，锅 炉 热 效 率 ，那么 全 年 可 节 省 燃 气 ，按 照 广 州 工 商 业 用 气 价 格 元，那么 全 年 可 以 节 省 燃 气 费 用 万 元 。 式 中 为 夏 季生活热水热负荷 ，； 为 水 的比 热 容 ，； 为 夏 季 生 活 热 水 日 用 量 ，； 为 热 水 温 度 ， ； 为 冷 水 温 度 ，取 。经 计

19、 算 ，夏 季 生 活 热 水 热 负 荷 为 。参 考 夏 热 冬 暖 地 区 办公建筑冷水机组 针 对 不 同 负 荷 率 下 的 机 组 运 行 时 间 频 率 ，可 知 在， 和 负 荷 率 下 的 时 间 频 率 分 别 为 ，。 根 据 广 州 气 候 特 点 ，以 空 调 运 行 时 间 为 月 共 个 月计 算 ，最 大 热 回 收 量 按 照 机 组 均 处 于 热 回 收 工 况 运 行 。 热 回 收 量与生活热水负荷 比 较结 果 见 表 。结 论蒸发式冷凝空调机组可同时供冷、供暖 和 供 应生活热水，其 能 效 比 较 高，相比风冷式机 组 国 家 标 准一级能效要求

20、高 出 ；当冬季热泵工况在空 调热水温度工况时，整机 到达， 与普通空气源热泵机组制热进出水温度 工况下整机能效比相比，高出。热 回 收 系 统蓄热水箱采用串联连接 ，可 更 好地 实 现 冷 热 水 分 层 ，降 低冷热水混合造成供水 温 度下 降 的 影 响 。相 比 于 空 调 冷 负 荷 ，生 活 热 水 需 求 量 较 小 的建 筑 物 ，可 以 采 用热回收热量梯级利用模式 ，即 全显 热 回 收 加 部 分 潜 热 回 收 的 热 回 收 方 式 ，不 仅 可 以 使 热 水 出 水 温 度 达 到 生 活 热 水 温 度 要 求 ，从 而 减 少 热 水 再 热 能 耗 ，而

21、且 还 可以维持相对较低的冷 凝 温 度 ，保 证 冷 水 机 组 较 高 的 能 效 比 。参 考 文 献 ：表 供冷期热回收量与生活热水负荷比拟结果 负 荷 率 冷 负 荷 热 回 收 量 最 大 热 回 收生 活 热 水 负 时 间 频量荷率梁 增 勇 水冷冷水机组冷凝热回收的设计 暖 通空 调 ，：周 志 仁 ，谭 洪 卫 ，王 恩 丞 酒店热水用热规律与热泵 热 回 收 系 统 设 计 建 筑 节 能 ，： 从 表 中 可 以 看 出 ，在不同负荷率情况下 ，热回 收 量 均 大 于 生 活 热 水 用 热 量 ，即 在 供 冷 期 ，可 以全 部 提 供 免 费 热 水 。 那么 供 冷 期 内 总 的 免 费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 页 需要考虑设置保证 室 内 正 压 的 非 工 作 时 段 夜 间的新风系统。如考虑到节假日情况，辐射供冷楼板的