地板供冷置热通风复合系统在住宅建筑的应用

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 摘要：从城市气象参数入手，论述地板供冷与置换通风结合的必要性，并以实验方式验证了地板供冷置换通风复合系统可以在住宅内达到比较好的空调效果。

    关键词： 地板供冷 置换通风 气象参数 露点 竖直温度梯度

    低温热水地板辐射供暖在欧洲已有多年的应用和发展历史，至1994年为止，法国约有20%的住宅建筑中装设了该系统，在德国为41%，奥地利为25%，瑞士为48%.近年来在我国，尤其是北方地区，使用量日益增加。北京、山东、黑龙江等还相继出台了相关的地方法规。与此同时政府有关部门、业主、厂家、设计单位等各方面对于同时使用地板供冷的兴趣也与日俱增，这意味着将减少供冷、暖的初投资和运行费，扩大使用地域，也将进一步推动地板供冷（暖）的发展。

    一、地板供冷与置换通风结合的必要性

    地板供冷系统只能承担室内显热负荷，当室内湿负荷较大，室内空气露点温度高于地板温度时，地板将会出现结露现象。

    以地面温度与室温温差5℃计算，采用地板供冷时室内空气温度应低于30℃的保证率，北京为92%，济南为89%，南京为66%.应该说明，限于经费，北京、济南的气象参数取近3年的平均值，南京气象参数是201年的统计结果，而不是10年以上的统计值，但所获得的结果均具有参考价值。另外，要保证室温与地板温度之差为5℃左右，围护结构必须有较好的保温性能。采用地板供冷系统后，房间围护结构温度降低，人体辐射散热量增大，人体的实际感受温度会比室内实际空气温度降低2℃，所以室内空气温度30℃时相当于采用传统空调方案时房间温度为28℃。对于气候比较干燥的北方地区，地板供冷系统可以在不发生结露的情况下取得比较好的降温效果，如北京、济南；而对于长江中下游地区、沿海地区城市，由于空气湿度较大，不发生结露的保证率则较低，如南京。所以在这些地区，要在房间内取得比较好的空调效果，必须增加一套除湿系统，以降低房间内空气的湿度。

    置换通风系统是一种舒适、节能的空调系统。如果将其与地板供冷系统配套使用，将会较好地弥补地板供冷系统的不足。干燥新风的送入，可以改善室内卫生条件，提高空调降温效果，同时降低室内空气露点温度；地板供冷的水温也可随之降低，满足负荷较大房间的需求；另一方面，置换通风系统可以在近地面处形成一层干燥的空气层，即空气湖，防止室外渗入的热湿空气直接与冷地板接触，从而防止出现结露现象。

    单独的置换通风系统通常运用在高大建筑中，才能充分发挥其室内热力分层带来的节能效益，而在住宅建筑中，通常层高较低，排风与送风的温度差值不是很大，使得这一特点并不明显。而与地板供冷系统联合使用后，冷负荷的承担主要由后者实现，从而可减小置换通风系统送入的　　风量，提高了排风与送风的温度差，继续发挥其室内热力分层带来的节能效益。

    在地板供冷置换通风复合系统中，置换通风系统送入的新风量主要是根据湿负荷及人体所需新风量确定，仅承担很小的一部分室内冷负荷（一般不大于10%），设备体积和风管尺寸减小，所以在地板供冷系统的基础上，设备的初投资和运行费增加不大。地板供冷置换通风系统的优点还可体现以下在几个方面：

    1.为冬季供暖、夏季供冷的居住建筑提供了又一种可能的末端系统形式，改变了住宅建筑内只能靠送风降温的情况。扩大了地板供冷（暖）系统的使用地域，使其可应用于长江中、下游等冬冷夏热地区，也使置换通风这一舒适、节能的系统可在住宅建筑中得到广泛推广；

    2.不存在空调病的问题，地板供冷系统以辐射换热为主，更好地符合人体散热的特点；置换通风系统送风速度低于0.5m/s，送风量小，吹风风险值（draughtrisk）为零，避免了人在睡眠当中因吹风引起的种种不适；

    3. 提供稳定的房间温度，冷却地板可根据室内负荷在一定的范围内调节供水温度，从而使提供的制冷量在一定范围内可随着室内负荷的变化而变化，当房间负荷减小时，其提供的冷量也小，当房间负荷大时，其提供的冷量也相应地增大，冷却地板的这一特点使得房间的温度比较稳定。另外，地板供冷系统首先冷却房间围护结构，蓄冷量较大，短时间的开门或开窗对室内温度基本无影响；

    4.全新风的空调系统风管截面积大、占用建筑空间大，有时还与建筑的梁相碰，难于布置，为此采用地板供冷可避免这一问题，而置换通风系统传送最小新风量，设备尺寸较小，同时置换通风器的布置比较灵活，可以设计为1／4圆柱靠墙角布置，也可以设计为1／2圆柱贴墙布置等方式；

    5.由于地板供冷使用的水温高于常规空调系统，为蒸发冷却、深井水、地热（冷）等节能冷源的使用提供了条件，同时热泵／制冷机蒸发温度的提高增大了其制冷系数，提高了效率，为家用热泵／制冷机等设备的开发利用提供了潜在市场。

    二、地板供冷置换通风复合系统的实验研究

    1.实验室概况

    实验室位于南京师范大学紫金校区内，共两层，一层层高2.75m，二层层高2.85m.每层由测试房间和补偿套间两部分组成。测试房间使用面积约为18m2，地埋管采用双回路布置方式以尽量均匀地面温度，冷源为国产的分体式风冷热泵冷水机组，额定制冷量5.8KW，机组配用进口全封闭涡旋式压缩机，功率为 2.34KW，轴流风机功率为0.1KW.新风经除湿机降温减湿后由置换通风器送入，除湿机在名义工况下（干球温度27.0℃，湿球温度21.2℃），除湿量为3.2kg/h，置换通风器可使得送风均匀，送风速度低于0.5m/s.补偿套间用于模拟外界大气环境，套间内装有暖风机、加湿器各一台。暖风机加热功率可12KW，加湿器加湿量6kg/h.

    2.实验结果

    以一楼房间为实验对象，补偿套间温度34℃，相对湿度69%，此时对应露点温度27.6℃。据去年气象参数显示，室外露点温度高于27℃发生时数的百分比7月为4%，8月为 0.8%.实验中，热泵自动运行、启停控制，出水温度高于17℃时压缩机启动，低于14时压缩机停转。除湿机也采用自动运行、启停控制，环境湿度大于 55%时自动启动，小于45%时自动停止。置换通风系统送风量为546m3/ｈ，送风温度24.6℃，排风温度26.3℃。

    3.实验分析

    （1）地板供冷系统可以有效降低房间内温度，而置换通风系统可进一步降低房间内温度，复合系统在房间内能取得比较好的空调效果，此实验中，工作区内的空气温度为24.6℃-26.4℃；

    （2）实验中发现，房间内各处的露点温度并不是一致的，一般而言，房间下部的露点温度要低于房间上部的露点温度。而近地面处空气的冷却也不是等含湿量的过程，随着近地面处空气温度的降低，其相对湿度增加，随含湿量的降低，露点温度有所减小。据质量守恒定律分析，房间上部的含湿量将增大，实验过程中确实感觉无置换通风时房间内有点闷；

    （3）尽管置换通风系统送入的新风温度（24.6℃）高于地表面温度（22.0℃），但仍可以降低近地面处空气露点温度1.1℃，而此时地面温度仅降低0.3℃，排除上面所述原因，可解释为置换通风在近地面处形成空气湖的缘故；

    （4）地板供冷使得房间内产生竖直温度梯度，根据ISO7730标准，t1.1－t0.1≤3℃时，人体舒适性可以得到保证。该实验中t1.1－t0.1＝ 2.1℃，符合标准要求。相关研究认为，置换通风的特点之一是在房间内产生竖直温度梯度，但是本实验中，两个系统同时运行后，并不会使温度梯度加大。基于温度的简单加和平均考虑，复合系统的温度梯度值应介于两个系统单独运行产生的温度梯度值之间。