高忠義　遼寧營口市萬弘建筑工程有限公司

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地冷室內(nèi)降溫的全新模式探究

高忠義遼寧營口市萬弘建筑工程有限公司

摘要：隨著人們對室內(nèi)溫度控制要求提高，優(yōu)化設(shè)計(jì)室溫控制新模式，實(shí)現(xiàn)地冷降溫，獨(dú)具發(fā)展趨勢。針對基于地冷技術(shù)的室內(nèi)降溫問題，從多個(gè)方面進(jìn)行分析研究，分析地冷室內(nèi)降溫的可行性，并為構(gòu)建室內(nèi)降溫新模式尋求新技術(shù)方法支持，以便實(shí)現(xiàn)地冷室內(nèi)降溫。

通常多應(yīng)用空調(diào)、開窗通風(fēng)等手段，實(shí)現(xiàn)室內(nèi)降溫?；诋?dāng)前科技的提升，可以改進(jìn)室內(nèi)降溫模式，以冷水循環(huán)的方式給小區(qū)集中室內(nèi)供冷,使用大型冷水機(jī)工業(yè)化集中制冷，并利用風(fēng)電發(fā)電特性和供冷方式相同的特點(diǎn)作為電源驅(qū)動(dòng)，不僅可以提高制冷系統(tǒng)運(yùn)行效率，也可以緩解夏季高溫室內(nèi)將來帶來的電負(fù)荷，緩解能源緊張狀況，發(fā)揮節(jié)能環(huán)保作用，實(shí)現(xiàn)地冷降溫。

1　地冷室內(nèi)降溫優(yōu)勢

地冷可以冷水循環(huán)方式，來實(shí)現(xiàn)室內(nèi)降溫；也能夠利用冷風(fēng)機(jī)盤管、冷水片等形式，實(shí)現(xiàn)地冷降溫。以下主要探討以地板供冷模式實(shí)現(xiàn)室內(nèi)降溫的優(yōu)勢。

1.1有效發(fā)揮降溫作用

地冷降溫，利用傳導(dǎo)、輻射交換熱量，即地板傳導(dǎo)、輻射供冷，可以依靠冷地板和其維護(hù)結(jié)構(gòu)表面，使其與人體之間產(chǎn)生輻射換熱，實(shí)現(xiàn)房間供冷。當(dāng)前地冷室內(nèi)降溫中，由于室內(nèi)空氣溫度在低于30℃，可保證室溫和地板溫度差為5℃[1]。同樣，在地冷降溫系統(tǒng)中，出于對熱舒適性的考慮，冷地面溫度不應(yīng)低于19℃，這樣限制冷地面供冷能力。才可以具備實(shí)用效果，不僅可以降低房間的圍護(hù)結(jié)構(gòu)溫度，還會(huì)增加人體的輻射散熱量，才能發(fā)揮有效作用。

1.2改善居住環(huán)境

目前使用空調(diào)都是將室內(nèi)的熱量傳導(dǎo)室外?？照{(diào)外機(jī)周圍溫度明顯增高，加劇了本來炎熱夏季氣溫，對周圍環(huán)境產(chǎn)生了不利影響，再者空調(diào)可能存在噪音，對聲音敏感的人而言，噪音在40～60 dB，就會(huì)有明顯感覺甚至影響正常生活。應(yīng)用地冷室內(nèi)降溫，可以通過冷水循環(huán)地板供冷，并不會(huì)存在著噪音問題，不僅節(jié)能，還可以為室內(nèi)用戶提供舒適性強(qiáng)的制冷體驗(yàn)，降溫的同時(shí)，也滿足用戶需求，改善室內(nèi)居住環(huán)境。

1.3發(fā)揮環(huán)保經(jīng)濟(jì)效益

地冷降溫可以實(shí)現(xiàn)集中工業(yè)化制冷，顯著改善傳統(tǒng)地冷分散制冷的能源損耗。可根據(jù)風(fēng)力發(fā)電特性以及供冷運(yùn)負(fù)荷運(yùn)行相符特點(diǎn)，利用風(fēng)力發(fā)電或其他清潔能源，為大型制冷機(jī)供電。并且，也可以利用潮汐，做低溫冷卻介質(zhì)，實(shí)現(xiàn)對大型冷水機(jī)組的冷凝器循環(huán)系統(tǒng)降溫，節(jié)省冷卻凝器循環(huán)系統(tǒng)所需的能源消耗，并使進(jìn)入用戶室內(nèi)入口的水溫達(dá)到地冷降溫目的；這樣在夏、冬兩季，均可以提高地冷制冷系統(tǒng)的運(yùn)行效率，緩解夏季高溫帶來的電負(fù)荷突增，緩解電力能源緊張狀況，節(jié)能環(huán)保。

2　研實(shí)現(xiàn)室內(nèi)地冷降溫的可行性

（1）優(yōu)化設(shè)計(jì)地冷降溫系統(tǒng)，不僅可以提高地板冷表面和室內(nèi)空氣傳熱系數(shù)，也可以提高冷地板供冷能力；從而可以避免地板結(jié)露，保證進(jìn)戶入口水溫有較低溫度達(dá)到降溫目的[2]。（2）實(shí)現(xiàn)地冷室內(nèi)降溫，可以有效的改善地冷降溫室內(nèi)環(huán)境條件，提高降溫效果；同時(shí)，也能夠降低室內(nèi)空氣的露點(diǎn)溫度，發(fā)揮降溫作用。（3）安裝置換通風(fēng)系統(tǒng)，能夠在地板近地面形成干燥的空氣層，通過應(yīng)用空氣湖作用，從而防止室外熱濕空氣與冷地板接觸，有效預(yù)防地板結(jié)露現(xiàn)象的發(fā)生。（4）可以提高排風(fēng)與送風(fēng)的溫度差，擴(kuò)大了地板供冷系統(tǒng)的使用地域，改變了住宅建筑內(nèi)只能靠送風(fēng)降溫的情況[3]。同時(shí)，實(shí)現(xiàn)地冷室內(nèi)降溫，可以避免室內(nèi)用戶產(chǎn)生空調(diào)病問題，避免了人在室內(nèi)睡眠中引起不適，可以提供穩(wěn)定房間溫度，具備舒適度。

3　分析構(gòu)建地冷室內(nèi)降溫模式的方法

3.1地冷降溫結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

室內(nèi)地板供冷，其地板供冷埋管方式和地板采暖相同，同時(shí)，鑒于地板供冷單位面積較小，以夏季作為布管標(biāo)準(zhǔn)，自下而上從而絕緣層、混凝土層、水泥砂漿找平層、地板層布管，如圖1所示。

圖1　地板供冷結(jié)構(gòu)

同時(shí)，可以將地板和房間主體熱濕空氣隔離，避免地板結(jié)露。每根導(dǎo)冷性水管的一端分別與分水器給水口聯(lián)結(jié)，導(dǎo)冷性水管的另一端分別與分水器回水口聯(lián)結(jié)[4]，還可以在居室的墻面上安裝冷水片，分水器的每個(gè)給水口、回水口都各裝有一個(gè)控制閥門，分水器的總進(jìn)水口和總回水口分別通過進(jìn)水管、回水管。

3.2模擬室內(nèi)降溫?cái)?shù)值

采用 兩方程模型進(jìn)行求解，浮升力模型采用非線性Boussinesq密度?？刂品匠痰耐ㄓ眯问綖椋?/p>

式中：φ、Γφ、Sφ分別表示通用變量以及廣義擴(kuò)散系數(shù)、廣義源項(xiàng)。

本文主要采用采用有限差分法，應(yīng)用該數(shù)值解法，計(jì)算有限容積。

簡化邊界條件：送風(fēng)口送風(fēng)速度低，近似認(rèn)為為不可壓縮流體，空氣物性為常數(shù)；考慮重力因素；對于浮升力的作用，采用Boussinesq密度假設(shè)方法[5]；對于傳熱墻壁和地板表面采用第一類熱邊界條件，給定溫度；人體和燈具采用第二類熱邊界條件，給定熱通量，不考慮門窗的影響；考慮重力因素的影響，設(shè)定重力加速度的大小和方向。

3.3劃分幾何模型與網(wǎng)格

利用CFD軟件對室內(nèi)降溫方案進(jìn)行分析模式，針對不同的送風(fēng)風(fēng)速以及不同的地板表面溫度進(jìn)行模擬研究，有效分析送風(fēng)風(fēng)速、地板表面溫度的影響，以便可以優(yōu)化設(shè)計(jì)節(jié)能、舒適的地冷室內(nèi)降溫系統(tǒng)。可以應(yīng)用國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)辦公室的幾何模型，長寬高分別為6 m、4 m、3 m，模擬單個(gè)人體坐姿模式，人體模型尺寸取為0.4 m、0.4 m、1.1m位置處于房間正中央，具體見圖2。

劃分網(wǎng)格采用六面體結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格，在X、Y、Z方向上的節(jié)點(diǎn)間距均取0.05 m，為了增加計(jì)算的精確性，在送風(fēng)口、室內(nèi)熱源、和回風(fēng)口處進(jìn)行局部加密，在熱源、送風(fēng)口和回風(fēng)口處的節(jié)點(diǎn)間距均取為0.02，生成了462 534個(gè)網(wǎng)格，模型的網(wǎng)格劃分見圖3所示。

圖2　幾何模型

圖3　網(wǎng)格劃分

3.4效益分析

地冷室內(nèi)降溫中，在熱源附近，低速和低溫的空氣遇熱上升，擾動(dòng)熱源周圍的空氣，并使熱源周圍產(chǎn)生回流，使對流換熱增強(qiáng)，最終把熱源的熱量通過上升氣流帶入房間的頂部，然后通過回風(fēng)口或者排風(fēng)口移出室內(nèi)[6]。房間在豎直方向上溫度分布存在著熱力分層，近地板處溫度較低，離天花板越近溫度越高，熱源附近的區(qū)域溫度相對要高一些，結(jié)合了置換通風(fēng)后，室內(nèi)的高溫區(qū)域處在房間的最上端，在回風(fēng)口或者排風(fēng)口的抽吸作用下，室內(nèi)熱源散發(fā)出的熱量被帶走，起到了良好的置換作用。地冷室內(nèi)降溫中，由地板表面溫度為20℃可以知道，在臨近地面處的溫度梯度較大，有將近3℃的溫差。并且不同地板溫度對復(fù)合空調(diào)系統(tǒng)的影響也不同。因此實(shí)際地冷降溫，可以滿足人體的熱舒適性要求，可以在此前提下選擇合適的設(shè)計(jì)方案，提升地冷室內(nèi)降溫效益。

4　探析地冷室內(nèi)降溫模式實(shí)踐策略

4.1實(shí)踐案例

某住宅小區(qū)，測試的房間面積約為18㎡，該房間的地冷室內(nèi)降溫中，降溫模式中，對于地埋管采用雙回路的布置方式，這樣可以得到盡量均勻的地面溫度。同時(shí)，在該模式中，地冷冷源應(yīng)用國產(chǎn)的分體式風(fēng)冷熱泵機(jī)組，額定制冷量可以達(dá)到5.8 kW；并且，還為該機(jī)組配用全封閉渦旋式壓縮機(jī)，壓縮功率2.34 kW。地冷室內(nèi)降溫全新模式中，在地冷室內(nèi)降溫方面，其軸流風(fēng)機(jī)功率0.1kW。室內(nèi)的新風(fēng)，需要先通過除濕機(jī)降溫減濕之后，才可以由置換通風(fēng)器送入到室內(nèi)。同時(shí)，在地冷室內(nèi)降溫之中，確保置換通風(fēng)器可送風(fēng)均勻，送風(fēng)的速度應(yīng)該低于0.5 m/s。地冷室內(nèi)降溫之中，對于補(bǔ)償?shù)奶组g，則可模擬外界大氣環(huán)境，安裝暖風(fēng)機(jī)與加濕器，確保實(shí)驗(yàn)的可行性，檢驗(yàn)地冷室內(nèi)降溫模式的可行性。

4.2實(shí)踐過程

可以將住宅小區(qū)用管路相互聯(lián)結(jié)成網(wǎng)絡(luò)，使用大型冷水機(jī)組工業(yè)化集中制冷，以減少單機(jī)運(yùn)行損耗、提高效率，使定期保養(yǎng)和維修其工作效率明顯改善。同時(shí)對載冷劑運(yùn)行設(shè)備采取一些降溫措施，如隔冷、防腐、防泄，并加上日常維護(hù)，最大限度地減少對周圍環(huán)境的影響；冷卻箱及管路設(shè)置在海水（江水）最低水位線以下[7]。地冷室內(nèi)降溫中，保證冷卻裝置及海水（江水）管路充滿水，并能在潮汐（江水順流而下）過程中能形成海水（江水）循環(huán)流動(dòng)，利用風(fēng)力（光伏）發(fā)電做動(dòng)力電源，電源和大型制冷機(jī)組兩地之間通過通信系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)測和相互控制，也就是說風(fēng)力和光伏發(fā)電時(shí)大型制冷機(jī)組負(fù)荷開始工作運(yùn)行，停發(fā)時(shí)其負(fù)荷停止工作運(yùn)行，不對電網(wǎng)系統(tǒng)的電力和負(fù)荷情況產(chǎn)生影響。室內(nèi)冷循環(huán)水設(shè)計(jì)如圖4所示。

可攤平室內(nèi)水泥地面碎石，并可以根據(jù)室內(nèi)面積大小，將幾根地板導(dǎo)冷性水管并列的均勻鋪在碎石上，在表面鋪設(shè)導(dǎo)冷地板形成地冷。通過壓縮機(jī)的制冷劑流量與通過設(shè)備的流量相等時(shí)，以及壓縮機(jī)所產(chǎn)生的能量頭與制冷設(shè)備的阻力相適應(yīng)時(shí)制冷系統(tǒng)的工況才能保持穩(wěn)定。冷水機(jī)及其他附屬設(shè)備設(shè)置在地下室車間里，保證這些設(shè)備避免陽光的直接照射，工作在較為低溫的環(huán)境，降溫箱﹑載冷劑箱﹑冷卻箱以及地下水井或者儲(chǔ)水池都能高效工作，還可在居室的墻面上安裝冷水片，分水器的每個(gè)給水口、回水口都各裝有一個(gè)控制閥門，控制其開、合；再有設(shè)置一戶一伐作為及流量計(jì)量，給商業(yè)運(yùn)營提供簡單有效的的控制手段。還可把小區(qū)住宅風(fēng)力（光伏）發(fā)電，作為大型離心式制冷機(jī)組設(shè)備運(yùn)行電源，實(shí)行實(shí)時(shí)監(jiān)測、通信調(diào)度，有效地控制風(fēng)力（光伏）發(fā)電與冷卻機(jī)組運(yùn)行負(fù)荷平衡，降低運(yùn)行成本，經(jīng)濟(jì)方便。

圖4　室內(nèi)冷水循環(huán)系統(tǒng)

4.3實(shí)踐結(jié)果

主要以一樓的房間做為本次的實(shí)驗(yàn)對象，其補(bǔ)償套間溫度達(dá)到34℃，房間相對濕度可以達(dá)到69%，對于此時(shí)放進(jìn)的露點(diǎn)溫度，可以達(dá)到27.6℃。然后，可以根據(jù)上一年度氣象參數(shù)的顯示結(jié)果，進(jìn)行對比，針對于室外的露點(diǎn)溫度，當(dāng)溫度高于27℃中時(shí)，其溫控百分比就是4%。對于本次實(shí)驗(yàn)之中，可以自動(dòng)的運(yùn)行地冷降溫系統(tǒng)中的熱泵，及系統(tǒng)自啟?？刂?，當(dāng)?shù)乩浣禍刂?，出水溫度高?7℃之時(shí)，就可以啟動(dòng)壓縮機(jī)；地冷室內(nèi)降溫全新模式中，當(dāng)溫度低于14℃時(shí)，就要確保地冷降溫壓縮機(jī)停轉(zhuǎn)。并且在改進(jìn)的地冷室內(nèi)降溫模式之中，應(yīng)用除濕機(jī)，當(dāng)室內(nèi)環(huán)境的濕度大于 55%之時(shí)，就會(huì)自動(dòng)的啟動(dòng)設(shè)備除濕機(jī)，當(dāng)空氣濕度小于45%時(shí)，這個(gè)系統(tǒng)的除濕機(jī)就會(huì)自動(dòng)的停止。地冷室內(nèi)降溫全新模式中，低溫制冷機(jī)出水溫度在0.5～20℃；該地冷室內(nèi)降溫模式設(shè)計(jì)簡單，符合實(shí)際，節(jié)省了能源。

4.4實(shí)踐效益分析

應(yīng)用改進(jìn)后的地板供冷系統(tǒng)，不僅可以有效降低房間內(nèi)溫度，同時(shí)對于該地冷降溫中，還將會(huì)聯(lián)合置換通風(fēng)系統(tǒng)，可以進(jìn)一步降低房間溫度。設(shè)計(jì)地冷室內(nèi)降溫新模式，不僅可以取得較好房間空調(diào)降溫效果。工作區(qū)內(nèi)的空氣溫度，可以達(dá)到24.6～26.4℃；同時(shí)，在本實(shí)驗(yàn)中還發(fā)現(xiàn)，如果在房間內(nèi)，其各處的露點(diǎn)溫度是不一致的，房間下低于房間上部的露點(diǎn)溫度。故此，在實(shí)際中，地板供冷，可以使得房間內(nèi)形成豎直溫度梯度，保證人體舒適性，并符合相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)要求。對于地冷室內(nèi)降溫中，可以保證進(jìn)戶入口水溫有較低溫度達(dá)到降溫目的；并利用網(wǎng)絡(luò)化智能通信手段和現(xiàn)代化的通信技術(shù)相互進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測與通信調(diào)度，使大型冷水機(jī)組和風(fēng)力發(fā)電之間建立起供配關(guān)系，不對原電網(wǎng)系統(tǒng)的電力和負(fù)荷供配狀況產(chǎn)生影響；并且置換通風(fēng)，可以在房間之內(nèi)產(chǎn)生豎直的溫度梯度。對于本實(shí)驗(yàn)之中，降低負(fù)荷，產(chǎn)生實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

5　結(jié)語

綜上所述，實(shí)現(xiàn)地冷室內(nèi)降溫全新模式，研制出低溫冷水循環(huán)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排，可以有效改善室內(nèi)居住環(huán)境，降低室溫。優(yōu)化設(shè)計(jì)地冷系統(tǒng)中的冷交換裝置，使室內(nèi)循環(huán)水可以保持在約5℃，有效控制室溫，實(shí)現(xiàn)地冷室內(nèi)降溫，發(fā)揮實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

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A New Mode Discovery of Indoor Underground Cooling

Gao Zhongyi
Liaoning Province Yingkou City Wanhong Construction Engineering Limited Company

Abstract:With improving people indoor temperature control requirements, it is an important trend to optimize indoor temperature control new design mode and achieve underground cooling. Focused on indoor underground cooling problems, the article analyzes feasibility of indoor underground cooling from many aspects and looks for new techniques to build up new mode of indoor cooling to realize indoor underground cooling.

Key words:Indoor Cooling, Underground Cooling, New Mode, Cold Water Recycling

DOI:10.13770/j.cnki.issn2095-705x.2016.02.009

關(guān)鍵字：室內(nèi)降溫；地冷；新模式；冷水循環(huán)