王婷婷

?

毛細管平面敷設空調系統(tǒng)運行策略研究

王婷婷

（山東省城鄉(xiāng)規(guī)劃設計研究院 濟南 250013）

空調的使用隨著人民生活水平的提高日益增多。所以，尋找一種既節(jié)能又環(huán)保的空調系統(tǒng)是當務之急。毛細管平面輻射空調系統(tǒng)便在這種大環(huán)境下應運而生，其擁有節(jié)能、舒適、空氣品質良好等諸多優(yōu)點。通過一個辦公建筑模型，對其間歇運行策略進行了分析。根據負荷平衡關系式估算了夏季工況下的預冷時間，推導出預冷時間與室內參數之間的關系式，并舉例計算了辦公建筑的預冷時間。

毛細管平面輻射空調；間歇運行；預冷時間

0 引言

間歇運行是指在室內設計參數達到設計參數時，采用縮短空調系統(tǒng)運行時間來滿足需求的工況。一般情況下，分為住宅式間歇運行模式和辦公式住宅模式兩種類型，住宅式間歇運行模式是指在白天上班的時間停止空調運行，而辦公式間歇運行模式則正好相反。本文以辦公建筑為例分析間歇運行模式。

以一周為例，辦公室的使用情況一般為周一—周五的8:00～12:00和14:00～18:00，為簡單起見，將上班時間假定為8:00～18:00。所以一周上班的時間僅占一周的26.8%，所以，辦公室間歇運行的節(jié)能潛力巨大。辦公建筑空氣調節(jié)溫度如下表所示。

表1 辦公室空氣調節(jié)溫度

1 預冷時間分析

1.1 基本概念

從系統(tǒng)啟動時刻至建筑內房間溫度降至舒適溫度上限的時刻，定為當天的預冷時間；從系統(tǒng)停止時刻至建筑內房間溫度升至舒適溫度上限的時刻，定為當天的升溫時間。

由于建筑物的熱惰性，室內溫度變化不能瞬時升降，而是一個相對緩慢的過程。為了實現在上班點達到設計溫度，需要提前開啟機組預冷使溫度降低，但是預冷時間的長短直接影響到室內溫度能否達到要求及節(jié)能率，建筑物的蓄熱特性又會使得建筑物在停機之后不會瞬時升溫，所以下班之前提早停機也是節(jié)能的必要措施，遵循優(yōu)化控制的思想確定系統(tǒng)啟停時間，即保證上班期間（8:00～18:00）室內溫度維持在設定溫度范圍內實現系統(tǒng)運行時間最小化的優(yōu)化目標。

表2及圖1描述了辦公建筑間歇控制全天室溫變化情況，以預冷一小時，提前半小時停機為例，典型工作日室內設定溫度本文取27℃，上下波動±1℃為正常，對應舒適溫度上限28℃，下限26℃。

表2 辦公建筑間歇控制室溫變化表

圖1 辦公建筑間歇控制室溫變化圖

1.2 預冷時間估算

提前開機使室內溫度預冷才能滿足舒適性要求，但是該提前多長時間才是本文研究的重點，即預冷時間的確定。接下來我們根據空氣平衡和熱平衡的原理，推導估算預冷時間。

本文以輻射頂板+新風系統(tǒng)為例來進行推導，夏季負荷平衡如下圖2所示。

圖2 輻射頂板+新風系統(tǒng)冷量平衡圖

新風送入的冷量：

則：

（2）

同理，排風帶走的冷：

由于室內物體、墻體而產生的室內冷量：

（4）

輻射板的供冷量是將建筑物的設計負荷乘以一個修正系數1.2，如下式：

圍護結構傳熱量4在設計工況下等于計算冷負荷，當空調系統(tǒng)剛起動時，小于冷負荷，因為室內溫度和室外差別較小，但我們可以采用設計冷負荷進行換算。根據北京地區(qū)帶有玻璃幕墻的辦公室估算指標o=80W/m2，冷負荷計算溫差為33.2～27℃，對于其他地區(qū)有：，整理得：

（6）

則：

（8）

將式（1）～（7）代入式（8）得：

整理得：

（10）

其中，（11）

兩邊積分，并代入初始條件得：

（13）

解得：

反求：

（15）

式中：為送、排風量，m3/h；t為送入空氣的溫度，℃；t為空調房間的設定溫度，℃；t為室外空氣溫度，℃；t為室內空調開啟前溫度，℃；Q為建筑冷負荷指標，W/m2；為建筑及室內物體的質量，kg；為瞬時時刻，s；C、C為分別為空氣和建筑及物體的平均定壓比熱，W/kg·℃。

由上式（15）可以看出，空調系統(tǒng)的預冷時間與室內要求溫度成反比，與室內初始溫度成正比，即要求的室內溫度越低，室內初始溫度越高，空調系統(tǒng)預冷時間越長。所以一般情況下，周一相比較其他工作日，由于周末的間隔，其預冷時間要稍微久一些。

2 實例分析

下面通過一個實例來估算預冷時間。

以濟南市某辦公樓某一層為例，采用框架結構，建筑面積500m2，輻射頂板+新風系統(tǒng)，新風送風溫度t=20℃，室內初始空氣溫度t=32℃，室外空氣溫度t=34.8℃，此辦公樓8:00上班，要提前多久開啟空調系統(tǒng)，才能保證辦公室8:00時室內參數達到要求？

由相關資料查得：普通辦公室人均占有的使用面積為4m2/人，考慮到樓道、隔墻等公共建筑，此辦公樓的使用人數大約為100人，新風量取30m3/(h·p)，則總新風量為3000m3/h，空氣的密度1.293kg/m3，可以推算出新風量=3879kg/h，空氣的定壓比熱C=1.01KJ/(kg·℃)。每平米框架結構的建筑其室內物體及建筑重大約為0.12t/m2，則此500m2的辦公建筑總重=60t，近似認為紅磚和鋼筋混凝土各占一半，紅磚比熱為1.05kJ/(kg·℃)，鋼筋混凝土比熱為0.92kJ/(kg·℃)，則此辦公建筑的平均定壓比熱C=0.985kJ/(kg·℃)。由于辦公建筑對新風量的需求比較大，且濟南地區(qū)夏季太陽輻射強度比較大，所以我們取濟南地區(qū)的夏季冷負荷指標o=150W/m2。

將上述查得的值代入式（11）、（12）得：

=7848.48；=108856.188

將、值代入式（14）得：

通過上述計算分析，對于普通辦公室，其室內溫度由32℃降至27℃大約需要50分鐘，但當室內設計溫度為30℃時，預冷時間則會縮短，大約需要32分鐘。對于實際情況，由于建筑材料、使用情況以及室外天氣狀況等因素的不同，其預冷時間的計算結果可能和實際情況有出入，其預冷時間可以通過具體實驗來進行確定。

3 結論

（1）根據辦公建筑的作息時間確定了運行策略—間歇運行模式。

（2）然后根據負荷平衡關系式估算了預冷時間，求解得預冷時間與室內參數之間的關系式為：。

（3）通過一個實例對計算結果進行驗證，結果表明，上述公式誤差不大。但是不同的建筑，由于其使用情況、結構構造等不同，根據上式得到的計算結果可能和實際情況有一定誤差，所以具體的建筑還要通過具體的實驗驗證來確定。

[1] 王婷婷.毛細管平面輻射空調系統(tǒng)設置方式與運行策略研究[D].濟南:山東建筑大學,2012.

[2] 李永安.節(jié)能潛力巨大的新型空調系統(tǒng)[J].供熱制冷,2008,(6):24．

[3] 王婷婷,李永安.基于采暖工況的毛細管網不同敷設方式熱工性能分析[J].制冷與空調,2012,26(4):341-344.

[4] 金洪文.空調系統(tǒng)間歇運行的時間延遲[D].沈陽:長春工程學院學報,2000.

[5] 陸耀慶.實用供熱空調設計手冊（第二版）[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2007.

[6] DBJ 14-036-2006,公共建筑節(jié)能設計標準[S].山東省住房和城鄉(xiāng)建設廳,2006.

[7] Yanli Ren. The theory study on radiant floor heating and cooling system.2011 International Conference on Computer Science and Service System, CSSS 2011.

[8] R西格爾,JR豪厄爾.熱輻射傳熱[M].北京:科學出版社, 1981.

Research on Operation Strategy of Capillary Plane Radiation Air-Conditioning System

Wang Tingting

( Shandong Urban And Rural Planning Design Institute, Jinan, 250013 )

Air-conditioning systems find wide application with people's living standard improving. So it is particularly important to find an energy-saving and environmentally friendly air-conditioning system. Capillary plane radiation air conditioning system comes into being in this condition, which has so many advantages, such as energy-saving, comfort, good air quality and so on.This paper sets up an office building model to analyze intermittent operation strategy. estimates pre-cooling time according to load balance relationship, derives relation between the pre-cooling time and indoor parameters, and calculates the pre-cooling time of an office building by solving of an example.

capillary plane radiant air-conditioning; intermittent operation; pre-cooling time

1671-6612（2017）03-296-03

TU832.1+6

A

王婷婷（1986.02-），女，研究生，工程師，E-mail：ttw2513@126.com

2016-02-19