康智強(qiáng)，彭馨瑩，程小聰，馮國會

（沈陽建筑大學(xué)，遼寧 沈陽 110168）

1 前言

近年來，在北方地區(qū)地板低溫輻射供暖已經(jīng)應(yīng)用得越來越廣泛，人們也開始嘗試在夏季使用輻射供冷的方式替代傳統(tǒng)的空調(diào)系統(tǒng)。傳統(tǒng)的空調(diào)系統(tǒng)以對流為主要方式，送風(fēng)口風(fēng)量大，易產(chǎn)生吹風(fēng)感而影響人體的舒適性，而且室內(nèi)的空氣品質(zhì)往往達(dá)不到人居住的要求。而輻射供冷空調(diào)系統(tǒng)是以輻射換熱方式為主，不僅可以滿足對供冷量的需求，還能通過蓄熱作用節(jié)能。但是，輻射供冷系統(tǒng)在房間濕度大和供水溫度低的時候，非常容易出現(xiàn)結(jié)露現(xiàn)象［1］。因此，研究者們開始將地板送風(fēng)、置換通風(fēng)和貼附射流引入到輻射供冷系統(tǒng)中，這既能解決室內(nèi)的空氣品質(zhì)問題，還有助于抑制結(jié)露現(xiàn)象，有很大的應(yīng)用前景和研究空間。

2 輻射供冷空調(diào)系統(tǒng)

輻射供冷是依靠供冷部件與圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)表面間的輻射換熱，從而解決房間內(nèi)部冷負(fù)荷的供冷方式，根據(jù)輻射板位置可分為頂板輻射供冷系統(tǒng)和地板輻射供冷系統(tǒng)［2］，這種方式既可用于民用建筑供冷也可以用于工業(yè)建筑降溫。頂板輻射供冷是將冷水管布置在房間的頂板內(nèi)，以輻射的方式與室內(nèi)進(jìn)行熱量交換，這種供冷方式施工安裝和維護(hù)管理比較方便，不影響室內(nèi)設(shè)施和裝飾的布置［3］。地板輻射供冷是利用冷水來為地板降溫從而加強(qiáng)人們和地板的輻射換熱，達(dá)到使人體舒適的作用，在大空間大面積的建筑中能起到很好的降溫作用。頂板輻射供冷系統(tǒng)和地板輻射供冷系統(tǒng)都具有運行費用低、無噪聲和室內(nèi)熱環(huán)境舒適的優(yōu)點，但是與地板輻射供冷系統(tǒng)相比，頂板輻射供冷系統(tǒng)不會出現(xiàn)頭熱腳涼的問題［4］。

3 復(fù)合輻射供冷空調(diào)系統(tǒng)常用的3種送風(fēng)方式

輻射供冷系統(tǒng)常采用的送風(fēng)方式有地板送風(fēng)，置換通風(fēng)和貼附射流。這3種送風(fēng)方式的特性決定了3種復(fù)合輻射供冷空調(diào)系統(tǒng)的熱舒適性和防結(jié)露性的好壞程度。

3.1 地板送風(fēng)

地板送風(fēng)是利用從地板里的送風(fēng)口送出的具有一定速度的射流去卷吸房間下部污濁空氣，混合后的氣流從房間上部的排風(fēng)口排出［5］。送風(fēng)溫度可低于置換通風(fēng)的送風(fēng)形式，系統(tǒng)所解決的冷負(fù)荷大于置換通風(fēng)。

3.2 置換通風(fēng)

與地板送風(fēng)不同，置換通風(fēng)的新風(fēng)從房間的下部以較低的速度送出并沿地面擴(kuò)散開來，在地面上形成潔凈空氣湖，當(dāng)接觸到熱源后卷吸污濁空氣上升，由房間上部的排風(fēng)口排出［5］。

3.3 貼附射流

貼附射流的送風(fēng)口位于房間上部，由于房間上部的射流區(qū)和下部的回流區(qū)之間的靜壓差的作用［5］，射流只能貼附于天花板表面流動，并在近墻處下降，在射流區(qū)下部不斷卷吸室內(nèi)污濁空氣，再由對面墻壁上接近頂板的回風(fēng)口排出。

3種送風(fēng)方式的優(yōu)缺點對比見表1。

表1 3種送風(fēng)方式的優(yōu)缺點對比

4 復(fù)合輻射供冷空調(diào)系統(tǒng)

單純的輻射供冷系統(tǒng)沒有除濕功能，也不能引入新風(fēng)保證良好的室內(nèi)空氣品質(zhì)。而且在實際應(yīng)用輻射供冷系統(tǒng)時，當(dāng)?shù)匕寤蝽敯宓谋砻鏈囟鹊陀诘孛婊蚺锩娓浇諝獾穆饵c溫度時，地板或頂板就會產(chǎn)生小液滴，出現(xiàn)結(jié)露現(xiàn)象［6］。為了解決這些問題，研究人員開始將新風(fēng)系統(tǒng)（如地板送風(fēng)，置換通風(fēng)，貼附射流）與輻射供冷系統(tǒng)相結(jié)合，形成復(fù)合輻射供冷空調(diào)系統(tǒng)。

4.1 輻射供冷空調(diào)系統(tǒng)的熱舒適性

4.1.1 地板送風(fēng)與地板輻射供冷空調(diào)系統(tǒng)

夏學(xué)鷹等研究了地板輻射供冷與地板送風(fēng)混合式空調(diào)系統(tǒng)的實際應(yīng)用性［7］，發(fā)現(xiàn)了地板送風(fēng)與地板輻射供冷的結(jié)合使用，使得地板輻射在防止結(jié)露和保證良好的室內(nèi)熱舒適環(huán)境上有很大的發(fā)展前景。王亮等研究了輻射供冷與下送風(fēng)復(fù)合空調(diào)系統(tǒng)的使用性能［8］，結(jié)果表明，在風(fēng)速、送風(fēng)溫度和風(fēng)口尺寸等參數(shù)設(shè)置相同時，地面送風(fēng)使工作區(qū)的風(fēng)速達(dá)到了0.4 m/s，容易造成人體的不適。

4.1.2 置換通風(fēng)與頂板或地板輻射供冷空調(diào)系統(tǒng)

陳露等比較了相同面積條件下地板、墻壁和頂板3種不同輻射供冷方式與置換通風(fēng)復(fù)合系統(tǒng)的室內(nèi)熱舒適情況［9］，結(jié)果表明，在統(tǒng)一設(shè)置風(fēng)速、風(fēng)口尺寸和房間面積等參數(shù)的情況下，頂板輻射供冷加置換通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)，使得距地面1.1 m處的工作區(qū)垂直溫差超過3℃，不滿足舒適性要求，地板輻射供冷加置換通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)不會出現(xiàn)這種情況。唐凱等以上海某棟別墅輻射吊頂加置換通風(fēng)系統(tǒng)為研究對象測試了夏季運行工況下室內(nèi)舒適性［10］，結(jié)果表明，系統(tǒng)在夏季可以實現(xiàn)舒適的室內(nèi)熱環(huán)境，并且運行穩(wěn)定。唐麗艷等模擬了輻射板置換通風(fēng)房間的速度場［11］，結(jié)果表明，熱源附近的空氣流速較大，速度大于0.25 m/s，其它區(qū)域的氣流速度低于0.1 m/s，因此不會使人體有吹風(fēng)感，熱舒適性好。

4.1.3 貼附射流作用下頂板輻射供冷加置換通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)

于志浩等搭建了輻射吊頂與貼附射流和置換通風(fēng)復(fù)合系統(tǒng)的實驗平臺［12］，結(jié)果表明，輻射吊頂與貼附射流復(fù)合系統(tǒng)的PMV值都在0.4左右，輻射吊頂與置換通風(fēng)復(fù)合系統(tǒng)的PMV值在-0.1左右。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化組織 ISO7730中-0.5≤PMV≤+0.5、PPD≤10%的熱舒適要求［13］，這2種復(fù)合輻射供冷空調(diào)系統(tǒng)都滿足舒適性要求，輻射吊頂與置換通風(fēng)復(fù)合系統(tǒng)的PMV值更接近0，因此，輻射吊頂與置換通風(fēng)復(fù)合空調(diào)系統(tǒng)的舒適性更好。錢佳煒等模擬了采用貼附射流作用下輻射冷頂板與置換通風(fēng)復(fù)合空調(diào)系統(tǒng)房間的室內(nèi)熱環(huán)境［14］，結(jié)果表明，貼附射流作用下頂板輻射供冷加置換通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)房間，人體腳踝和頭部之間的溫差不大于3℃，能給人良好的熱舒適性，室內(nèi)風(fēng)速在0.05-0.25 m/s之間，不易讓人產(chǎn)生吹風(fēng)感。

4.2 復(fù)合輻射供冷空調(diào)系統(tǒng)的結(jié)露問題

4.2.1 地板送風(fēng)解決結(jié)露問題

袁玉潔等發(fā)現(xiàn)結(jié)露的實質(zhì)是空氣里的水蒸氣和低于水蒸氣飽和溫度的輻射冷板相接觸發(fā)生的傳熱傳質(zhì)現(xiàn)象［15］。由此可見，輻射冷板進(jìn)水溫度過低及室內(nèi)散濕量過大是造成冷板表面結(jié)露的主要原因。路詩奎等研究了地板輻射供冷的結(jié)露機(jī)理［16］，發(fā)現(xiàn)了影響結(jié)露的關(guān)鍵因素是輻射地板的表面溫度。由于地板送風(fēng)的風(fēng)速大、送風(fēng)量大，地板送風(fēng)可以承擔(dān)起室內(nèi)更多的冷負(fù)荷，輻射地板的溫度就可以提高1～2℃，輻射地板的管道進(jìn)水溫度也相應(yīng)地提高，從而可以減輕結(jié)露現(xiàn)象。

4.2.2 置換通風(fēng)解決結(jié)露問題

置換通風(fēng)送進(jìn)的室外新風(fēng)在地面擴(kuò)散開來，隔絕了室內(nèi)空氣與輻射地板的接觸，形成了一個相對干燥的空氣膜，減少了結(jié)露現(xiàn)象的發(fā)生。王亮等對建筑物進(jìn)行實測和模擬［17］，研究了增大置換通風(fēng)的送風(fēng)速度對結(jié)露現(xiàn)象的影響，發(fā)現(xiàn)了送風(fēng)速度在小于1.5 m/s時依然可以起到隔絕濕空氣與輻射地板的作用，減輕結(jié)露現(xiàn)象。李紅偉等模擬了不同送風(fēng)溫度下房間的溫度場［18］，結(jié)果表明，保證人員覺得熱舒適的前提下，為防止地板表面結(jié)露，置換通風(fēng)的送風(fēng)溫度只能低于室內(nèi)設(shè)計溫度2～4℃或者等于室內(nèi)設(shè)計溫度，同時地板表面溫度控制在19～23℃。任艷莉等通過對建筑物實測對比了單一的輻射供冷空調(diào)系統(tǒng)與輻射供冷加置換通風(fēng)復(fù)合空調(diào)系統(tǒng)［19］，發(fā)現(xiàn)了置換通風(fēng)在靠近地面處形成干燥空氣層，可有效減輕結(jié)露現(xiàn)象。

4.2.3 貼附射流解決結(jié)露問題

貼附射流送入的新風(fēng)，附于天花板頂板上流動，將輻射冷頂板和房間內(nèi)的空氣隔絕，形成一個空氣保護(hù)膜，貼附射流送進(jìn)的新風(fēng)溫度要比室內(nèi)空氣低，因此就可以有效解決結(jié)露問題。并且由于冷輻射板表面溫度的降低提高了供冷量，貼附射流與冷輻射板的對流作用加強(qiáng)了冷輻射板的換熱能力［20］。周根明等通過試驗多次對比了單一的輻射供冷空調(diào)系統(tǒng)和采用貼附射流的復(fù)合空調(diào)系統(tǒng)防結(jié)露效果［21］，結(jié)果表明，在供水溫度降到13 ℃的1 h后，沒有貼附射流的一側(cè)，出現(xiàn)結(jié)露現(xiàn)象，而設(shè)置貼附射流的一側(cè)沒有出現(xiàn)結(jié)露現(xiàn)象。由此證明，貼附射流的確可以在冷輻射板表面形成干燥的空氣層，阻止溫度高濕度大的室內(nèi)空氣和輻射板的接觸，避免結(jié)露現(xiàn)象。趙忠超等研究了輻射供冷與豎壁貼附射流結(jié)合的空調(diào)系統(tǒng)房間空氣品質(zhì)［22］，結(jié)果表明，在常用的輻射板溫度和貼附射流送風(fēng)參數(shù)條件下，0.1～1.1 m高度的溫差小于1.5℃，0.1～1.1 m高度空氣流速小于0.3 m/s，貼附射流有效降低冷輻射板表面結(jié)露的可能性。

貼附射流作用下，頂板輻射供冷加置換通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)最大的優(yōu)勢是將貼附射流和置換通風(fēng)相結(jié)合，一方面，貼附射流可以集中解決輻射頂板結(jié)露的問題而不需過多解決室內(nèi)冷負(fù)荷，另一方面，置換通風(fēng)可以彌補(bǔ)貼附射流排污能力差的缺陷。貼附射流作用下，頂板輻射供冷加置換通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)，這種復(fù)合空調(diào)系統(tǒng)更好地在滿足室內(nèi)冷負(fù)荷和空氣品質(zhì)的前提下解決了頂板結(jié)露的問題。

5 結(jié)論

（1）由于地板送風(fēng)的風(fēng)速大、送風(fēng)量大，地板送風(fēng)可以承擔(dān)起室內(nèi)更多的冷負(fù)荷，輻射地板的溫度就可以相對提高，從而可以有效地減少結(jié)露現(xiàn)象。以置換通風(fēng)的送風(fēng)方式送入的低溫干燥新風(fēng)在地面擴(kuò)散開，形成了一個空氣膜，隔絕了室內(nèi)空氣與輻射地板的接觸，可以減輕結(jié)露現(xiàn)象。

（2）由于貼附射流本身特性，在防結(jié)露問題上，引入貼附射流的輻射供冷系統(tǒng)，大大優(yōu)于引入置換通風(fēng)的輻射供冷系統(tǒng)，并且貼附射流的輻射供水溫度可以更低，制冷效果會更好，所以，貼附射流作用下的頂板輻射供冷加置換通風(fēng)系統(tǒng)的防結(jié)露效果大大優(yōu)于前者。

（3）置換通風(fēng)本身的特性，決定了置換通風(fēng)與地板輻射供冷系統(tǒng)在維持良好的室內(nèi)空氣品質(zhì)和室內(nèi)熱舒適環(huán)境上優(yōu)于地板送風(fēng)與地板輻射供冷系統(tǒng)。置換通風(fēng)與頂板輻射結(jié)合的復(fù)合空調(diào)系統(tǒng)房間的熱舒適性高于置換通風(fēng)與地板輻射結(jié)合的復(fù)合空調(diào)系統(tǒng)。

［1］ Schiavon S,Bauman F，Tully B，et al.Room air stratification in combined chilled ceiling and displacement ventilation systems［J］.HVAC&R Research，2012，18（1-2）：147-159.

［2］ 鄒平華，陸亞俊，馬最良.暖通空調(diào)（第二版）［M］.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2007.

［3］ 任艷莉，李德英，張于峰.地板供冷與置換通風(fēng)的模擬與分析［J］.沈陽建筑大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2008（6）：1066-1069.

［4］ 宣永梅，黃翔，康寧，等.采用蒸發(fā)冷卻的輻射供冷空調(diào)系統(tǒng)室內(nèi)熱環(huán)境模擬驗證［J］.流體機(jī)械，2012，40（10）：80-83.

［5］ 徐偉，鄒瑜，徐宏慶，等.民用建筑供暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計規(guī)范GB50736－2012［J］.建設(shè)科技，2015（10）：31-32.

［6］ 隋學(xué)敏，張旭，韓光輝.輻射供冷空調(diào)室內(nèi)熱環(huán)境控制變量的選擇［J］.流體機(jī)械，2013，41（3）：68-73.

［7］ 夏學(xué)鷹，王子介，夏道明.地板輻射供冷與地板送風(fēng)混合式空調(diào)系統(tǒng)應(yīng)用分析［J］.南京師范大學(xué)學(xué)報（工程技術(shù)版），2007（1）：41-45.

［8］ 王亮，李金聲.輻射供冷與下送風(fēng)復(fù)合空調(diào)系統(tǒng)性能對比研究［J］.制冷與空調(diào)（四川），2015（5）：593-596.

［9］ 陳露，廖勝明.三種方式輻射供冷室內(nèi)熱環(huán)境對比分析［J］.建筑熱能通風(fēng)空調(diào)，2010（3）：53-56.

［10］ 唐凱，張旭，周翔，等.輻射吊頂+置換通風(fēng)系統(tǒng)夏季運行性能實驗研究［J］.暖通空調(diào)，2011（8）：94-99.

［11］ 康麗艷，張智文，張啟林.輻射供冷方式室內(nèi)舒適性數(shù)值模擬［J］.制冷，2015（3）：65-70.

［12］ 于志浩，金梧鳳，劉艷超.輻射吊頂供冷與不同新風(fēng)系統(tǒng)復(fù)合 時的性能研究［J］.制冷技術(shù)，2013（4）：37-40.

［13］ 《舒適熱環(huán)境條件—表明熱舒適程度的PMV和PPD指標(biāo)》ISO7730［S］.2005.

［14］ 錢佳煒，李念平，蘇林，等.貼附射流作用下輻射冷頂板加置換通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)評價分析［J］.建筑科學(xué)，2015（6）：86-89.

［15］ 袁玉潔，隋學(xué)敏，侯博.輻射供冷空調(diào)防結(jié)露機(jī)理及相關(guān)技術(shù)分析［J］.建筑熱能通風(fēng)空調(diào)，2016（4）：51-55.

［16］ 路詩奎，張雙迎.地板輻射供冷結(jié)露問題的理論研究［J］.江蘇科技大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2011（6）：565-571.

［17］ 王亮，王子介.增大風(fēng)速的踢腳送風(fēng)及其置換通風(fēng)特性研究［J］.建筑科學(xué)，2016（6）：90-95.

［18］ 李紅偉.地板輻射供冷與置換通風(fēng)空調(diào)房間熱環(huán)境模擬與能耗分析［J］.低碳世界，2016（24）：241-242.

［19］ 任艷莉，李德英，王子介.地板輻射供冷-置換通風(fēng)的實驗研究［J］.建筑節(jié)能，2007（8）：4-6.

［20］ 施穎.輻射供冷與貼附射流復(fù)合空調(diào)系統(tǒng)空氣品質(zhì)研究［J］.暖通空調(diào)，2011，41（2）：60-63.

［21］ 周根明，施穎，路詩奎，等.輻射供冷與貼附射流復(fù)合空調(diào)系統(tǒng)防結(jié)露研究［J］.建筑熱能通風(fēng)空調(diào)，2011（5）：20-22.

［22］ 趙忠超，云龍，訾新立，等.輻射供冷與貼附射流復(fù)合空調(diào)系統(tǒng)室內(nèi)空氣品質(zhì)研究［J］.流體機(jī)械，2015，43（2）：71-74.