梁秋錦 陳金華 段坤林 梁秋爽 張波 宋靜

4.重慶電訊職業(yè)學(xué)院，重慶 402247 5.重慶遠(yuǎn)鑒旅游規(guī)劃設(shè)計有限公司，重慶401120）摘要：對重慶地區(qū)毛細(xì)管網(wǎng)18℃供水溫度下輻射供冷系統(tǒng)進行實驗測試，分析了毛細(xì)管網(wǎng)頂棚、墻面、地面3種敷設(shè)方式室內(nèi)熱工參數(shù)。結(jié)果表明：毛細(xì)管網(wǎng)頂棚、墻面、地面3種敷設(shè)方式供冷穩(wěn)定時，人員活動區(qū)的平均溫度依次為26.27℃、27.22℃、26.57℃，輻射表面平均溫度依次為20.96℃、21.14℃、22.76℃，PMV依次為-0.27、0.32、-0.2，PPD依次為7.06%、7.47%、6.34%。在實驗條件下，3種敷設(shè)方式供冷時室內(nèi)溫度均能滿足≤28℃的要求，PMV、PPD均能滿足《民用建筑室內(nèi)熱濕環(huán)境評價標(biāo)準(zhǔn)GB/T50785 -2012》I級熱舒適評價指標(biāo)。

關(guān)鍵詞：毛細(xì)管網(wǎng);輻射供冷;敷設(shè)位置 PMV和PPD

中圖分類號：TU831? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? 文章編號：

4.Chongqing Telecommunication Polytechnic College，Chongqing 402247，China; 5.Chongqing Yuanjian Tourism Planning & Design Co. Ltd，Chongqing401120，China）Abstract： Tests of capillary radiant cooling system in Chongqing district were taken and thermal parameter were analyzed in conditions of three different capillary laying modes （ceiling， wall and floor） with 18℃ supply water temperature. It concluded that when capillaries were laid on the ceiling， wall and floor respectively， the average temperature of working area was 26.27℃， 27.22℃ and 26.57℃ respectively and the radiation surface temperature was 20.96℃， 21.14℃ and 22.76℃ in turn. By calculation， the PMV of three conditions was-0.27， 0.32 and -0.2 and PPD results were 7.06%， 7.47% and 6.34% respectively. It illustrated that all three laying ways at this experimental conditions could meet the air temperature requirements （no more than 28℃） and PMV， PPD attain thermal environment category I.

Key words： Capillary;Radiant cooling;Laying way;PMV and PPD

毛細(xì)管網(wǎng)作為一種新型空調(diào)末端形式，具有不占用室內(nèi)空間、能與可再生能源結(jié)合及室內(nèi)舒適度更高等優(yōu)勢，受到越來越多的關(guān)注。在能源成本越來越高、環(huán)境污染與溫室效應(yīng)加劇的大背景下，毛細(xì)管網(wǎng)的研究與應(yīng)用越來越多。

國外，R.HOSEGGEN[1]等人針對頂棚供冷節(jié)能與舒適度進行實驗研究，同時利用ESP-r軟件進行模擬論證，結(jié)果表明：模擬結(jié)果與實驗數(shù)據(jù)結(jié)果吻合。MIKESKA T[2]等人針對輻射供冷室內(nèi)舒適性與供水溫度關(guān)系進行研究，結(jié)果表明：當(dāng)室內(nèi)溫度比供水溫度高4 K時，室內(nèi)溫度舒適性較好。MELANIE F[3] 等人針對新型輻射頂棚通過實驗實測與模擬進行性能測試，結(jié)果表明：新型輻射頂棚性能優(yōu)于常規(guī)輻射頂棚。KEBLAWI A[4]等人針對頂棚供冷輔助新風(fēng)系統(tǒng)，設(shè)計遺傳算法控制器，可實現(xiàn)低能耗下滿足同樣的舒適度。LEE K G[5]等人針對地面輻射與對流空調(diào)系統(tǒng)通過實測對比分析，結(jié)果表明：輻射空調(diào)系統(tǒng)室內(nèi)垂直溫差較小。EUSEBIO Z.E[6]等人針對輻射與對流空調(diào)系統(tǒng)通過實驗進行對比分析，結(jié)果表明：輻射空調(diào)系統(tǒng)室內(nèi)舒適度好。KYU N R[7]等人總結(jié)分析了近50年輻射空調(diào)系統(tǒng)應(yīng)用，得出輻射空調(diào)系統(tǒng)在節(jié)能性、舒適性方面不斷改進優(yōu)化的結(jié)論。

國內(nèi)，李炅[8]等人針對毛細(xì)管網(wǎng)進行模擬研究，分析了毛細(xì)管網(wǎng)供冷能力影響因素。朱備[9]等人針對毛細(xì)管網(wǎng)輻射供冷表面結(jié)露進行研究，明確結(jié)合過冷度的運行策略。謝東[10]等人與王赟[11]等人均針對毛細(xì)管頂棚輻射供冷進行模擬研究，分析了頂棚輻射供冷時的供冷量。張金明[12]等人針對壁面輻射供冷與對流空調(diào)系統(tǒng)進行模擬研究，對比兩種空調(diào)方式下室內(nèi)熱工參數(shù)。劉猛[13]等研究了不同供水溫度與室外天氣下毛細(xì)管網(wǎng)地棚供冷房間溫度，供冷量與結(jié)露情況。李妍[14]等人分析了影響毛細(xì)管網(wǎng)的供冷能力相關(guān)曲線圖。陳金華[15]等人針對毛細(xì)管網(wǎng)地面不同供水溫度供暖研究室內(nèi)參數(shù)，確定了供暖的最佳供水溫度。陳露[16]等人針對毛細(xì)管網(wǎng)頂棚、墻面、地面進行模擬研究，分析了3種敷設(shè)方式舒適性。

通過文獻(xiàn)查閱可知，針對頂棚、墻面、地面毛細(xì)管網(wǎng)的研究，均為理論計算與軟件模擬，或只針對一種敷設(shè)方式進行實驗研究。文章通過毛細(xì)管網(wǎng)頂棚、墻面、地面3種敷設(shè)方式實驗研究。從室內(nèi)人員活動區(qū)溫濕度、壁面溫度、室內(nèi)垂直與水平溫度、PMV、PPD等熱工參數(shù)全面分析3種敷設(shè)方式毛細(xì)管網(wǎng)供冷的室內(nèi)舒適性。

1實驗系統(tǒng)介紹

1.1實驗房間概況

實驗地點為兩間相同房間[17]如圖1所示，房間410，房間412，每個房間的面積為21m2，尺寸為6m×3.5m×2.7m（長×寬×高），門洞的尺寸0.8m×2.1m（寬×高），外窗的尺寸2700mm×2000mm（寬×高）;建筑外墻為實心磚墻（未做保溫），厚度為240mm，內(nèi)墻也為實心磚墻，厚度為200mm。窗戶為單層玻璃窗，厚度為6mm，內(nèi)設(shè)厚窗簾。

1.2實驗系統(tǒng)

1.2.1 冷熱源

該實驗的冷熱源為空氣源熱泵機組。冷熱源與毛細(xì)管網(wǎng)末端中間設(shè)置換熱水箱，通過換熱水箱控制供水溫度為18℃。原理圖如圖2所示。

1.2.2實驗?zāi)┒?/p>

實驗的末端為頂棚、墻面、地面3種敷設(shè)方式，房間410頂棚、墻面敷設(shè)同側(cè)供回S型毛細(xì)管網(wǎng)，房間412地面敷設(shè)同側(cè)供回S型毛細(xì)管網(wǎng)。實驗室建設(shè)時，為滿足室內(nèi)冷負(fù)荷需求，設(shè)置如下毛細(xì)管網(wǎng)參數(shù)見表1。

1.2.3新風(fēng)系統(tǒng) 實驗新風(fēng)溫度為24℃，相對濕度為60%，新風(fēng)量為60m3/h，新風(fēng)送風(fēng)方式為上送風(fēng)。

1.3實驗內(nèi)容

1.3.1測試方案 實驗系統(tǒng)運行工況見表2，根據(jù)《輻射供暖供冷技術(shù)規(guī)程JGJ142-2012》中規(guī)定：毛細(xì)管網(wǎng)供水溫度應(yīng)保證供冷表面溫度高于露點溫度1℃ ～ 2℃。故本次實驗在18℃供水溫度下，測試毛細(xì)管網(wǎng)頂棚、墻面、地面3種敷設(shè)方式的室內(nèi)熱工參數(shù)。

1.3.2測點布置 實驗測點[18]的布置原則參照《民用建筑室內(nèi)熱濕環(huán)境評價標(biāo)準(zhǔn)GB/T50785-2012》中的規(guī)定，詳見圖5、圖6。實驗數(shù)據(jù)采用實時監(jiān)測，記錄間隔為10min/次。

實驗房間圍護結(jié)構(gòu)表面溫度測點布置如下：頂棚布置5個，地面布置5個，左墻布置9個，右墻布置9個，外墻布置2個，內(nèi)墻布置2個，共計32個。

實驗房間空間溫度測點布置如下：在圖5中a、b、c、d、e位置上距地0.1m（腳踝）、0.6m（膝蓋）、1.1m（坐姿頭部）、1.7m（站姿頭部）、2.5m（房間上空）處，共計25個?？臻g濕度測點布置如下：在a、c、e位置距地1.1m高度處，共計3個。

1.3.3測試儀器 實驗主要儀器如下表3所示：

2實驗數(shù)據(jù)分析

2.1室外空氣溫度

實驗期間室外逐時溫度見圖7。頂棚、墻面、地面3種敷設(shè)方式室外平均溫度依次為29.97℃、31.26℃、29.97℃。

2.2室內(nèi)人員活動區(qū)平均溫度

人員活動區(qū)平均溫度為a、b、c、d、e 五個水平位置分別距地0.1m、0.6m、1.1m、1.7m四個垂直高度的20個測點平均值。3種敷設(shè)方式實驗期間人員活動區(qū)逐時溫度見圖8，由圖可知：

1）毛細(xì)管網(wǎng)地面輻射供冷時，人員活動區(qū)溫度達(dá)到28℃響應(yīng)時間最長。頂棚、墻面、地面3種敷設(shè)方式響應(yīng)時間依次為：20min、50min、60min。

2）3種敷設(shè)方式人員活動區(qū)平均溫度均滿足≤28℃要求，頂棚、墻面、地面3種敷設(shè)方式供冷穩(wěn)定時人員活動區(qū)的平均溫度依次為：26.27℃，27.22℃，26.57℃。

3）人員活動區(qū)溫度的影響因素主要包括以下兩個方面：輻射壁面溫度與距輻射壁面距離。頂棚敷設(shè)毛細(xì)管網(wǎng)，由于其敷設(shè)構(gòu)造較薄，輻射壁面溫度低，因此供冷穩(wěn)定時室內(nèi)溫度低于另外兩種敷設(shè)方式;墻面敷設(shè)毛細(xì)管網(wǎng)，由于其敷設(shè)單面，冷空氣橫向傳播速度慢，因此供冷穩(wěn)定時室內(nèi)溫度高于另外兩種敷設(shè)方式;地面敷設(shè)毛細(xì)管網(wǎng)，雖然其輻射壁面溫度較另外兩種敷設(shè)方式高，但是距離人員活動區(qū)最近，因此穩(wěn)定時室內(nèi)溫度與頂棚敷設(shè)時溫度接近。

2.3室內(nèi)人員活動區(qū)平均相對濕度

人員活動區(qū)平均相對濕度為a、c、e點距地1.1m高度的相對濕度平均值，3種敷設(shè)方式人員活動區(qū)逐時平均相對濕度見圖9，由圖可知：

頂棚、墻面、地面3種敷設(shè)方式人員活動區(qū)穩(wěn)定時平均相對濕度均滿足室內(nèi)舒適要求。墻面敷設(shè)人員活動區(qū)平均相對濕度略小于頂棚、地面。平均相對濕度依次為68.58%、64.13%、70.05%。

2.4露點溫度分析

3種敷設(shè)方式露點溫度見圖10，由圖可知：

頂棚、墻面、地面3種敷設(shè)方式的輻射壁面溫度、附近空氣溫度均高于輻射壁面露點溫度，因此實驗過程中均未出現(xiàn)結(jié)露現(xiàn)象。但重慶地區(qū)濕度較大，為防止輻射供冷時出現(xiàn)結(jié)露，應(yīng)設(shè)置通風(fēng)除濕系統(tǒng)。

2.5輻射壁面平均溫度

輻射壁面平均溫度與毛細(xì)管網(wǎng)敷設(shè)構(gòu)造密切相關(guān)。3種敷設(shè)方式輻射壁面逐時溫度見圖11，由圖可知：

1）毛細(xì)管網(wǎng)敷設(shè)構(gòu)造越薄，輻射壁面熱響應(yīng)時間越快，輻射壁面溫度也越低。頂棚、墻面、地面敷設(shè)構(gòu)造厚度依次遞增，熱響應(yīng)時間依次遞增，輻射壁面平均溫度也依次遞增，依次為20.96℃，21.14℃，22.76℃。

2）頂棚、墻面、地面3種敷設(shè)方式輻射壁面平均溫度均滿足《輻射供暖供冷技術(shù)規(guī)程JGJ142-2012》中的規(guī)定。具體要求值見表4。

3）常規(guī)地盤管地面上部敷設(shè)構(gòu)造厚度較厚，不宜用于毛細(xì)管網(wǎng)地面，為縮短地面輻射熱響應(yīng)時間，降低輻射壁面溫度，可降低毛細(xì)管網(wǎng)地面敷設(shè)構(gòu)造厚度。

2.6圍護結(jié)構(gòu)壁面溫度

3種敷設(shè)方式圍護結(jié)構(gòu)壁面溫度分布見圖13，由圖可知：

1）3種敷設(shè)方式外墻溫度高于其他壁面溫度，由于外墻未做保溫，故受室外溫度影響較大。

2）墻面、地面敷設(shè)毛細(xì)管網(wǎng)供冷時，頂棚壁面溫度均較高。主要原因是熱空氣在房間上部堆積，減弱頂棚壁面降溫。

3）3種敷設(shè)方式輻射角系數(shù)對壁面溫度的影響較小。

2.7空間垂直溫度分析

3種敷設(shè)方式垂直溫度分布見圖14，站姿高差為0.1m～1.7m，坐姿高差為0.1m～1.1m。由圖可知：

1）3種敷設(shè)方式供冷時，頂棚敷設(shè)垂直溫差最小，且有“頭涼腳暖”的感覺，舒適度最好。

2）3種敷設(shè)方式供冷時，坐姿或站姿縱向溫差均小于1℃，滿足ISO7730[19]推薦的小于2℃（A級）的溫差。

2.8空間水平溫度分析

室內(nèi)空間水平溫度分析選取a、b、c、d、e距地1.1m處溫度。3種敷設(shè)方式水平溫度分布見圖15，由圖可知：

1）墻面敷設(shè)毛細(xì)管網(wǎng)供冷時，水平溫度分布最不均勻。為減弱單面墻供冷造成水平溫度分布不均勻可兩對面墻同時敷設(shè)。

2）頂棚、墻面敷設(shè)毛細(xì)管網(wǎng)供冷時，d點的溫度出現(xiàn)溫升的主要原因是該點位于門口，實驗狀況記錄人員進出房間時將內(nèi)走廊熱量帶入房間造成。

2.9 PMV、PPD分析

由圖16、17可知：

1）頂棚、墻面、地面3種敷設(shè)方式供冷穩(wěn)定時，PMV依次為-0.27，0.32，-0.2， PPD依次為7.06%，7.47%，6.34%。

2）3種敷設(shè)方式供冷穩(wěn)定階段時，室內(nèi)PMV、PPD均滿足《民用建筑室內(nèi)熱濕環(huán)境評價標(biāo)準(zhǔn)GB/T50785-2012》I級熱舒適評價指標(biāo)-0.5≤PMV≤0.5，PPD≤10%[17]。

3）3種敷設(shè)方式墻面輻射供冷時，室內(nèi)舒適度最差。單面墻輻射供冷時，被降溫的冷空氣沿墻面下沉，在右墻下側(cè)積聚，冷空氣橫向傳遞效果較差。因此墻面輻射供冷若想達(dá)到頂棚，地面輻射供冷效果，可通過增大毛細(xì)管網(wǎng)敷設(shè)面積、降低供水溫度或增大管內(nèi)流速等途徑實現(xiàn)。

3結(jié)論

通過對比分析夏季毛細(xì)管網(wǎng)供冷室內(nèi)環(huán)境，得出以下結(jié)論：

1）毛細(xì)管網(wǎng)供水溫度設(shè)定為18℃時，3種敷設(shè)方式輻射供冷，室內(nèi)人員活動區(qū)平均溫度均滿足≤28℃的要求。供冷穩(wěn)定階段，頂棚、墻面、地面人員活動區(qū)平均溫度依次為26.27℃，27.22℃，26.57℃

2）毛細(xì)管網(wǎng)敷設(shè)構(gòu)造越薄，輻射壁面熱響應(yīng)時間越快，輻射壁面溫度也越低。頂棚、墻面、地面敷設(shè)構(gòu)造厚度依次遞增，熱響應(yīng)時間依次遞增，輻射壁面平均溫度也依次遞增，依次為20.96℃，21.14℃，22.76℃。

3）頂棚敷設(shè)毛細(xì)管網(wǎng)供冷時縱向溫差明顯低于墻面、地面，舒適度更高。3種敷設(shè)方式縱向均小于1℃，滿足ISO 7730推薦的小于2℃（A級）溫差。

4）頂棚、地面敷設(shè)毛細(xì)管網(wǎng)供冷時室內(nèi)水平效果接近，優(yōu)于墻面。墻面敷設(shè)毛細(xì)管網(wǎng)供冷時，水平溫度分布最不均勻。為減弱單面墻供冷造成水平溫度分布不均勻可兩對面墻同時敷設(shè)。

5）3種敷設(shè)方式室內(nèi)預(yù)計平均熱感覺指數(shù)PMV，預(yù)計不滿意者百分?jǐn)?shù)PPD均滿足《民用建筑室內(nèi)熱濕環(huán)境評價標(biāo)準(zhǔn)GB/T50785 -2012》I級熱舒適評價指標(biāo)-0.5≤PMV≤0.5，PPD≤10%，供冷穩(wěn)定階段，頂棚、墻面、地面PMV依次為-0.27，0.32，-0.2，PPD依次為7.06%，7.47%，6.34%。

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（編輯：鄧云）