付桐瑋 李 斌 徐鵬飛2 翟曉強(qiáng)
(1 上海交通大學(xué)制冷與低溫工程研究所 上海 200240; 2 上海船舶研究設(shè)計(jì)院 上海 201203)
隨著社會(huì)的發(fā)展進(jìn)步,我國建筑能耗逐漸增加,預(yù)計(jì)至2020年,我國建筑能耗占比將達(dá)到35%[1]。而在建筑能耗中,空調(diào)系統(tǒng)能耗占比將達(dá)到60%[2],所以,降低空調(diào)能耗能夠有效降低建筑能耗。人們對(duì)室內(nèi)熱環(huán)境的要求也越來越高,也會(huì)增加建筑空調(diào)能耗。因此,尋找高效率的供冷形式是一個(gè)重要課題。輻射供冷系統(tǒng)作為一種新型的供冷形式,具有節(jié)能、舒適性強(qiáng)等特點(diǎn),越來越受到人們關(guān)注[3]。目前,很多學(xué)者對(duì)輻射供冷系統(tǒng)進(jìn)行了深入研究,以推動(dòng)該技術(shù)的發(fā)展。
在供冷能力方面,Ning Baisong等[4]提出了3種新型頂板結(jié)構(gòu),通過實(shí)驗(yàn)和模擬研究了其供冷能力,并與原始結(jié)構(gòu)對(duì)比,認(rèn)為新型頂板結(jié)構(gòu)具有更加均勻的頂板表面溫度,有利于提高頂板的供冷能力;Luo Yongqiang等[5]對(duì)熱電輻射頂板系統(tǒng)進(jìn)行了模擬研究,模擬了頂板溫度場,并計(jì)算了系統(tǒng)的供冷效率;劉乃鈴等[6]針對(duì)頂板輻射供冷系統(tǒng)與人體之間的換熱特性進(jìn)行了研究,認(rèn)為達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)時(shí),輻射換熱量是對(duì)流換熱量的3.5倍;于國清等[7]提出一種計(jì)算輻射供冷板供冷量的計(jì)算方法,并進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,結(jié)果表明誤差在6.58%以內(nèi),計(jì)算方法可信度較高;曹法立等[8]研究了供水溫度對(duì)地板輻射供冷系統(tǒng)的影響;張巖等[9]研究了不同頂板溫度時(shí),頂板與墻面、人體的換熱量關(guān)系。
在熱舒適性方面,李錦堂等[10]研究了輻射吊頂供冷方式的熱舒適性,認(rèn)為輻射吊頂供冷方式要優(yōu)于對(duì)流供冷系統(tǒng);He Yingdong等[11]對(duì)輻射供冷桌進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究,認(rèn)為輻射供冷桌具有較好的熱舒適性,且其冷凍水溫度范圍廣,有節(jié)能潛力;于志浩等[12]研究了輻射吊頂供冷分別結(jié)合貼附射流和置換通風(fēng)的舒適性,結(jié)果表明置換通風(fēng)的舒適性優(yōu)于貼附射流。
在輻射板溫度均勻性方面,Shen Limei等[13]進(jìn)行了熱電輻射頂板系統(tǒng)的參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)研究,得出熱電輻射頂板的最佳厚度為0.004 m,這可以有效解決結(jié)露問題和溫度不均勻性;P. Mustakallio等[14-15]對(duì)比模擬了4種不同的供冷系統(tǒng),模擬分析了每種系統(tǒng)的室內(nèi)熱環(huán)境,認(rèn)為輻射頂板系統(tǒng)相比于其他系統(tǒng)能提供更舒適的室內(nèi)熱環(huán)境;婁載強(qiáng)等[16]研究了頂棚輻射供冷系統(tǒng)房間的溫度分布情況。
在輻射板結(jié)露問題方面,張順波等[17]建立了一種輻射板傳熱模型,并通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了模型的準(zhǔn)確性,進(jìn)而利用該模型對(duì)輻射板進(jìn)行了供冷和結(jié)露特性方面的改進(jìn);Tang Haida等[18]研究了輻射頂板結(jié)露水滴落下臨界直徑,落下過程中的蒸發(fā)情況及能被人體感知的最小水滴直徑,認(rèn)為采用超疏水銅板作為輻射板可以有效解決結(jié)露問題;Tang Haida等[19]從模擬和實(shí)驗(yàn)兩個(gè)角度研究了不同位置輻射板的結(jié)露速度,認(rèn)為頂板結(jié)露風(fēng)險(xiǎn)最高,其次是墻壁,地板結(jié)露風(fēng)險(xiǎn)最低。
此外,顧珍等[20]使用Trnsys模擬研究了地板輻射供冷控制系統(tǒng)的適宜時(shí)間步長,認(rèn)為開機(jī)1 h內(nèi)控制步長為5 min,之后控制步長為15 min為宜;黃奕沄等[21]對(duì)地板輻射供冷系統(tǒng)的除濕問題進(jìn)行了研究;翁文兵等[22]提出了一種輻射供冷房間冷負(fù)荷的算法。
目前對(duì)于輻射供冷結(jié)合獨(dú)立新風(fēng)系統(tǒng)的系統(tǒng)運(yùn)行總能耗問題研究較少。本文對(duì)上海某辦公樓的地板輻射供冷系統(tǒng)進(jìn)行了模擬研究,并設(shè)計(jì)頂板輻射供冷系統(tǒng)與其進(jìn)行對(duì)比,進(jìn)行了運(yùn)行時(shí)間表的優(yōu)化,探究了變水流量控制和變水溫度控制兩種策略對(duì)系統(tǒng)的控制效果,對(duì)系統(tǒng)能耗進(jìn)行了研究。
本文的研究對(duì)象是上海一棟小型辦公樓。建筑室內(nèi)設(shè)計(jì)溫度為26 ℃,室內(nèi)設(shè)計(jì)相對(duì)濕度為60%,設(shè)計(jì)新風(fēng)量為人均30 m3/h。該建筑共4層,各層的基本信息如表1所示。
建筑外墻墻體結(jié)構(gòu)為0.01 m裝飾灰泥、0.1 m隔熱板和0.3 m混凝土,總傳熱系數(shù)為0.355 W/(m2·K),各層的外墻面積如表2所示。建筑窗體的傳熱系數(shù)為1.26 W/(m2·K)。
表2 建筑外墻面積(單位:m2)
該建筑目前的供冷末端為輻射地板,其主要結(jié)構(gòu)從上至下依次為裝飾層、混凝土填充層及絕熱保溫層,水管埋于混凝土填充層中。在絕熱保溫層下還有防水層、找平層和墻體等結(jié)構(gòu)。但由于絕熱保溫層熱阻很高,可視為絕熱材料,向下方傳遞的冷量可以忽略不計(jì)。在模擬計(jì)算時(shí),僅需考慮墻體的熱性能,而無需考慮其強(qiáng)度等參數(shù)。故在模型搭建過程中,不考慮絕熱保溫層以下的結(jié)構(gòu),僅構(gòu)建絕熱保溫層及以上結(jié)構(gòu)。
冷凍水管材料為耐熱聚乙烯(Polyethylene of raised temperature resistance,PE-RT),導(dǎo)熱系數(shù)為0.43 W/(m·K)。冷凍水管布置管間距為0.2 m,管外徑為0.02 m,管壁厚度為0.002 m。
采用地板輻射供冷時(shí),冷量在室內(nèi)下部區(qū)域產(chǎn)生,需要由下向上傳遞,室內(nèi)下方溫度<上方溫度。而由于冷空氣密度>熱空氣密度,冷空氣偏向于沉積在室內(nèi)底部區(qū)域,所以室內(nèi)垂直方向上冷熱空氣自然對(duì)流的效果減弱,穩(wěn)定后室內(nèi)溫度在垂直方向上會(huì)出現(xiàn)較大的溫度梯度。而室內(nèi)平均溫度是綜合室內(nèi)整體區(qū)域的空氣溫度計(jì)算得到的,在這種情況下,室內(nèi)平均溫度可能滿足室內(nèi)溫度設(shè)計(jì)條件。但由于室內(nèi)上下區(qū)域存在較大的溫度梯度,人們會(huì)感覺頭部較熱,而腳部較冷,影響人體熱舒適性。
若將地板輻射供冷改為頂板輻射供冷,室內(nèi)冷源存在于上方,冷空氣會(huì)自上而下地傳遞,自然對(duì)流效應(yīng)較強(qiáng),室內(nèi)垂直方向上溫度梯度減小,溫度分布均勻性較好。且采用頂板輻射供冷時(shí),上方空氣溫度<下方空氣溫度,這也符合人體“頭涼腳暖”的健康原則。所以,針對(duì)該建筑基本情況,設(shè)計(jì)頂板輻射供冷系統(tǒng),并進(jìn)行模擬研究,與地板輻射供冷系統(tǒng)進(jìn)行對(duì)比分析。
輻射頂板單元冷凍水管路材質(zhì)為銅管,輻射板材料為鋁板。銅管規(guī)格:管間距為0.2 m,管內(nèi)徑為0.012 m,單位面積最大供冷量為83.3 W/m2。
采用Trnsys軟件建立系統(tǒng)模型,對(duì)空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行模擬計(jì)算。仿真系統(tǒng)主要分為4個(gè)部分,分別為建筑模型、氣象數(shù)據(jù)、供冷系統(tǒng)和新風(fēng)系統(tǒng),如圖1所示。
圖1 Trnsys模擬系統(tǒng)圖
建筑模型采用Trnsys中的type56模塊,引入通過TRNBuild軟件建立的建筑物理模型。在TRNBuild中設(shè)定建筑基本的物理信息,定義輸入與輸出參數(shù),建筑主要參數(shù)如表3所示。
表3 建筑模型中的基本參數(shù)
在氣象數(shù)據(jù)部分,主要包括氣象參數(shù)、焓濕圖和虛擬天空溫度3個(gè)模塊。氣象參數(shù)采用上海典型氣象年數(shù)據(jù)。典型氣象年氣象數(shù)據(jù)的選取以近30年的月平均值為依據(jù),從近10年的數(shù)據(jù)中選取某一年各月氣象數(shù)據(jù)接近30年的平均值,將該年數(shù)據(jù)作為典型氣象年。焓濕圖用于查找當(dāng)前室外環(huán)境對(duì)應(yīng)的濕球溫度,輸入到虛擬天空溫度模塊中。然后可以根據(jù)虛擬天空溫度計(jì)算建筑的太陽輻射得熱情況。
采用一臺(tái)空氣源熱泵提供冷凍水,將冷凍水輸送至輻射板內(nèi)水管中,用于室內(nèi)供冷。在該模型中,空氣源熱泵的數(shù)據(jù)采用當(dāng)前建筑實(shí)際的空氣源熱泵的數(shù)據(jù),額定功率為39.2 kW,額定工況下的性能系數(shù)COP=3.21。由于輻射頂板供冷與輻射地板供冷系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)不同,故供水溫度和流量不同,具體設(shè)計(jì)參數(shù)見3.1和3.2。
新風(fēng)系統(tǒng)主要包括送風(fēng)風(fēng)機(jī)、回風(fēng)風(fēng)機(jī)、熱回收轉(zhuǎn)輪、冷卻盤管、空氣源熱泵和再熱器等。新風(fēng)與回風(fēng)經(jīng)過風(fēng)機(jī)之后,在熱回收轉(zhuǎn)輪處進(jìn)行熱交換,初步降低新風(fēng)溫度,減少后續(xù)冷卻除濕能耗。新風(fēng)降溫之后,再流經(jīng)冷卻盤管進(jìn)行冷卻除濕。冷卻除濕采用一臺(tái)空氣源熱泵提供冷凍水,額定功率為 18.8 kW,額定工況下的COP=3.19。經(jīng)過冷卻除濕后的空氣溫度通常較低,直接送入室內(nèi)會(huì)產(chǎn)生吹風(fēng)感,影響人體熱舒適性。此外,送風(fēng)口處溫度較低,可能小于室內(nèi)露點(diǎn)溫度,造成送風(fēng)口結(jié)露。所以,新風(fēng)經(jīng)冷卻除濕后,需再經(jīng)過電加熱盤管進(jìn)行加熱,加熱后送入室內(nèi)。
新風(fēng)量根據(jù)人數(shù)確定,故兩種系統(tǒng)的新風(fēng)系統(tǒng)采用相同的設(shè)計(jì)。各層新風(fēng)量按照人均30 m3/h并結(jié)合表1中各層人數(shù)進(jìn)行設(shè)定。新風(fēng)系統(tǒng)冷卻除濕使用的冷凍水流量為3 000 kg/h,設(shè)定冷凍水溫度為7 ℃。新風(fēng)電加熱的設(shè)定溫度為20 ℃。
建筑目前采用的供冷末端為輻射地板,故在該模型中,運(yùn)行工況參數(shù)的選取均按照實(shí)際運(yùn)行狀況選取。其中供冷系統(tǒng)冷凍水的供水溫度為14 ℃,冷凍水總流量為6 000 kg/h,冷凍水流量按照1.1中各層建筑面積進(jìn)行分配。
頂板輻射供冷不同于地板輻射供冷。地板輻射供冷系統(tǒng)的水管被混凝土覆蓋,上方還有其他結(jié)構(gòu);而頂板輻射水管嵌入鋁板之中,鋁板與空氣直接接觸。故頂板輻射的傳熱阻力<地板輻射,不宜采用溫度過低的冷凍水,否則會(huì)出現(xiàn)頂板結(jié)露現(xiàn)象。所以,需要對(duì)頂板輻射系統(tǒng)重新設(shè)計(jì)運(yùn)行參數(shù)。
使用Trnsys計(jì)算該建筑6~9月冷負(fù)荷,得到建筑各層的最大冷負(fù)荷。新風(fēng)的送風(fēng)溫度為20 ℃,室內(nèi)設(shè)計(jì)溫度為26 ℃,故新風(fēng)系統(tǒng)能夠承擔(dān)部分室內(nèi)冷負(fù)荷,剩余室內(nèi)冷負(fù)荷則由頂板輻射供冷系統(tǒng)承擔(dān)。建筑各層的負(fù)荷如表4所示。
表4 建筑各層負(fù)荷情況(單位:kW)
室內(nèi)設(shè)計(jì)溫度為26 ℃,室內(nèi)設(shè)計(jì)相對(duì)濕度為60%,可以查得室內(nèi)露點(diǎn)溫度為17.6 ℃。為防止輻射頂板及冷凍水管結(jié)露,冷凍水溫度要高于室內(nèi)露點(diǎn)溫度1~2 ℃,故設(shè)計(jì)冷凍水供水溫度為19 ℃。設(shè)計(jì)冷凍水供回水溫差為2 ℃,計(jì)算得到各層冷凍水流量如表5所示。
選取7月的一個(gè)典型日對(duì)上述兩種系統(tǒng)進(jìn)行仿真模擬,以建筑2層為例,地板輻射供冷系統(tǒng)與頂板輻射供冷系統(tǒng)的室內(nèi)外溫度參數(shù)模擬結(jié)果分別如圖2和圖3所示。
表5 建筑各層冷凍水流量
圖2 地板輻射供冷系統(tǒng)溫度參數(shù)隨時(shí)間的變化
圖3 頂板輻射供冷系統(tǒng)溫度參數(shù)隨時(shí)間的變化
通過對(duì)比圖2和圖3可知,輻射頂板降溫速度相較于輻射地板有很大的提升。對(duì)于地板輻射供冷系統(tǒng),地板溫度在00∶00—08∶00持續(xù)降低,始終沒有達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài);對(duì)于頂板輻射供冷系統(tǒng),在00∶00時(shí)開始提供冷凍水,約0.5 h后,頂板溫度即基本達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。這是由于輻射頂板的冷凍水管直接經(jīng)過鋁板與空氣換熱,鋁板的熱阻較小,冷量能夠快速地傳遞至室內(nèi)。而輻射地板的管路需要埋于混凝土中,且地板表面須有裝飾層,這些結(jié)構(gòu)增加了傳熱阻力,冷量不能快速地向外傳遞。
在08∶00時(shí)室內(nèi)人員與設(shè)備負(fù)荷產(chǎn)生,室內(nèi)溫度開始上升。經(jīng)過1 h之后,室內(nèi)溫度基本恒定。18∶00 之后,人員與設(shè)備負(fù)荷為0,供冷系統(tǒng)繼續(xù)工作,室內(nèi)溫度下降??疾?8∶00—18∶00時(shí)有人員與設(shè)備負(fù)荷時(shí)的建筑熱環(huán)境參數(shù)。對(duì)于地板輻射供冷系統(tǒng),根據(jù)數(shù)據(jù)可得,室內(nèi)平均溫度為26.58 ℃,地板平均溫度為23.07 ℃。新風(fēng)系統(tǒng)連續(xù)運(yùn)行,室內(nèi)濕度持續(xù)處于較低狀態(tài),露點(diǎn)溫度最高為16.92 ℃,因此可以保證不會(huì)出現(xiàn)結(jié)露的現(xiàn)象。對(duì)于頂板輻射供冷系統(tǒng),室內(nèi)溫度整體降低,平均溫度為25.73 ℃,降低了0.85 ℃;頂板平均溫度為21.79 ℃,降低了1.28 ℃;露點(diǎn)溫度最高為16.90 ℃??梢园l(fā)現(xiàn)地板輻射供冷系統(tǒng)的供水溫度較低,但表面溫度反而較高。這是由于地板結(jié)構(gòu)較復(fù)雜,很多冷量被地板吸收儲(chǔ)存起來,具有較大的熱惰性。
以6~9月整個(gè)供冷季為模擬時(shí)長,統(tǒng)計(jì)兩種系統(tǒng)的系統(tǒng)部件總能耗,如表6所示。
表6 兩種供冷系統(tǒng)中各部件能耗
注:變化率=(頂板輻射供冷能耗-地板輻射供冷能耗)/地板輻射供冷能耗。
由表6可知,相較于地板輻射供冷系統(tǒng),頂板輻射供冷系統(tǒng)的供冷熱泵能耗下降較多,各部件總能耗降低了4.59%。這是由于地板輻射供冷管路包裹于混凝土之中,大量冷量被地板儲(chǔ)存起來,無法釋放。若要為室內(nèi)提供與頂板輻射供冷系統(tǒng)相同的冷量,地板輻射供冷系統(tǒng)就需要產(chǎn)生更多冷量,導(dǎo)致地板輻射供冷系統(tǒng)有更大的能耗。
根據(jù)上述研究結(jié)果,可以發(fā)現(xiàn)頂板輻射供冷系統(tǒng)相較于地板輻射供冷系統(tǒng)具有更好地溫度調(diào)節(jié)能力,熱惰性較低,提供相同冷量時(shí)能耗較低,且符合人體“頭涼腳暖”的健康原則。故在上述研究基礎(chǔ)上,對(duì)頂板輻射供冷系統(tǒng)進(jìn)行進(jìn)一步的優(yōu)化控制,使空調(diào)系統(tǒng)能夠更加舒適節(jié)能。
該建筑空調(diào)系統(tǒng)目前的運(yùn)行狀況是24 h持續(xù)運(yùn)行。但該建筑為辦公樓,無需24 h滿足設(shè)計(jì)溫濕度,造成較多的能源浪費(fèi),不符合節(jié)能減排的基本要求。所以,需要對(duì)空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行運(yùn)行時(shí)間表的優(yōu)化,并適當(dāng)?shù)卣{(diào)整供冷系統(tǒng)冷凍水參數(shù),使其既能在工作時(shí)間滿足設(shè)計(jì)要求,又能夠降低系統(tǒng)能耗。
工作日及工作時(shí)間為每周一至周五08∶00—18∶00,非工作日無人辦公,可以考慮將供冷系統(tǒng)的啟??刂茣r(shí)間表設(shè)計(jì)為與工作時(shí)間相同。但頂板輻射供冷系統(tǒng)沒有地板輻射供冷系統(tǒng)的蓄冷特性,若在晚上不運(yùn)行供冷系統(tǒng),在建筑內(nèi)部就會(huì)積蓄大量熱量,導(dǎo)致在運(yùn)行初始階段難以快速調(diào)節(jié)室內(nèi)溫濕度至設(shè)計(jì)要求,影響人員的舒適性。所以,將供冷系統(tǒng)運(yùn)行運(yùn)行時(shí)間表設(shè)計(jì)為每日07∶00—18∶00,相比工作時(shí)間提早1 h運(yùn)行,以處理夜間產(chǎn)生的室內(nèi)余熱。
同樣,供冷系統(tǒng)在周末也不能完全關(guān)閉,應(yīng)適當(dāng)運(yùn)行。根據(jù)Trnsys計(jì)算得到該建筑6~9月的逐時(shí)冷負(fù)荷,統(tǒng)計(jì)各周非工作日平均日冷負(fù)荷與工作日平均日冷負(fù)荷,調(diào)整非工作日的冷凍水供應(yīng)流量為工作日的50%,運(yùn)行時(shí)間與工作日相同,以消除非工作日的室內(nèi)余熱,防止室內(nèi)積存大量熱量。
空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)間減少后,若仍按照前文的設(shè)計(jì)流量運(yùn)行,就不能滿足供冷需求。且6月和9月熱負(fù)荷較低,若流量恒定不變,就會(huì)造成6月和9月溫度偏低。所以,需要重新對(duì)供水流量進(jìn)行設(shè)定,對(duì)于不同月份,分別設(shè)定流量,以滿足設(shè)計(jì)要求。結(jié)合空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)間及供冷季期間不同月份的冷負(fù)荷差異性,適當(dāng)調(diào)節(jié)各月份的冷凍水供水流量,如表7所示。
表7 不同月份冷凍水供水流量
目前該系統(tǒng)僅各月的供水流量不同,每個(gè)月仍定流量運(yùn)行。但在實(shí)際運(yùn)行過程中,每個(gè)月的溫度數(shù)據(jù)也會(huì)有很大波動(dòng)。因此考慮在表7所示的基礎(chǔ)運(yùn)行流量的前提下,對(duì)供冷系統(tǒng)分別設(shè)計(jì)冷凍水變水流量控制和冷凍水變水溫度控制,對(duì)比兩者的控制效果。
1)冷凍水變水流量控制
該建筑的室內(nèi)設(shè)計(jì)溫度為26 ℃??刂撇呗詾楫?dāng)室內(nèi)溫度≥27 ℃時(shí),供水流量為基礎(chǔ)運(yùn)行流量增加10%;當(dāng)室內(nèi)溫度≤25 ℃時(shí),供水流量為基礎(chǔ)運(yùn)行流量減少10%;當(dāng)25 ℃<室內(nèi)溫度<27 ℃時(shí),供水流量介于基礎(chǔ)運(yùn)行流量±10%之間,采用比例運(yùn)算方法選取流量。
2)冷凍水變水溫度控制
目前供冷系統(tǒng)冷凍水供水溫度為19 ℃。根據(jù)3.3中模擬結(jié)果,建筑的最高露點(diǎn)溫度為16.9 ℃,供水溫度高于露點(diǎn)溫度較多。所以,可以對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行冷凍水變水溫度控制,將供水溫度設(shè)定為在18~20 ℃之間動(dòng)態(tài)變化,溫度控制信號(hào)采用室內(nèi)溫度。室內(nèi)設(shè)計(jì)溫度為26 ℃,當(dāng)室內(nèi)溫度≥27 ℃時(shí),供水溫度采用18 ℃;當(dāng)室內(nèi)溫度≤25 ℃時(shí),供水溫度采用20 ℃;當(dāng)25 ℃<室內(nèi)溫度<27 ℃時(shí),供水溫度在18~20 ℃之間,室內(nèi)溫度越高,供水溫度越低,采用比例運(yùn)算方法選取供水溫度。
根據(jù)4.1及4.2的優(yōu)化及控制策略,分別模擬變水流量控制系統(tǒng)和變水溫度控制系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行情況。
1)室內(nèi)熱環(huán)境分析
選取7月的典型日對(duì)兩種系統(tǒng)進(jìn)行模擬分析。圖4所示為變水流量控制系統(tǒng)的室內(nèi)溫度的模擬結(jié)果。由圖4可知,07∶00開始提供冷凍水,頂板溫度與室內(nèi)溫度在1 h后,基本達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。頂板溫度穩(wěn)定在22 ℃附近,室內(nèi)溫度維持在26 ℃附近,可以滿足室內(nèi)溫度設(shè)計(jì)要求。開始供水之后,室內(nèi)露點(diǎn)溫度有所下降,低于18 ℃,不會(huì)有結(jié)露的情況發(fā)生。
圖4 變水流量系統(tǒng)溫度參數(shù)隨時(shí)間的變化
圖5 變水溫度系統(tǒng)溫度參數(shù)隨時(shí)間的變化
圖5所示為變水溫度系統(tǒng)的室內(nèi)溫度的模擬結(jié)果。對(duì)比圖4與圖5可知,在07∶00時(shí)開始提供冷凍水之后,相比于變水流量控制系統(tǒng),變水溫度控制系統(tǒng)的冷卻頂板溫度很快達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。經(jīng)過一段時(shí)間穩(wěn)定之后,溫度參數(shù)與變水流量控制系統(tǒng)基本相同,均能夠滿足室內(nèi)溫度設(shè)計(jì)要求,且不會(huì)出現(xiàn)結(jié)露的情況。
2)系統(tǒng)能耗分析
對(duì)整個(gè)供冷季進(jìn)行模擬,統(tǒng)計(jì)6~9月的系統(tǒng)能耗,結(jié)果如表8所示。
表8 兩種控制方式下系統(tǒng)供冷季能耗(單位:kW·h)
由表8可知,兩種控制系統(tǒng)能耗總體變化較小,變水流量控制系統(tǒng)的水泵能耗>變水溫度控制系統(tǒng)的水泵能耗。這是由于變水流量控制系統(tǒng)在溫度>26 ℃時(shí),冷凍水流量會(huì)有所增加,因此水泵能耗也會(huì)增加。同時(shí),可以注意到,該系統(tǒng)的除濕熱泵能耗約占總能耗的24%,電加熱能耗約占總能耗的20%,兩者占比高達(dá)44%。這是冷卻除濕后新風(fēng)溫度過低所致。除濕熱泵降低了空氣溫度,而電加熱又升高了空氣溫度,這兩個(gè)部件的功耗有很大部分被浪費(fèi),可以考慮采用轉(zhuǎn)輪吸附除濕或吸收除濕的方式。這兩種除濕方式能夠直接降低空氣濕度,且可以與頂板輻射供冷系統(tǒng)采用同一套冷凍水系統(tǒng),用于降低新風(fēng)溫度。這樣既可以降低系統(tǒng)能耗,又能降低系統(tǒng)的管理控制難度。
本文對(duì)上海某辦公樓的地板輻射供冷空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行了模擬研究,并針對(duì)該建筑的實(shí)際情況設(shè)計(jì)了頂板輻射供冷空調(diào)系統(tǒng),將兩者進(jìn)行了對(duì)比。根據(jù)該辦公樓的實(shí)際供冷需求,對(duì)空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行進(jìn)行了合理的時(shí)間表優(yōu)化,并分別設(shè)計(jì)了變水流量控制系統(tǒng)和變水溫度控制系統(tǒng)。綜合上述研究,得出如下結(jié)論:
1)頂板輻射供冷系統(tǒng)能耗<地板輻射供冷系統(tǒng)能耗,整個(gè)供冷季總能耗減少了4.59%。且頂板輻射供冷系統(tǒng)的傳熱速度較快,熱惰性較低,能夠盡快釋放冷凍水的冷量,調(diào)節(jié)室內(nèi)熱環(huán)境。
2)對(duì)于頂板輻射供冷系統(tǒng),變水流量控制與變水溫度控制均能夠很好地對(duì)室內(nèi)溫度進(jìn)行調(diào)控,溫度基本能夠保持在26 ℃,變水溫度控制系統(tǒng)對(duì)溫度變化響應(yīng)速度更快。
3)對(duì)于頂板輻射供冷系統(tǒng),變水溫度控制系統(tǒng)能耗<變水流量控制的系統(tǒng)能耗,適宜采用變水溫度控制系統(tǒng),能耗較低。
4)新風(fēng)冷卻除濕系統(tǒng)能耗占系統(tǒng)總能耗達(dá)到44%,其中有很大一部分能量浪費(fèi),可以采用其他除濕方式如轉(zhuǎn)輪除濕、吸收除濕,代替冷卻除濕,以進(jìn)一步降低系統(tǒng)能耗。