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(chǎng)，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。

1 建筑模型

1.1 建筑基本結(jié)構(gòu)

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)

1.2 輻射地板基本信息

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。

1.3 輻射頂板基本信息

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。

2 空調(diào)系統(tǒng)模型

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

2.1 建筑模型

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)

2.2 氣象數(shù)據(jù)

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。

2.3 供冷系統(tǒng)

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。

2.4 新風(fēng)系統(tǒng)

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 ℃。

3 系統(tǒng)模擬仿真

3.1 地板輻射供冷運(yùn)行工況

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。

3.2 頂板輻射供冷運(yùn)行工況

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。

3.3 結(jié)果對(duì)比

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。考察08∶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。

4 系統(tǒng)優(yōu)化與控制

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。

4.1 供冷系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)間表優(yōu)化

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

4.2 供冷系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)控制

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。

4.3 模擬結(jié)果及分析

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。

5 結(jié)論

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。