金梧鳳，王 成，崔奉洙，王志強(qiáng)，于志浩

（1.天津商業(yè)大學(xué) 天津市制冷技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，天津 300134；2.樂(lè)金電子（天津）電器有限公司，天津 300134）

0 引言

目前國(guó)內(nèi)的住宅、辦公、娛樂(lè)等場(chǎng)所使用的空調(diào)，大部分以強(qiáng)制空氣對(duì)流作為末端形式，這種末端形式會(huì)使房間的溫度分布不均，并且會(huì)形成強(qiáng)烈的吹風(fēng)感，嚴(yán)重影響人體的舒適性，甚至?xí)?dǎo)致人體出現(xiàn)“空調(diào)病”等癥狀［1］。而輻射空調(diào)系統(tǒng)作為一種新型的空調(diào)末端，不但由于其無(wú)噪聲，能使房間溫度分布均勻的特點(diǎn)，極大改善人體的熱舒適性［2］，而且由于其能夠使用高溫冷源的特點(diǎn)，使空調(diào)系統(tǒng)相較于傳統(tǒng)的強(qiáng)制對(duì)流空調(diào)COP更高，從而達(dá)到節(jié)能的目的［3-7］。但是由于輻射板表面的結(jié)露問(wèn)題制約了輻射板的制冷能力，使得輻射空調(diào)沒(méi)有在國(guó)內(nèi)得到廣泛的應(yīng)用［8-9］。

學(xué)者們已經(jīng)針對(duì)輻射吊頂加獨(dú)立新風(fēng)系統(tǒng)做了大量研究，劉前龍等對(duì)毛細(xì)管輻射吊頂加獨(dú)立新風(fēng)系統(tǒng)的供冷性能進(jìn)行了試驗(yàn)研究，結(jié)果表明：回水溫度設(shè)定為18 ℃時(shí)，加入獨(dú)立新風(fēng)系統(tǒng)對(duì)輻射空調(diào)系統(tǒng)有很好的防結(jié)露特性，且有很好的舒適性［10］。毛磊等研究了在上供上回新風(fēng)方式加輻射吊頂?shù)臈l件下，不同的供水溫度對(duì)輻射板特性的影響，研究結(jié)果表明：在此試驗(yàn)條件下，當(dāng)供水溫度高于14 ℃時(shí)，能夠保證輻射頂棚不結(jié)露［11］。郎衛(wèi)國(guó)對(duì)獨(dú)立新風(fēng)加輻射空調(diào)系統(tǒng)與變風(fēng)量系統(tǒng)進(jìn)行了對(duì)比研究，研究結(jié)果表明：獨(dú)立新風(fēng)加吊頂冷輻射空調(diào)系統(tǒng)更為節(jié)能，對(duì)室內(nèi)凈高影響更小，但受輻射頂板易結(jié)露，冷卻能力有限［12］。

綜上所述，大多數(shù)研究都是從防結(jié)露的角度出發(fā)，研究獨(dú)立新風(fēng)系統(tǒng)對(duì)輻射吊頂制冷量的影響，但是針對(duì)新風(fēng)不同送風(fēng)方式對(duì)輻射空調(diào)制冷量的影響的研究較少。本文對(duì)比分析貼附射流和置換通風(fēng)對(duì)輻射吊頂制冷量的影響，給出兩種送風(fēng)方式下輻射空調(diào)制冷量的參考值，為以后進(jìn)一步的研究提供數(shù)據(jù)支持。

1 試驗(yàn)概況

1.1 試驗(yàn)臺(tái)風(fēng)系統(tǒng)

本次試驗(yàn)在2個(gè)相同的試驗(yàn)室內(nèi)進(jìn)行，試驗(yàn)室尺寸為5 m×3 m×2.3 m，四周墻壁和屋頂材料為50 mm厚的聚苯彩鋼板，其中南墻為外墻（3 m×2.3 m），墻上有3 m×1.45 m的外窗，北墻有一個(gè)0.62 m×1.72 m的門(mén)新風(fēng)處理流程如圖1所示。

圖1 新風(fēng)處理流程

東墻上設(shè)有2個(gè)尺寸為200 mm×200 mm的貼附射流風(fēng)口，風(fēng)口下邊緣距地面1.8m，兩風(fēng)口相距2.5 m，試驗(yàn)室地面中心設(shè)有一個(gè)尺寸為300 mm×600 mm的置換通風(fēng)風(fēng)口，置換通風(fēng)風(fēng)口北側(cè)為圓柱體的模擬熱源（直徑300 mm，高1.2 m），置換通風(fēng)風(fēng)口南側(cè)為Swema熱舒適儀，儀器上有一個(gè)相對(duì)濕度探頭，一個(gè)黑球溫度探頭和三個(gè)風(fēng)速探頭。

風(fēng)道中溫度傳感器測(cè)得新風(fēng)送風(fēng)溫度數(shù)值，傳輸?shù)組X100型數(shù)據(jù)采集器，再經(jīng)過(guò)電腦處理發(fā)送指令調(diào)節(jié)新風(fēng)機(jī)組的水流量，從而控制新風(fēng)送風(fēng)溫度；新風(fēng)送風(fēng)速度通過(guò)手動(dòng)調(diào)節(jié)高精度的風(fēng)閥控制。

1.2 試驗(yàn)臺(tái)水系統(tǒng)

空調(diào)系統(tǒng)的冷源為空氣源熱泵機(jī)組，供回水溫度為6 ℃/12 ℃，冷水通過(guò)分水器一部分進(jìn)入板式換熱器與輻射吊頂回水換熱，制得的高溫冷水分別供給2個(gè)試驗(yàn)室的輻射末端，另一部分直接進(jìn)入新風(fēng)機(jī)組處理新風(fēng)，空調(diào)水系統(tǒng)如圖2所示。

圖2 空調(diào)水系統(tǒng)流程

試驗(yàn)室輻射吊頂使用9塊毛細(xì)管網(wǎng)金屬輻射板［13］，每塊尺寸為1 500 mm×800 mm。9塊輻射板分為3排，每排3塊，輻射板之間沒(méi)有空隙，吊頂距離東、西墻均為0.3 m，距南、北墻分別為0.35，0.15 m。

流量傳感器測(cè)得的數(shù)值傳輸?shù)組X100型數(shù)據(jù)采集器，再經(jīng)過(guò)電腦處理發(fā)送指令調(diào)節(jié)電動(dòng)二通閥，從而控制輻射吊頂供水流量；溫度傳感器測(cè)得的數(shù)值傳輸?shù)組X100型數(shù)據(jù)采集器，再經(jīng)過(guò)電腦處理發(fā)送指令調(diào)節(jié)兩個(gè)電磁閥的開(kāi)度大小，從而控制輻射吊頂供水溫度。

2 試驗(yàn)內(nèi)容及測(cè)點(diǎn)布置

2.1 試驗(yàn)內(nèi)容

為研究新風(fēng)在不同送風(fēng)方式下對(duì)輻射吊頂制冷能力的影響，本次試驗(yàn)在天津某大學(xué)進(jìn)行，具體試驗(yàn)內(nèi)容見(jiàn)表1。

表1 試驗(yàn)內(nèi)容

2.2 測(cè)試儀器和測(cè)點(diǎn)分布

本次試驗(yàn)使用Swema熱舒適儀用于模擬人體的熱舒適性，3個(gè)速度探頭的測(cè)量精度為±0.04 m/s，黑球溫度探頭測(cè)量精度為±0.1 ℃，相對(duì)濕度探頭測(cè)量精度為±1%RH。

除此之外，為了更精確得計(jì)算室內(nèi)平均溫度和輻射板表面平均溫度，每個(gè)試驗(yàn)室設(shè)置了36個(gè)PT100熱電偶，布置位置如圖3所示，分別布置在高度為0.1，0.6，1.1，1.7 m的平面，每個(gè)水平面布置9個(gè)熱電偶，位于每塊輻射板中心下方，用于測(cè)量室內(nèi)空氣溫度；此外緊貼每塊輻射板表面中心處布置鉑電阻溫度傳感器用測(cè)量板表面溫度。

圖3 試驗(yàn)室內(nèi)熱電偶布置位置

3 試驗(yàn)結(jié)果分析

早晨8：00，向室內(nèi)送入室外新風(fēng)進(jìn)行預(yù)除濕，預(yù)除濕之后開(kāi)啟輻射空調(diào)系統(tǒng)。若在60 min內(nèi)，各個(gè)參數(shù)均能滿(mǎn)足DIN EN14240標(biāo)準(zhǔn)［16］中判斷穩(wěn)定性要求時(shí)，可以認(rèn)為試驗(yàn)室內(nèi)達(dá)到穩(wěn)態(tài)，記錄各個(gè)溫度傳感器的示值。本次試驗(yàn)共測(cè)得5天的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，可以此求出各測(cè)點(diǎn)溫度的平均值，從而得到各平面平均溫度見(jiàn)表2。

表2 不同送風(fēng)方式下各平面平均溫度

由表2的結(jié)果可以看出，在置換通風(fēng)條件下，室內(nèi)不同平面的平均溫度均比在貼附射流條件下高，可以認(rèn)為貼附射流的條件下比置換通風(fēng)具有更好的制冷能力。制冷量可以根據(jù)Jeong和Mumma［17］提出的計(jì)算模型求出：

式中 qr——輻射傳熱量，W/m2；

TAUST—— 輻射表面外其余圍護(hù)結(jié)構(gòu)表面的加權(quán)平均溫度，℃；

tp——輻射板表面平均溫度；

qc——對(duì)流換熱量，W/m2；

ta——室內(nèi)空氣平均溫度；

Fc—— 由空氣流動(dòng)引起的對(duì)流換熱系數(shù)，W/（m2·K）；

q ——輻射吊頂總換熱量，W/m2。

Fc計(jì)算式為：

跟據(jù)ASHRAE標(biāo)準(zhǔn)，在采用輻射板制冷時(shí)，TAUST可近似由下式得出［18］：

其計(jì)算結(jié)果如圖4所示。

圖4 不同送風(fēng)方式下的空調(diào)系統(tǒng)制冷量

計(jì)算結(jié)果可知，貼附射流條件下比置換通風(fēng)總制冷量高出9.3%，這一方面是由于當(dāng)冷空氣從室內(nèi)上方送入時(shí)，由于空氣密度差，冷空氣下沉帶動(dòng)室內(nèi)空氣流動(dòng)增大了對(duì)流換熱量，另一方面貼附射流直接帶動(dòng)輻射板表面貼附層的空氣流動(dòng)，直接增大了輻射板表面的對(duì)流換熱系數(shù)，從對(duì)流換熱量可以看出，貼附射流下的對(duì)流換熱量比置換通風(fēng)高出34.29%。而貼附射流送風(fēng)方式下輻射換熱量比置換通風(fēng)低7.8%，這是由于輻射換熱量取決于輻射板表面平均溫度和室內(nèi)平均溫度的溫差，與空氣流速無(wú)關(guān)，從表2可以看出置換通風(fēng)條件下室內(nèi)溫度和輻射板表面平均溫度的溫差達(dá)到6.3 ℃，但在貼附射流條件下，由于新風(fēng)溫度為20 ℃，高于輻射板表面溫度，提高了輻射板表面溫度，使室內(nèi)溫度和輻射板表面平均溫度的溫差只達(dá)到5.8 ℃，從而導(dǎo)致輻射換熱量降低。

此外由圖4可以看出，在輻射板面積和輻射板供水溫度一定時(shí)，輻射換熱量變化不大，不同送風(fēng)方式主要通過(guò)改變對(duì)流換熱量影響輻射空調(diào)的總制冷量，而對(duì)流換熱量主要受對(duì)流換熱系數(shù)的影響，所以工程上可通過(guò)增大貼附射流的送風(fēng)速度提升其對(duì)流換熱量。對(duì)于置換通風(fēng)，增大送風(fēng)速度雖然也可以提高房間對(duì)流換熱系數(shù)，但提升效果沒(méi)有貼附射流明顯，反而可能會(huì)使人員感受到強(qiáng)烈的吹風(fēng)感，影響人員的舒適度。

綜上所述，相較于置換通風(fēng)，貼附射流通過(guò)大幅度增加對(duì)流換熱量提升總制冷量，但輻射換熱量反而有所降低，另外貼附射流在不影響人員舒適度的前提下，可通過(guò)增大送風(fēng)速度或減低送風(fēng)溫度提升制冷量。而使用置換通風(fēng)時(shí)，若過(guò)多得增大送風(fēng)速度或減低送風(fēng)溫度，則會(huì)影響人員舒適度，從而限制了其制冷量的提高。

因此建議工程中在確保輻射板表面不結(jié)露的條件下，可以通過(guò)增大貼附射流送風(fēng)速度進(jìn)一步提升對(duì)流換熱量，也可以適當(dāng)降低貼附射流送風(fēng)溫度來(lái)避免輻射換熱量降低。

4 結(jié)論

（1）貼附射流送風(fēng)方式下，具有更好的制冷能力，在送風(fēng)參數(shù)和室內(nèi)其他條件不變的條件下，貼附射流比置換通風(fēng)送風(fēng)方式下總制冷量提高了9.3%。

（2）貼附射流可大幅度提高輻射吊頂?shù)膶?duì)流換熱量，但會(huì)使輻射換熱量略微減少，相較于置換通風(fēng)，貼附射流的對(duì)流換熱量提高了34.29%，但輻射換熱量減少了7.8%。

（3）建議工程應(yīng)用中在保證輻射板表面不結(jié)露的前提下，適當(dāng)提高貼附射流新風(fēng)送風(fēng)速度，增加對(duì)流換熱量；同時(shí)適當(dāng)降低新風(fēng)溫度，提高輻射換熱量。