（上海工程技術(shù)大學(xué)，上海 201620）

0 引言

研究發(fā)現(xiàn)建筑領(lǐng)域是能源消耗的重要主體之一，占總能源消耗的30%以上［1］。而在建筑能耗中暖通空調(diào)的所占比例最大，達(dá)到了50%以上［2-3］，所以暖通空調(diào)行業(yè)的節(jié)能潛力可觀。傳統(tǒng)空調(diào)系統(tǒng)存在一些缺點，首先，會造成熱濕聯(lián)合處理的能量損失。例如使用單一的低溫冷源承擔(dān)室內(nèi)顯熱負(fù)荷和濕負(fù)荷會造成能源品位的浪費［4］。為使送風(fēng)溫度不過低，空氣處理過程會有再熱過程，導(dǎo)致能源的進(jìn)一步浪費［5］。其次，使用單一冷源調(diào)節(jié)很難使室內(nèi)環(huán)境溫濕度同時滿足要求，當(dāng)熱濕比不匹配時通常會犧牲濕度來優(yōu)先滿足溫度要求，最終導(dǎo)致室內(nèi)濕度無法滿足要求［6］。最后，傳統(tǒng)空調(diào)的除濕方式會造成潮濕面有細(xì)菌滋生，對室內(nèi)人員的健康造成影響［7］。江億等提出了溫濕度獨立控制空調(diào)系統(tǒng)。由于溫濕度獨立控制空調(diào)系統(tǒng)在空氣處理方式以及節(jié)約能源等方面的優(yōu)點，已經(jīng)越來越受到人們重視并且被廣泛的應(yīng)用［8-9］。國內(nèi)外學(xué)者都對溫濕度獨立控制空調(diào)系統(tǒng)做了相關(guān)的研究，張濤等［10］研究了溫濕度獨立控制系統(tǒng)在某醫(yī)院的應(yīng)用，設(shè)計了一套溫濕度獨立控制空調(diào)系統(tǒng)及運行策略以滿足不同時刻熱濕比不斷變化的要求，克服了常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)中難以同時滿足溫、濕度參數(shù)的要求，精準(zhǔn)地控制房間內(nèi)的溫度與濕度。梁彩華等［11］提出了一種新型的熱濕分段處理系統(tǒng)，并分析了其原理和工作過程，并通過建立的熱濕分段處理節(jié)能計算模型以及與常規(guī)方法處理空氣進(jìn)行比較，結(jié)果發(fā)現(xiàn)在出風(fēng)溫度為16℃時，髙溫冷水機(jī)組的COP能夠提高9.14%以上。Ling等［12］對蒸汽壓縮式熱濕分段處理空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行研究，為了解決承擔(dān)顯熱負(fù)荷換熱器的壓降問題，他提出了一種空氣分流方式，并建立了換熱器模型。模型計算結(jié)果顯示，用于處理顯熱負(fù)荷的換熱器在不改變換熱器面積的情況下可以提供和常規(guī)空調(diào)同等的冷量。Thosapon等［13］研究了太陽能驅(qū)動溶液除濕通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)，得出該系統(tǒng)可以降低空氣溫度大約1.2 ℃，相對濕度降低11%。

梁秋錦等［14］通過研究毛細(xì)管輻射板的不同布置方式發(fā)現(xiàn)，在向毛細(xì)管輻射末端通18℃高溫冷水時，毛細(xì)管網(wǎng)的頂棚、墻面、地面3種敷設(shè)方式的室內(nèi)溫度均能滿足≤28 ℃的要求，同時PMV和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)。何中凱等［15］通過建立毛細(xì)管網(wǎng)輻射板的傳熱模型，并且結(jié)合工程實際，研究了其供冷能力影響，同時分析了該影響帶來的效果。研究表明，降低供水設(shè)計溫度能夠顯著提高毛細(xì)管網(wǎng)輻射板的供冷能力，而增加抹灰厚度能夠使輻射面溫度的均勻性得到改善。秦思宇等采用建立毛細(xì)管墻體的穩(wěn)態(tài)換熱量分配比例模型與實驗相結(jié)合的方法研究了毛細(xì)管墻體穩(wěn)態(tài)特性，研究發(fā)現(xiàn)毛細(xì)管墻體積蓄和釋放的熱量對其整體換熱效果沒有影響［16-21］。

本次研究的主要內(nèi)容是對應(yīng)用于上海某會議室的雙冷源新風(fēng)除濕機(jī)與輻射板聯(lián)合制冷運行特性進(jìn)行測試研究，研究內(nèi)容包括對房間內(nèi)溫度濕度分布和變化情況進(jìn)行分析，及研究結(jié)果對該系統(tǒng)的進(jìn)一步研究及工程應(yīng)用具有一定的參考價值。

1 項目概況

該項目位于上海市松江區(qū)某工業(yè)園區(qū)內(nèi)，是一棟多功能辦公樓。被測試對象為第一層的會議室，會議室長7.3 m，寬5.8 m，高2.8 m，其面積為52.34 m2，室內(nèi)人數(shù)為8人，人均為新風(fēng)量為30 m3/（h·P），通過天正暖通軟件計算出該房間顯熱負(fù)荷為2 975 W，濕負(fù)荷為0.71 kg/h，會議室的夏季室內(nèi)設(shè)計溫度為25 ℃，相對濕度為45%～60%左右。

2 系統(tǒng)設(shè)計

該會議內(nèi)的空調(diào)系統(tǒng)采用雙冷源新風(fēng)除濕機(jī)與輻射板聯(lián)合制冷的方式，輻射末端為東墻、西墻的毛細(xì)管側(cè)墻以及石膏輻射吊頂。輻射側(cè)墻與輻射吊頂?shù)慕Y(jié)構(gòu)分別如圖1，2所示。輻射側(cè)墻的施工方式如下，先在毛坯墻面固定一層厚度為25 mm的EPS保溫層，保溫層外固定厚度為10 mm的石膏板，石膏板外鋪設(shè)直徑為3.5 mm的毛細(xì)管網(wǎng)，鋪設(shè)總面積為18.58 m2，毛細(xì)管網(wǎng)外為10 mm厚的抹灰層，施工時將一枚Pt100溫度傳感器預(yù)埋在抹灰層內(nèi)。輻射石膏吊頂?shù)氖┕し绞饺缦?，先在樓板上固定一層吊頂?shù)装?，然后在底板上布置預(yù)先做好石膏輻射板，最后在石膏輻射板表面加一層厚度約為1 mm抹灰層，其中石膏輻射板是由厚度為25 mm的保溫層、厚度為0.5 mm鋁板、直徑為10 mm的水管及厚度為10 mm石膏層構(gòu)成，其中一塊石膏板的石膏層內(nèi)也預(yù)埋一枚Pt100溫度傳感器，石膏輻射板的鋪設(shè)面積為39.42 m2，側(cè)墻與吊頂內(nèi)的毛細(xì)管材料均為PE-RT。

圖1 輻射側(cè)墻結(jié)構(gòu)

圖2 輻射吊頂結(jié)構(gòu)

輻射末端所用冷媒為水，系統(tǒng)所需要的冷媒水由安置在室外的一臺名義制冷量為9.5 kW的空氣源熱泵機(jī)組提供，系統(tǒng)穩(wěn)定運行時，空氣源熱泵主機(jī)為輻射吊頂和輻射墻體以及除濕機(jī)提供18 ℃的高溫冷水。進(jìn)入新風(fēng)除濕機(jī)的新風(fēng)先經(jīng)過高溫冷水預(yù)冷，然后再由直膨蒸發(fā)器進(jìn)行深度除濕。雙冷源新風(fēng)除濕機(jī)的風(fēng)量為240 m3/h，送風(fēng)方式采用地板送風(fēng)，風(fēng)口布置在南墻側(cè)的下方。系統(tǒng)原理如圖3所示，雙冷源新風(fēng)除濕機(jī)的工作原理如圖4所示。試驗主要采集的數(shù)據(jù)是室內(nèi)不同位置的空氣的溫度，墻體內(nèi)部及表面溫度，天花板表面及內(nèi)部溫度，室內(nèi)相對濕度，除濕機(jī)送風(fēng)口的溫度和相對濕度，室外的溫度和相對濕度，以及熱泵主機(jī)供回水溫度。采用安捷倫多點溫度數(shù)據(jù)采集器、Pt100溫度傳感器和溫濕度計testo 175H1自動記錄數(shù)據(jù)，Pt100溫度傳感器精度為±0.1 ℃，溫濕度計testo 175H1精度為±0.1 ℃和±2%。數(shù)據(jù)記錄時間設(shè)置為1 min記錄一次。測點位置的選取如圖5所示，選取了房間2個不同位置放置2根高度為2 m的桿，分別在每根桿上的0.5，1.0，1.5，2.0 m處放置一個溫度傳感器，風(fēng)口處、室內(nèi)及室內(nèi)則用testo 175H1記錄數(shù)據(jù)。

圖3 系統(tǒng)原理

圖4 雙冷源新風(fēng)除濕機(jī)工作原理

圖5 會議室測點布置

3 測試結(jié)果分析

3.1 室外溫度和濕度

室外溫度和濕度隨時間不斷變化，室外溫濕度變化曲線如圖6所示。

圖6 室外溫濕度變化

由圖6可知，9：11時室外空氣溫度為32 ℃左右，相對濕度為67%左右，經(jīng)過3 h后溫度達(dá)到35 ℃左右并在35 ℃附近波動，相對濕度達(dá)到64%左右并在64%附近波動，15：30之后溫度開始緩慢降低，相對濕度則緩慢上升。

3.2 新風(fēng)除濕機(jī)組出風(fēng)參數(shù)

除濕機(jī)出風(fēng)參數(shù)是判定除濕機(jī)性能的重要依據(jù)，新風(fēng)除濕機(jī)組出風(fēng)參數(shù)如圖7所示。

圖7 除濕機(jī)出風(fēng)參數(shù)

由圖7可知，開機(jī)后的30 min內(nèi)，除濕機(jī)送風(fēng)的相對濕度及溫度波動很大，30 min后送風(fēng)溫度和濕度開始下降，大約90 min后溫度和相對濕度都達(dá)到穩(wěn)定，溫度為22.5 ℃左右，相對濕度為40%左右。此時送風(fēng)含濕量為6.8 g/kg，說明除濕機(jī)除濕性能良好，可以起到很好的除濕效果。

3.3 空氣源熱泵機(jī)組供回水溫度

空氣源熱泵機(jī)組供回水溫度如圖8所示。

圖8 風(fēng)冷熱泵機(jī)組供回水溫度

由圖8可知，開機(jī)之后熱泵主機(jī)的供水溫度和回水溫度迅速下降，大約30 min后供水溫度降至18 ℃，回水溫度降至20 ℃，之后供回水溫度達(dá)到穩(wěn)定。由此可知，空氣源熱泵主機(jī)性能良好。

3.4 輻射板溫度

輻射墻體內(nèi)部及表面的溫度變化情況如圖9所示。

圖9 輻射側(cè)墻表面及內(nèi)部溫度變化

由圖9可知，初始時刻輻射墻體內(nèi)外溫度均為29 ℃左右，開機(jī)之后溫度迅速下降，墻體表面溫度隨著內(nèi)部溫度的變化而變化且具有一定的時間的滯后，2 h之后內(nèi)部溫度降到21 ℃左右達(dá)到穩(wěn)定，表面溫度降到21.5 ℃左右并達(dá)到穩(wěn)定。

輻射吊頂表面及內(nèi)部溫度變化如圖10所示。由圖10可知，初始時刻輻射吊頂內(nèi)外溫度均為29.5 ℃左右，開機(jī)之后溫度迅速下降，輻射吊頂?shù)谋砻鏈囟入S著其內(nèi)部溫度變化而變化，2 h之后內(nèi)部溫度降到22 ℃左右保持穩(wěn)定，表面溫度降到24 ℃左右并保持穩(wěn)定。

圖10 輻射吊頂表面及內(nèi)部溫度變化

輻射墻體內(nèi)外溫差僅為0.5 ℃左右，而輻射吊頂內(nèi)外溫度相差2 ℃左右，可以發(fā)現(xiàn)毛細(xì)管網(wǎng)外直接抹灰和刷涂料比使用石膏板輻射板的施工方案引起得溫升小，這是由于石膏的導(dǎo)熱系數(shù)比混凝土小。進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計時應(yīng)注意這2種輻射末端的搭配比例是否滿足要求。

3.5 輻射板的結(jié)露情況

露點溫度與輻射吊頂表面溫度的變化情況如圖11所示。

圖11 露點溫度與吊頂表面溫度對比

由圖11可知，初始時刻室內(nèi)溫度及吊頂溫度為28.5 ℃左右，露點溫度為24 ℃，相對濕度為75%左右，開機(jī)之后室內(nèi)溫濕度，露點溫度及吊頂表面溫度均開始下降，3 h之后吊頂溫度及室內(nèi)溫度分別降低至24，25 ℃左右并達(dá)到穩(wěn)定，而露點溫度和相對濕度則一直降低，經(jīng)過7 h相對濕度降低至47.5%左右，露點溫度降低至13 ℃左右。溫度穩(wěn)定后吊頂表面溫度與室內(nèi)溫度差值始終維持在1 ℃左右，露點溫度始終低于吊頂表面溫度，初始時其差值為4 ℃左右，開機(jī)之后其差值逐漸增大，16：11時吊頂表面溫度與室內(nèi)露點溫度差值達(dá)到了11 ℃左右。

露點溫度與墻體表面溫度的變化情況如圖12所示。

圖12 露點溫度與墻體表面溫度對比

由圖12可知，初始時刻室內(nèi)溫度及墻體溫度為29 ℃左右，露點溫度為24 ℃，相對濕度為75%左右，開機(jī)2 h后墻體溫度降低至22 ℃左右并達(dá)到穩(wěn)定，開機(jī)3 h后室內(nèi)溫度降至25 ℃左右并達(dá)到穩(wěn)定，露點溫度和相對濕度從初始時刻開始一直降低，開機(jī)7 h后相對濕度降低至47.5%左右，露點溫度降低至13 ℃左右。溫度到達(dá)穩(wěn)定時室內(nèi)溫度與墻體表面溫度相差3 ℃左右，露點溫度與墻體表面溫度初始時刻差值最小，為4 ℃左右，開機(jī)之后差值一直增大，16：11時其差值為9 ℃左右。

3.6 室內(nèi)溫度

室內(nèi)溫度主要由1號桿和2號桿上的溫度傳感器記錄，1號桿上溫度分布及變化情況如圖13所示。

圖13 1號桿溫度變化

由13圖可知，初始時刻1號桿的4個測點溫度均為29 ℃左右，開機(jī)之后溫度開始迅速下降，經(jīng)過 3 h 后 1.0，1.5，2.0 m 3 個測點溫度降到 26～26.5 ℃之間，0.5 m測點溫度降到25.5 ℃左右，溫度達(dá)到穩(wěn)定，1.5 h之后溫度又開始緩慢下降，經(jīng)過2.5 h后 1.0，1.5，2.0 m 3個測點溫度降到 26 ℃左右，0.5 m測點溫度降到25.5 ℃左右，測點位置的高度越高其溫度越高，10：00之前桿上的4個測點溫度值相差不大，10：00之后0.5 m測點溫度與其他3個測點溫度相差0.5 ℃左右，相差2%左右。

2號桿上溫度分布及變化情況如圖14所示。

圖14 2號桿溫度變化

由圖14可看出，初始時2號桿的4個測點溫度均為28.5～29℃之間，開機(jī)之后溫度開始迅速下降，經(jīng)過3 h溫度達(dá)到穩(wěn)定，1.0 m與2.0 m處測點溫度相差不大，其溫度值均為25.5 ℃左右，1.5 m測點溫度為26 ℃左右，0.5 m測點溫度為26.3 ℃左右，1 h之后溫度又開始緩慢下降，經(jīng)過3 h后1.0 m與2.0 m測點溫度降至25.2 ℃左右，1.5 m測點溫度降為25.5 ℃左右，0.5 m測點溫度為25.8 ℃左右，整體上看，測點位置的高度越高其溫度越低。

4 結(jié)論

（1）雙冷源新風(fēng)除濕機(jī)與輻射板聯(lián)合制冷運行對會議室室內(nèi)環(huán)境進(jìn)行調(diào)節(jié)可以起到很好的降溫除濕效果，開機(jī)2 h左右，室內(nèi)溫度可降至26 ℃左右，同時室內(nèi)相對濕度可降至53%左右，基本滿足了室內(nèi)設(shè)計參數(shù)，除濕效果與降溫效果顯著。

（2）在雙冷源新風(fēng)除濕機(jī)與輻射板聯(lián)合供冷運行下房間內(nèi)的溫度分布均勻，1號桿和2號桿上下最大溫差為1 ℃左右，由此可知房間豎直方向溫度梯度較小，溫度分布均勻，人體感覺很舒適。

（3）房間內(nèi)輻射墻體和吊頂?shù)谋砻鏈囟仁冀K高于露點溫度，且其最小差值為4 ℃左右，隨著開機(jī)時間的延長，輻射板表面溫度與露點溫度的差值不斷增大，因此房間內(nèi)不會出現(xiàn)結(jié)露的風(fēng)險。

（4）系統(tǒng)穩(wěn)定運行時室內(nèi)除濕機(jī)送風(fēng)口的送風(fēng)溫度為22.5 ℃左右，相對濕度為40%左右，除濕性能良好。