地板供冷/置换通风复合空调系统中冷负荷分配比例的研究
王晓彤 陈俊俊 武文斐 李义科
摘要：本文在地板供冷/置换通风复合空调系统可行性的基础上，根据地板供冷的传热过程建立的数学模型，数值了地板供冷系统适宜的供水温度，进一步确定了地板供冷和置换通风的冷负荷分配比例及地板供水温度随室内外温度的变化，以优化系统设计参数，为该系统的推广应用提供理论根据。
关键词：地板供冷 置换通风 供水温度 冷负荷分配
1 引言
地板辐射供冷是一种节能、舒适、的降温方式，尤其在我国北方地板辐射供暖推广较快，必将由于其冷暖共用性而有广阔的应用前景。但是单独使用地板辐射供冷，其冷却能力受到室内空气露点温度的限制，且空气品质不好；而置换通风作为一种新型的通风方式，具有通风效率高、空气品质好的优点，所以二者结合，既可大大降低地板结露的可能性、提高地板供冷能力，又可充分发挥它们舒适、健康、节能的优势，这也正符合新型空调系统的趋势，只要能够合理的确定供水温度及冷负荷分配比例，就能更好的创造以人为本的建筑环境[1]。
2 地板供冷的数学模型
为真实体现地板供冷/置换通风系统的室内气流组织和温度的变化规律，并力求简化模型，本文选取北京地区典型的办公室，其外形尺寸长×宽×高为17×8×3.6米，且位于中间层，只有一面南外墙，地下埋管采用双回型布置，以使地板表面温度均匀，图1为地板供冷/置换通风复合空调系统示意图。
把地板换热过程简化为3个阶段，即盘管内水与管壁的换热、盘管壁与地板表面的换热及地板表面与房间的换热，依据[2]建立数学模型并求解供水温度与地板表面温度及其换热量，见下表1。
表1 进水温度与地板表面温度、地板与房间换热量的变化表工 况 | 进水温度 （℃） | 出水温度 （℃） | 地板表面温度（℃） | 地板与房间换热量（w） |
1 | 19.0 | 20.1 | 24.0 | 3184.4 |
2 | 18.5 | 19.5 | 23.6 | 3790.2 |
3 | 18.0 | 19.5 | 23.0 | 4464.4 |
4 | 17.5 | 19.1 | 22.2 | 4826.2 |
5 | 17.0 | 18.8 | 21.9 | 5344.8 |
6 | 16.5 | 18.4 | 20.1 | 5937.6 |
3 地板供冷/置换通风的送风量的确定
3.1 计算房间夏季冷负荷
假定室内温度为26℃，室内最多有20人工作时，计算房间的外墙、外窗、设备、照明及人体的逐时冷负荷最大值为9726.5w、人体散湿量为1.02g/s。
3.2 地板供冷/置换通风房间内置换通风送风量的确定
单独地板辐射供冷有结露的可能，通过置换通风送入较干燥的新风，一方面可控制室内的湿度，防止地板结露，另一方面也可满足室内卫生需求和舒适度要求。
图2 送风量计算的焓湿图
3.2.1 根据计算房间的余热量、余湿量及室内温度tn、送风温差Δt＝tn－to，利用焓湿图可确定送风状态点O、室内状态点N及相应的焓i和含湿量d，见下图2。
3.2.2 根据焓湿图，由公式G=Q/（i1-i0）或G=W/（d1-d0）可以确定送风量（Q为余热量，W为余湿量），同时考虑当室内空气受扰动时，可使地板换热量增大15%[2] ，送风量的计算结果见表2。
表2 室内温度为26℃时置换通风送风量表工 况 | 供水温度 (℃) | 地板与房间换热量（w） | 送风承担 负荷（w） | 送风量（kg/s） | 送风负荷所占比例(%) | 地板表面温度与 露点温差(℃) |
1 | 19.0 | 3662.1 | 6064.4 | 0.286 | 62 | 4.5 |
2 | 18.5 | 4358.7 | 5367.8 | 0.258 | 55 | 4.1 |
3 | 18.0 | 5134.1 | 4592.4 | 0.231 | 48 | 3.5 |
4 | 17.5 | 5550.1 | 4176.4 | 0.205 | 43 | 2.7 |
5 | 17.0 | 6146.5 | 3580.0 | 0.182 | 37 | 2.4 |
6 | 16.5 | 6828.2 | 2898.3 | 0.161 | 30 | 0.6 |
注：室内温度26℃，相对湿度为55％时的露点温度为19.5℃。
4 结果分析
4.1 地板供水温度的确定
由上表2可以看出，当供水温度为18℃时，地板表面温度与露点温差为3.5℃，此时能够避免地板结露现象，同时置换通风所承担的冷负荷较多，充分体现了地板供冷/置换通风复合空调系统的优越性。
4.2 冷负荷的分配
由上表2看出，当送风温度在18℃以上时，都可以保证地板不结露，但是同时要考虑室内新风量（或换气次数）及整个系统的节能性，经验证置换送风负荷所占比例为50～55％左右时，送风可以承担所有的潜热负荷，不仅体现了置换通风的特性，而且更大的发挥了地板的辐射供冷能力。
4.3 供水温度与室内空气温度的关系
根据上面确定的适宜的地板供冷及置换通风的冷负荷比例，根据数学模型计算出不同的室内设计温度（tn为25℃、26℃、27℃）时所对应的供水温度tg，见图3。
4.4 地板供水温度与室外空气温度的关系
当室外空气温度tw变化时，房间的冷负荷相应改变，对应不同室内设计温度tn（分别为25℃、26℃、27℃），则供水温度tg必然变化，图3是在置换通风的送风负荷所占比例为52％时，地板供水温度tg与室内、外温度的变化关系图。
5 结论
5.1 随着社会对供暖、供冷舒适性、节能性要求的提高，冷暖地板辐射换热的推广使用，具有广阔的应用前景。
5.2 地板供冷/置换通风的同时使用，如能合理分配冷负荷，更显现其优越性，既避免了地板结露，增强了地板供冷效果，又能改善室内空气品质。
5.3 地板供冷/置换通风同时使用时，置换通风所承担的冷负荷为50～55％左右时，更能充分发挥复合空调系统的优越性，如果进一步增大置换通风的冷负荷，则系统需设置能量回收装置，以增强其节能性。
5.4 随着室内、室外空气温度的升高，供水温度降低，但是不能低于16.5℃，以避免地板表面的结露现象。
1 李先中，王子介，刘传聚.建筑热能通风空调，2002，21（4）：4～6
2 付祥钊，康宁，刘宪英.暖通空调，2000，30（4）：9～11
