置換通風加冷卻頂板系統(tǒng)存在的問題及解決措施分析

王利霞

（山西大同大學煤炭工程學院，山西大同 037003）

置換通風加冷卻頂板系統(tǒng)存在的問題及解決措施分析

王利霞

（山西大同大學煤炭工程學院，山西大同 037003）

介紹了置換通風加冷卻頂板空調系統(tǒng)，分析了冷卻頂板所承擔制冷量的大小和冷板在頂棚的位置對室內氣流的影響，總結了針對該系統(tǒng)結露問題的解決措施，為該系統(tǒng)在工程上的應用提供一定參考。

置換通風；冷卻頂板；影響因素；結露

置換通風以獨特的氣流組織形式，不僅能提供良好的室內空氣品質，而且具有一定的節(jié)能性，近年來，在我國被逐步地推廣使用，如北京國家大劇院、上海大劇院、廣州新體育館、葛壩洲水電站廠房等，這些都是置換通風技術在工業(yè)與公共建筑上的典型應用。在置換通風系統(tǒng)中，為了滿足人體的熱舒適性要求，該系統(tǒng)送風溫度高、工作區(qū)溫度梯度小，送風裝置的送風速度小、因而單一的置換通風系統(tǒng)的制冷能力有限，而置換通風加冷卻頂板系統(tǒng)能有效提高制冷量，并且運行費用低、舒適性高，很適合于工程應用。

1 置換通風加冷卻頂板系統(tǒng)

根據已有文獻，單一的置換通風系統(tǒng)的制冷能力一般為20～35w/m2，在室內負荷較小時可以采用。而我國南方夏季溫度較高，即使是北方，夏季室內負荷也遠大于35w/m2。因此，通過置換通風與末端冷卻設備的結合來提高制冷量是十分必要的。這些末端冷卻設備主要有帶誘導的末端送風裝置、冷卻頂板、冷梁、冷柱等，它們的制冷能力見表1。

表1 不同置換通風形式的制冷能力［2］

我們可以根據室內負荷大小選用不同形式的置換通風系統(tǒng)。從工程應用來看，當室內負荷較大時，采用置換通風結合冷卻頂板的系統(tǒng)比VAV系統(tǒng)更經濟。同時，置換通風與冷卻頂板結合比混合通風與冷卻頂板結合節(jié)能效果更明顯［1］。

圖1 冷卻頂板結構［2］

如圖1所示，常用的輻射頂板一般用金屬板或混凝土板做為冷負荷的分布器。金屬板散熱快，混凝土板蓄熱能力強。輻射頂板中布置的管網內循環(huán)流動的是用于消除余熱的冷卻水，通過熱輻射和熱對流兩種方式與室內空氣進行換熱。由于單位質量的水攜帶的能量是空氣的3 000多倍，因而輻射制冷系統(tǒng)大大降低了能耗。同時，混凝土較強的蓄熱能力也提供了十分穩(wěn)定的室內環(huán)境，而且一定程度的輻射也滿足了人體的熱舒適要求。

2 置換通風加冷卻頂板系統(tǒng)的影響因素分析

冷卻頂板制冷量占系統(tǒng)總制冷量的比例 對CC/DV系統(tǒng)有重要的影響。圖2所示為實驗所得室內熱源散熱功率為20w/m2情況下，隨著冷卻頂板所占制冷量比例的增大，垂直溫度梯度明顯變小了，當冷卻頂板制冷量比例為0.9時，其垂直溫度分布曲線幾乎是一條垂直直線。因此隨著冷卻頂板制冷量比例的增加，可以降低垂直溫差，同樣會滿足人體的舒適性要求，同時減少了置換通風的風機能耗。然而，隨著比例系數的增大，會導致墻面溫度的顯著下降，墻面會形成下降的冷氣流。Fitzner等［2］的實驗表明：當冷卻頂板負擔的室內冷負荷比例占60％時，沿墻壁下沉的冷氣流和從冷卻頂板下沉的空氣，開始影響工作區(qū)氣流流型，隨著比例系數的增大，下沉的冷氣流會一直到地板，從而破壞了置換通風的氣流組織，室內的分層置換氣流將轉化為混合流動，使工作區(qū)空氣產生強烈混合，降低了工作區(qū)空氣品質。所以在進行CC/DV系統(tǒng)設計時，冷卻頂板負擔的室內冷負荷不宜過大，需要確定合適的冷負荷分配比例。

圖2 室內垂直溫度分布隨冷卻頂板制冷量比例的變化曲線［2］

另外，冷板在頂棚的布置位置是對CC/DV系統(tǒng)有影響的又一因素。文獻［3］通過用CFD對CC/DV系統(tǒng)中冷板處于不同位置時室內氣流溫度與速度分布的模擬進行研究，結果表明：冷板的位置對室內下半部分的流場和溫度場的影響很小，主要影響室內上半部分的流場和溫度場；冷板位于人體熱源上方頂棚比冷板位于非熱源上方頂棚更能增強熱源產生的熱羽流強度，從而使人體周圍的氣流速度增加；當冷板下方的非人體熱源強度過大時，產生強度很大的熱羽流遇到頂棚向下返回的過程中，可能會破壞房間下部置換通風良好的氣流場。因此如果室內存在過強熱源時，應避免將冷板設置在其上方，或者避免將此類熱源放置在冷卻頂板正下方。

3 置換通風加冷卻頂板系統(tǒng)的應用現狀

在我國由于對置換通風的認識不足，錯誤地將置換通風作為一種調節(jié)室內溫度的送風方式。其實，對于采用置換通風與冷卻頂板組合的末端送風裝置，置換通風主要是用來改善室內空氣品質，提供100％的室外新風，只承擔室內的濕負荷、新風負荷及小部分冷負荷。而溫度的調節(jié)主要通過與之配合使用的冷卻頂板、冷梁等設備通過冷輻射來承擔室內大部分冷負荷。從人體舒適性方面來講，40％～50％的輻射，30％～40％的對流，10％～20％的蒸發(fā)是人體最佳的舒適感［4］。而單一的置換通風只能提供對流與蒸發(fā)，缺少了影響人員舒適度的一個主要因素—輻射。從節(jié)能角度來講，在輻射換熱下，人員對溫度的感覺靈敏度提高，在室內溫度略高的情況下也會感覺比較涼爽。對于回風采用效率很高的熱回收裝置。置換通風的這種方式在歐洲的辦公建筑、商業(yè)建筑中被廣泛使用。

4 置換通風加冷卻頂板系統(tǒng)存在的問題及解決措施

由于冷卻頂板只能除去顯熱負荷，無法除去濕負荷，室內相對濕度和露點溫度的控制是輻射板面臨的主要問題。為避免結露，應通過水系統(tǒng)的調節(jié)或空氣系統(tǒng)的相應措施，使頂板的供水溫度高于周圍空氣露點溫度。研究表明：對于大多數辦公室建筑輻射板表面溫度不低于17.5℃就可避免結露，同時可獲得高達100w/m2的能量［5］。

根據已有文獻，置換通風加冷卻頂板系統(tǒng)避免結露的主要方法有：

1）對新風進行除濕處理。空氣的除濕過程有兩種方式，一是送風由冷水盤管或制冷劑直接蒸發(fā)進行冷卻除濕，盤管表面溫度必須低于送風露點溫度以進行除濕處理，空氣經過此處理過程后會過冷，因此在送人室內之前往往需要進行再熱處理；另一種方法即是采用轉輪硅膠除濕器進行除濕處理，此過程可把除濕和冷卻兩過程相對分開，因而比較適用于送風溫度相對而言比較高時需要去濕的場合。此外，還可用液體除濕系統(tǒng)去除空氣中的水分，吸濕后的溶液通過加熱再生后循環(huán)使用。

2）用對長波具有高透過性的薄膜密封包裹冷卻頂板，并在冷卻頂板下表面和薄膜之間保留一真空或空氣夾層［6］。文獻［6］通過實驗測試了辦公室內的溫度場、速度場和CO2濃度場，結果顯示薄膜的溫度等于或大于冷卻頂板下表面和室內空氣溫度的平均值，薄膜表面和冷卻頂板不可能結露，下降氣流也相應減少，冷卻頂板的制冷量基本保持不變。

3）對原有置換通風加冷卻頂板系統(tǒng)進行改進。文獻［7］把空調系統(tǒng)的作用過程分為系統(tǒng)啟動初期和正常運行兩個階段。第一階段冷卻頂板關閉，置換通風系統(tǒng)以定風量的方式向室內送入新風。當貼附層內空氣的露點溫度低于冷卻頂板的設計溫度時，系統(tǒng)進入第二個階段，冷卻頂板開啟，新風量減小到系統(tǒng)正常運行時的設計新風量。同時文獻［7］通過數值模擬的方式對這種避免結露的改進方法進行了研究，并對改進后該系統(tǒng)的室內熱舒適性進行了分析，驗證了改進后空調系統(tǒng)的PMV和PPD值均符合ISO7730標準，證明了系統(tǒng)改進方法的可操作性。

5 結語

置換通風是一種既節(jié)能又能提供良好空氣品質的氣流組織形式，然而，由于單一的置換通風制冷能力有限，其應用受到了限制。置換通風加冷卻頂板系統(tǒng)能有效提高制冷量，然而，頂板的結露和頂板所承擔制冷量的大小及頂板的布置位置對室內氣流的影響是該系統(tǒng)的主要問題，我們只有把這幾方面處理好，才能充分發(fā)揮該系統(tǒng)的節(jié)能性和舒適性，使其在工程上得以廣泛應用。

［1］Atila Novoselac，Jelena Srebric.A Critical Review on the Performance and Design of Combined Cooled Ceiling and Displacement Ventilation Systems［J］.Building and Environment，2002（34）：497-509.

［2］Klaus Fitzner，Holger Kruhne.Displacement flow and cooling ceilings［J］.Healthy Buildings，1995.

［3］方晶，黃翔.CC/DV系統(tǒng)中冷卻頂板位置對室內環(huán)境的影響［J］.潔凈與空調技術，2010（1）：21-25.

［4］張帆.置換通風加冷卻頂板技術評述［J］.建筑熱能通風空調，1999（4）：31-34.

［5］Hodder S G，Loveday D L，Parsons K C，et al.Thermal comfort in chilled ceiling and displacement ventilation environments：vertical radiant temperature asymmetry effects［J］.Energy and Buildings，1998（27）：167-173.

［6］王晉生，龍惟定，董濤，等.置換通風加冷卻頂板系統(tǒng)避免結露和下降氣流的方法［J］.暖通空調，2009（1）：27-32.

［7］郭少朋.置換通風與冷卻頂板空調系統(tǒng)熱環(huán)境與除濕的模擬研究［D］.呼和浩特：內蒙古科技大學，2009.

〔編輯 石白云〕

An Analysis of the Problem and Solution in Displacement Ventilation plus Cooling Ceiling System

WANG Li－xia
（School of Coal Engineering，Shanxi Datong University，Datong Shanxi，037003）

The displacement ventilation plus cooling ceiling system is introduced.An influence on indoor air flow by the refrigerating capacity of cooling ceiling and the location of the cooling ceiling is analyzed.The resolution of the condensation trouble is also summarized.The thesis is used to provide some reference for the technical application.

displacement ventilation；cooling ceiling；influence factor；condensation

TQ051.5

A

1674-0874（2011）02-0067-03

2010－12－20

王利霞（1976－），女，山西大同人，碩士，副教授，研究方向：建筑環(huán)境與設備工程。