恒溫恒濕輻射空調系統的設計

摘 要：恒溫恒濕輻射空調系統是以地源熱泵為主要冷熱源，以鋪設在建筑頂面或地面層下的盤管或毛細管網為冷熱源輻射末端，以水為輸送能源的媒介，配套安裝新風除濕機組及新風管道系統、智能露點溫控系統等組成的節能系統。由于它采用溫度和濕度兩套獨立的空調系統，分別調節控制室內的溫度和濕度，從而打破了常規空調采用的熱耦合處理的方式，減少了高品質冷源的過度消耗，因此節能效果顯著。

關鍵詞：恒溫恒濕；溫濕度獨立控制；輻射末端

引言

近年來經濟發展迅速，導致能源供給日趨緊張。其中空調能耗占整個建筑能耗的一半以上，而目前空調系統主要依靠電力驅動。因此，采取一切可行的方案以降低建筑能耗，緩解電力緊張局面，成為迫在眉睫的大事。建設低能耗的建筑和使用節能綠色空調系統便是其中最有效的解決方案。從目前國內現有的空調系統結構分析來看，常規的空調處理方式普遍采用熱耦合的調節控制原理，夏季采用低溫冷源通過空氣冷卻器對空氣進行冷卻和冷凝除濕，為室內提供干燥清潔的空氣，實現排熱排濕，為人們營造舒適的環境。而降溫和除濕共用一套系統統一處理，考慮到冷源溫度受到室內空氣露點的限制，因而只需要溫度為15-18℃的冷源即可滿足降溫要求的排除余熱的過程不得不與除濕過程共用5-7℃的低溫冷源。因此傳統的空調處理方式造成了能量利用品位上的浪費。為了改善現有空調的缺陷和不足，人們提出了一種全新的空氣處理方式即恒溫恒濕輻射空調系統，該系統采用兩套獨立的處理系統，新風系統承擔提供新鮮的空氣保證室內空氣質量的責任，同時還需排出室內余濕，滿足衛生標準和人員要求。由于余濕由單獨的新風系統處理，因而溫度處理系統可不采用7℃的冷源而改用15-18℃的冷源便可以滿足降溫要求。因此，采用恒溫恒濕輻射空調有效的減少了此部分冷量的消耗。

1 系統原理

恒溫恒濕輻射空調系統由溫度控制系統和濕度控制系統兩個系統組成，兩個系統分別控制室內的溫度和濕度。濕度控制系統由新風處理機組和送風末端裝置組成，采用新風作為能量輸送的媒介，通過改變送風量來控制室內的濕度，同時去除二氧化碳、異味等滿足人員衛生需求。溫度控制系統由高溫冷源、輻射板等末端裝置組成，以水、制冷劑等作為輸送媒介，采暖供水水溫28-32℃，夏季供水水溫16-18℃。相比傳統方式的采暖水溫45℃，制冷水溫7-12℃的要求，極大的降低了能耗，且供水溫度高于室內露點溫度，因而避免了地板結露的風險。

2 系統設計

文章以某高檔住宅小區為例，著重介紹恒溫恒濕輻射空調系統的設計方案。該項目位于河北省石家莊市，小區占地43畝，總建筑面積11萬平方米，共五棟樓，總建筑采暖空調面積44124m2，配置了先進高端的恒溫恒濕輻射空調系統。設計計算數據以1#別墅為例，1#別墅層高為5層，采暖空調面積4095m2，采用天正暖通軟件對建筑冷熱負荷進行模擬分析計算，模擬過程中采用的建筑面積、圍護結構、功能分區、室內計算參數等均采用該建筑圖紙中的相關數據。計算結果如表1所示。

2.1 新風系統設計

新風的基本任務是滿足室內人員衛生需求同時承擔排除室內余濕，去除二氧化碳和異味等，保證室內良好的空氣品質。新風量的計算按照套內體積X（1.2-1.5）c/h換氣次數選型，人均新風量按照30CMH計算，最終按兩者中的最大值進行選型計算。根據計算結果，1#別墅選用兩臺天加TICA新風機組，送風量為5000m3/h，新風系統采用集中式新風設計，將機組置于樓頂；機組送風管道、回風管道分別通過原先預留的建筑孔洞自上而下的送入每層的送風分配器，通過分配器和地面管路流向送風末端，回風通過門頭透風槽流向集中回風口回到主機進行交換。新風機組具備制熱、制冷、除濕、加濕、熱回收和過濾功能。

2.2 室內末端 地板輻射采暖/制冷系統設計

溫度控制系統的末端設備為換熱裝置，高溫冷水、低溫熱水或制冷劑等冷媒輸送到末端換熱器內，如鋪設在地板或墻壁內的輻射板，通過對流、輻射方式進行換熱。由于輻射的超距作用，即可不經過空氣而在表面之間進行換熱，因此減少了室內余熱排出室外整個過程的換熱環節。該項目每戶地面鋪設直徑為20的PE-RT盤管，盤管間距為150mm，距墻間距20-30mm輻射面傳熱量滿足房間所需供熱量或供冷量的需求。

2.3 機房冷熱源系統設計

恒溫恒濕輻射空調系統需要的冷源溫度與常規空調所使用的冷源溫度不同，冷水溫度由常規的5-7℃。提高到了16-18℃，因此很多自然冷源便可加以利用。例如利用土壤儲存的熱量或冷量與地下埋管換熱器之間進行換熱，從而實現向建筑物供熱和供冷的目的。該項目夏季制冷系統冷熱源采用熱泵-冷卻塔系統，整個系統選用了兩臺低溫地源熱泵機組，其中一臺WPS470.3B型機組負責住宅地板輻射系統，一臺WPS570.3BHR型機組負責住宅新風系統，熱泵機組具有熱回收功能，在夏季制冷時可同時制備熱水。冬季住宅供熱采用城市集中供熱熱源，安裝水水交換機組，分成兩個供熱循環水系統，其中地板輻射采暖系統供水溫度能夠在30-40℃范圍可調，供回水溫差5℃；新風系統供水溫度能夠在40-60℃范圍可調，供回水溫差10℃。

2.4 自控系統設計

地板易結露是地板輻射供冷供熱需要克服的一大難題。為避免結露現象的發生，除了將地板進水溫度控制在高于露點溫度1℃外，在此工程中每戶設置濕度探頭，在高濕季節檢測房間露點時控制輻射面停止運行，電磁閥關閉來實現輻射面防結露的控制。通過在每個房間安裝室內溫控器對環境溫度進行設定，溫度到設定值，電磁閥關閉來實現房間溫度控制，達到節能的效果。

3 夏季典型房間熱濕環境分析

為驗證恒溫恒濕輻射空調的使用性能，以樣板間為測試室，測試室內環境溫度與濕度的變化情況，驗證輻射空調環境的舒適性。

測試日室外環境：該測試試驗于2014年8月8日，測試房間尺寸為3.9×4.2×3.0m為普通雙人臥室，該房間內地盤管PEX管鋪設長度為110m，布管方式為回型，排管間距200mm；房間內人體的散熱、散濕量均取按兩名成年男子作為考慮。實驗從早八點開始，間隔半小時記錄一次室內外環境的溫度和相對濕度值，由記錄結果繪制曲線圖如圖1所示。

由圖1分析可得，測試房間的溫濕度變化相對很平穩，基本可以保持室內溫度在22-26℃范圍內波動。開始測點的溫度較低為22.7℃，這是由于輻射制冷的冷效應快，受熱緩慢的特點，在制冷期間圍護結構、地面和環境中的設備表面吸收輻射冷量，并貯存一部分冷量，隨著日照強度的增加，室外的溫度逐步升高，室內溫度也有所提高，到16：00時，室內溫度達到峰值24.4℃，此時室內一天內最大溫差為1.7℃，由此可見，室內環境溫度波動較小，比較舒適。人體是主要的產濕源，測試房間室內人員數量比較穩定，因此相對濕度可控制較小的波動范圍之內，相對濕度在50-60%之間，人體最舒適的范圍之內。

4 結束語

恒溫恒濕輻射空調系統較傳統空調形式具有舒適、高效、節能、運行費用低、使用壽命長并且不占用居住使用面積的優點，在將來的空調市場上有著廣闊的發展前景。在系統方案設計時需綜合考慮全年各個工況的要求，與施工和調試人員緊密配合，確保整個系統的正常運行。

參考文獻

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