主動式冷梁在辦公建筑中的應(yīng)用與分析

李愷杰 李瑞捷 張 莉

（大連大學(xué) 建筑工程學(xué)院，遼寧 大連116622）

主動式冷梁是輻射空氣調(diào)節(jié)換熱系統(tǒng)末端設(shè)備，國外研究是從20 世紀(jì)80 年代開始，目前這項技術(shù)已成熟，在很多建筑中得到了應(yīng)用。但在我國還沒有得到普及，本文以大連地區(qū)一所三層辦公樓為研究對象，根據(jù)其建筑結(jié)構(gòu)和性能參數(shù)研究了主動式冷梁系統(tǒng)形式是否適應(yīng)我國的建筑和氣候的特點，將其與風(fēng)機盤管系統(tǒng)進(jìn)行對比，探討主動式冷梁系統(tǒng)的性能參數(shù)及能耗大小，討論其節(jié)能效果，為今后主動式冷梁在我國不同地區(qū)、各類建筑形式中的應(yīng)用以及相關(guān)產(chǎn)品的開發(fā)和研究提供理論參考，為冷梁技術(shù)的推廣應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。

1 空氣調(diào)節(jié)末端簡介

輻射空調(diào)換熱系統(tǒng)分為輻射式和對流式，輻射式常見有吊頂式，對流式包括冷卻吊頂和冷梁系統(tǒng)，冷梁系統(tǒng)由主動式冷梁和被動式冷梁組成。冷梁作為一種新型的輻射對流式空調(diào)末端，其主體是一個翅片管冷卻盤，當(dāng)空氣通過鋁制翅片間隙，即進(jìn)行對流換熱。由于外形酷似橫梁，故得此名。

1.1 被動式冷梁

被動型冷梁末端依靠完全自然對流原理進(jìn)行夏季制冷，熱氣流上升冷氣流下沉，會使室內(nèi)產(chǎn)生循環(huán)氣流。從末端流出的空氣會形成兩股相反方向的氣流，沿著吊頂流向冷梁的兩側(cè)，然后緩緩的流到用冷場合。由于沒有風(fēng)機的強吹風(fēng)，提高了用戶的舒適性。

1.2 主動式冷梁

主動式冷梁末端用來進(jìn)行室內(nèi)熱/冷負(fù)荷的處理。夏季經(jīng)處理的主氣流進(jìn)入到冷梁中，通過噴嘴進(jìn)入冷梁的下端，根據(jù)文丘里效應(yīng)，當(dāng)高速流動的氣流通過阻擋物時，在阻擋物的背風(fēng)面上方端口附近氣壓相對較低，從而產(chǎn)生吸附作用，冷梁下端的房間空氣受到低壓作用而向上流動，在通過換熱器得到冷卻。冷卻后的空氣和主氣流混合，溫度低于房間溫度，起到冷卻室內(nèi)空氣，達(dá)到制冷的作用。在冬天換熱器中流動的是熱水，滿足供熱的需求。

2 計算模型建立

2.1 建筑模型

以大連某辦公樓。該樓層平面長34.5 米，寬7.8 米，高度為10.5 米，辦公用房15 間，辦公人數(shù)為每個房間8 人，見圖1。

圖1 建筑構(gòu)造圖

2.2 參數(shù)計算模型

采用主動式冷梁空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計方案

2.2.1 大連地區(qū)夏季室外空氣設(shè)計參數(shù)：

干球溫度td=28.4℃；濕球溫度tw=25℃2.2.2 夏季室內(nèi)空氣設(shè)計參數(shù)：

溫度：t1=22～24℃；相對濕度：ψ=40-60% ；風(fēng)速：v≤0.3m/s

2.2.3 本次實驗室內(nèi)設(shè)計參數(shù)：

溫度：tn=23℃；相對濕度：ψ=50% ；新風(fēng)量：每人所需最小新風(fēng)量30m3/h

根據(jù)計算條件：大連市室外空氣焓值hw=91.44KJ/Kg，含濕量dw=20.69g/kg，空氣密度ρ=1.2kg/m3，房間室內(nèi)空氣設(shè)計的狀態(tài)點的露點溫度tf=16.92℃，為了防止結(jié)露，冷凍水的進(jìn)水溫度一定要高于露點溫度，故本次設(shè)計的供水溫度設(shè)計為17-20℃。濕負(fù)荷，日辦公時間為15 個小時，房間為一層五間，二層四間，三層六間進(jìn)行計算。

wmax——工質(zhì)的最大有用功，kJ/kg；

T——環(huán)境溫度℃；

T0——工質(zhì)進(jìn)口溫度，℃；

Cp——定壓比熱，kJ/(kg·℃)。

3 計算結(jié)果與分析

3.1 建筑能耗對比

通過參數(shù)計算模型計算，可得出整棟樓層的顯熱冷負(fù)荷為Q=153475w，加濕量為61066g/d。風(fēng)機盤管與主動式冷梁系統(tǒng)參數(shù)計算見表1。

表1 風(fēng)機盤管與主動式冷梁系統(tǒng)參數(shù)計算表

通過數(shù)據(jù)對比可知：在換熱效率上，冷梁系統(tǒng)比風(fēng)機盤管系統(tǒng)提高10.5%-19.3%；在加濕量上，冷梁系統(tǒng)比風(fēng)機盤管系統(tǒng)提高15%左右；但由于冷梁換熱時對供水的要求較高，水泵等裝置的功耗會有所增加；在總能耗密度上，冷梁系統(tǒng)比風(fēng)機盤管系統(tǒng)提高約9%的效率。

通過這樣的功耗對比，可看出冷梁比傳統(tǒng)風(fēng)機盤管系統(tǒng)更加節(jié)能環(huán)保。

通過模擬建筑中相關(guān)的計算，得到：

表2 風(fēng)機盤管與主動式冷梁系統(tǒng)效率對比表

表2 風(fēng)機盤管與主動式冷梁系統(tǒng)效率對比表

?

由表中數(shù)據(jù)可見，多次改變供、回水溫度，同時控制溫差變量，從效率的結(jié)果看來，末端的設(shè)備冷梁比起風(fēng)機盤管效率更高，說明主動式冷梁系統(tǒng)比傳統(tǒng)空調(diào)系統(tǒng)有節(jié)能、高效等先進(jìn)優(yōu)點。

4 結(jié)論

本次研究主要針對主動式冷梁系統(tǒng)和傳統(tǒng)空調(diào)末端系統(tǒng)進(jìn)行了對比，在構(gòu)建了建筑模型后，我們采用了如下各方法和軟件模擬實驗：

4.1 在建筑能耗上，我們構(gòu)造參數(shù)計算模型，進(jìn)行主動式冷梁的數(shù)值計算。從表1 的結(jié)果得知，單位面積能耗對比中，主動式冷梁比傳統(tǒng)空調(diào)系統(tǒng)有著更佳的節(jié)能水平。

以上各模擬計算結(jié)果均可說明，主動式冷梁系統(tǒng)擁有在節(jié)能、環(huán)保、舒適、健康等方面比傳統(tǒng)空調(diào)系統(tǒng)更加先進(jìn)的優(yōu)點。