辐射供冷及表面结露特性及研究实验

辐射供冷的表面结露特性研究

一、实验目的

1.对不同辐射末端、不同辐射板表面材料、不同辐射供冷供水温度和供水

流量进行结露现象的实验研究，并针对实验现象进行分析；

2.针对影响结露状态的因素，提出防止结露的方法，并对其进行试验验证。

二、实验方法

本项目将采取理论研究与实验研究相结合，并以实验研究为主的研究方式。

三、实验装置及测量

1、实验房间

实验房间总面积为24 m²，其构造为：长×宽×高=4m×6m×3.5m。此房间是为了进行辐射供冷暖实验特定在一面积为120m²的实验室中搭建的。采用彩钢板制作而成，其彩色复合夹芯板的面质材料及保温材料均为非燃材料，完全能够满足防火规范的要求，且导热系数低，具有良好的保温隔热效果。实验房间内部结构如图1所示。

图1 实验房间内部结构图

窗户结构为北面的空腹双层玻璃钢窗，窗墙比为28.5%。辐射面的冷媒水管采用外径为7mm的聚乙烯管，造价低并且不容易腐蚀，管间距为75mm；其中地板层结构见图2。

图2 地板构造示意图

辐射房间有四块辐射板，分别布置在地面、屋顶以及两面墙壁上，四块辐射板共用一套分集水器，可以实现独立和联合运行，四块辐射板可任意配合实验。分集水器构造见图3。

图3分集水器

另外，实验室内设有风机盘管系统，可以根据实验需要选择风机盘管单独运

行、辐射供冷单独运行，或者风机盘管与辐射供冷系统同时运行联合供冷。图4

表示实验室中的风机盘管。

图4风机盘管

实验所用的冷水机组由海信变频空调KFR-35W改造而成，主要由分体热泵型变频房间空调器的室外机，阿法拉代液—液板式换热器，电脑控制箱和水泵组装而成，由于采用了变频压缩机，本机组可以制出温度较恒定的冷水，具体构造如图5。

图5冷水机组的组装图

2实验参数测量系统

1.温度测量

温度参数是本实验测量的重点和难点，空气干、湿球温度均用K型热电偶测量，其中空气的湿球温度用润湿的纱布包裹热电偶进行测量，测量方法示意图如图6所示。空气的干球温度的测量跟湿球温度测量相似，只是没有湿润纱布裹起来，直接置于空气中。

热电偶测量的温度的电压信号通过智能巡检仪采集显示，如图7。

图6 空气湿球温度测试示意图

图7 实验数据记录

2.流量测量

冷水的质量流量通过玻璃转子流量计测量。利用玻璃转子流量计测出冷水的体积流量，量程为250-2500L/h，精度为10L/h。

3测点的布置

在地板、顶板表面布置六个热电偶，南墙壁表面布置四个热电偶，分别测量板面的表面温度；在距离地面0．1m、1．1m、1．7m、2.4m、3.4m不同高度分别布置六个测点，测量实验室内空气温湿度的分布；另外，在地板盘管的进出口管

道分别布置测点测量进出口水温。

图8和9分别表示实验中测点布置示意图和实际图。

图8 测点布置示意图

图9测点的布置

四、实验分析及结论

1.单独运行地板辐射空调系统辐射板结露现象分析

单独开启辐射供冷空调系统时，在启动阶段，辐射板里的水管里的冷媒首先将辐射板温度降低，辐射板表面通过辐射换热和自然对流换热的形式带走室内空气的热量。

单开辐射供冷系统在运行初期实验室内辐射板结露现象如下表所示。

表1 初始运行阶段的地板表面温度与室内露点温度表

上图表示了单独辐射供冷空调系统在运行初期4小时内的地板表面温度和距地面0.1m处空气露点温度。观察实验现象，在系统运行约1.8小时左右，辐射板面开始结露，结露初期辐射板面上有轻微雾气，而后辐射板面温度一直低于其附近空气露点温度，结露现象逐渐严重，具体表现为：轻微雾气变明显-形成轻微水珠-形成较大水滴。

并且实验过程中发现，在地板表面温度和距地面0.1m处空气露点温度相等的时刻，辐射板面上并没有发现结露现象，而是在两者相差0.5℃左右的时候才出现轻微雾气，证明了理论分析结果，即当辐射板温度等于空气露点温度时，并不立即发生结露现象，一定的壁面过冷度是凝结发生的前提条件。

由于冷媒管管所在的换热层的换热延迟，实验房间空气温度近3个小时后才达到设计值。由实验数据可知，系统运行前距离地面0.1m处的空气含湿量与4小时后基本没有差别，说明了冷水不能完全排除室内产生的逐时湿负荷，单独的辐射供冷空调系统基本没有除湿效果。

单独运行辐射供冷空调系统，特别是在系统刚启动阶段，房间内空气的温度和含湿量较高，露点温度相应也较高，并且，辐射板表面的温度下降的速度比室内空气的降温速度快，

辐射板面很容易出现结露现象。

由上图及上述分析，由于实验室内没有除湿设备，随着辐射供冷系统运行时间的增加，那么结露情况会持续并且可能会更加严重。下表给出系统运行中后期地板表面温度及其附近空气露点温度。

系统运行稳定后，辐射板表面与其他围护结构内表面辐射换热以及与空气间的对流换热基本达到平衡，地板表面温度波动较小，维持在21℃左右，实验房间内空气温度在25-26℃左右。由于0.1m处空气露点温度始终高于辐射板温度，结露现象一直存在，并且地板上有大面积积水现象。房间内相对湿度过高，人在其中有以闷的感觉、不舒适感。

因此，当室内负荷较大时，若单独使用辐射供冷空调系统，系统运行时很容易出现结露现象，特别是在比较潮湿的地区，使用时应当设置除湿设备对空气进行除湿。

2.地板辐射空调系统+风盘系统辐射板结露现象

单独应用辐射空调系统时，室内无除湿设备，相对湿度过高，容易出现结露现象。而且由于辐射板的换热能力的限制及换热层的换热迟滞，可能导致房间内温度达不到舒适度要求。考虑将辐射供冷+风盘系统联合应用，在启动辐射供冷系统前首先对室内空气进行除湿。

首先设定冷水机组的出水温度为7℃，送入风机盘管对房间进行预除湿，进行多次实验，至少对实验房间进行除湿1.5个小时，在供冷的整个过程中辐射板上不会有水雾出现。

上图给出了辐射供冷+风盘系统联合运用时辐射板面温度及其附近空气露点