地板辐射供冷节能

地板辐射供冷节能
朱风年杨超
建环142
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地板辐射供冷节能
现在新建、建扩、改建的建筑中，空调的应用越来越广泛。

原有传统形式的空调系统在应用中存在两个重要问题：（a)耗能问题。

空调制冷耗能大，不论是前
期设备的初投资以及空调使用过程的运行费用都很大，产生费用高；b)人体长时间在封闭的环境中工作会对身体健康造成了不良影响。

辐射冷却系统可以避免吹风感、提高舒适度。

地板供冷系统减少了对流传热
增大了辐射量改善了室内热环境。

1.地板辐射供冷的原理：
由制冷装置给盘管提供冷水，盘管是一种特别的塑料管(耐低温)，此管埋设于户内地板上部细石砼水泥砂层内，辐射供冷盘管通过地板表面以辐射和对流换热的方式与室内空气进行热湿交换以辐射方式为主定向均匀供冷，从而达到舒适的效果。

2. 地板供冷有以下几个特点：
(a)地板供冷系统中是以水作为换热的冷媒，冷水的密度大，换热效率高，换热盘管占地面积小，增加了室内的有效使用面积. (b) 地板供冷系统的每一个环管路一般设计为60-120m。

c)地板供冷系统关内流速较低。

路都是闭式循环供水。

3.地板供冷盘管的敷设（湿式）
3.1地面板体的构成
第一，采用水泥砂浆将楼板面层找平；第二，楼板面层在找平并且找平层凝固之后，将厚度大于20mm的绝热材料敷设于找平层上面(绝热材料目前工程中采用较多的为聚苯乙烯泡沫塑料板)，第三，绝热层敷设完成之后，还要在绝热层上面敷设一层铝箔；第四，地埋管进行敷设，为了增强地埋管的稳定性，采用塑料卡钉将地埋管与绝热层固定在一起；第五，地埋管敷设完成并且固定好之后，要对地埋管进行填埋。

填埋所需的材料一般为豆石混凝土，填充厚度为40～60mm；第六，地埋管完成填充并且填充层凝固之后，再次用水泥砂浆对其进行找平；第七，找平完成并且凝固之后则可以选择不同的装饰材料对地面进行装饰。

3．2地埋管的敷设形式
A．蛇型：单蛇型、双蛇型以及交错双蛇型。

B．回型：括单回型、双回型以及双开双回型。

无论采用何种方式都必须坚持以下原则：敷设越简单越好，温度尽量分布均匀，以此来达到人体热舒适方面的要求。

4地面结露问题
实际应用地板辐射供冷系统时，地板表面温度较低，当其低于附近空气露点温度，会发生结露现象。

4.1结露的形成条件
力平衡条件，利用热平衡条件，克劳修斯一卡拉贝龙方程得出为维持一个半径为r的平衡液滴，蒸气需具有一定的过冷度。

地板表面出现结露现象时，液滴首先发生在辐射板面上的裂缝或者小孑L中．要的液滴能够稳定地生存并且长大，液滴顶处空气温度须满足周围温度大于临街条件下凝结温度。

接触角口、热边界层厚度6等参数都会对水滴的形成过程产生影响。

4.2防止地板辐射供冷系统结露的措施
A．控制辐射板表面温度，如增大入水温度、提高入水流量、增大管间距和填充层厚度、减小盘管管径。

B．控制室内露点温度。

房间内设置除湿机组降低空气相对湿度．将辐射供冷与其他系统结合使用。

预先通风除湿。

c．采用导热系数小，表面光滑的材料。

光滑的材料不易形成发生结露初期所需要的凝结核心。

材料导热系数越大，会使辐射板面温度降低，导致凝现象的发生。

4.3供冷的供冷量
地板供冷的冷负荷比其它供冷方式的冷负荷少，建筑单体如果采用地板供冷系统，则设计第一步要虑的问题是地板供冷系统可以向房间提供多少冷量。

辐射和对流热作用是供冷系统向房间供冷时进行热量交换的主要方式。

空气温度和平均辐射温度的共同作用可以用作用温度来反映，其中平均辐射温度是影响室内热舒适的重要参数。

当室内空气流速较低时，作用温度同空气温度和平均辐射温度的平均值近似，房间的热舒适性受空气温度和平均辐射温度的影响。

由于辐射供冷时室内平均辐射温度有所下降，使得“等效温度”可以降低1℃。

2℃，与传统的空调系统相比，在相同的冷热感觉前提下，地板供冷系统可以让人们对温度感觉降低l℃～2℃，等同可以将室内设计温度提高1℃～2℃。

这样，该空调房间的冷
负荷比常规系统的设计冷负荷可以降低10％～20％，有较为明显的节能效果。

3．2辐射角系数
对于辐射供冷来说。

人体和辐射冷表面之间的角系数是影响辐射换热的一个重要参数。

人员和冷表面之间的距离以及冷表面的面积决定了辐射角系数值的大小。

我们以人体对顶板和对地板的角系作为对比。

坐姿时对地板的角系数值为0．4，当人采取站姿时对地板的角系数值为0．37。

人体对天花板的角系数值为0．15～0．20。

当地板温度降低l K，则地板平均辐射温度也降低，它的降低相当于顶板辐射温度降低2．5 K。

虽然地板供冷的对流换热量减小，但是辐射换热能力大大增强。

3．3加大对流换热交换与增加通风系统同顶板辐射供冷相比地板供冷的冷表面在下，地
板附近形成低温空气层，当空气层与人员或其它散热源相接触时，低温空气层会和热源进行热量交换，低温空气层吸收热量湿度上升，增加了空气扰动带动了空气的对流换热。

为了加大空气层的扰动，风扇可以配合地板供冷一起使用。

试验证明室内有风扇配合时地板供冷的换热能力可以提高15％左右。

在地板辐射供冷系统上增加通风系统，新风送人室内可以改善室内空气质量，满足人们对新风的需求而且还能承担室内一部分的湿负荷。

新风进入室内由于密度大而积聚在地板附近。

如前所述地板供冷在地板表面形成一层冷空气层，空气层和室内热源接触会形成向上运动的气流，室外空气随着气流作用由地面向室内上部空间运动，形成室内空气流动的主导气流。

新风伴随着室内空气流动不仅消除室内湿负荷而且也保证了室内空气的卫生要求。

5地板供冷的三种工况地板供冷三种工况分为：地板单独供冷；地板供冷与风机盘管联合运行；风机盘管单独运行。

在民用建筑中要采用地板供冷是受一定条件约束的。

室内环境的热湿负荷较小的条件下适用此种供冷方式，如果室内热湿负荷较大，不能单独采用地板供冷方式进行制冷，需增设空气除湿辅助设备，这样才能使室内热环境满足人体舒适度的要求；地板供冷与风机盘管联合运行空调系统方式可以不考虑供冷地板容易结露问题，同时会充分显示出地板供冷舒适性的优势。

地板供冷与风机盘管联合运行下，风机盘管承担房间部分冷负荷的同时还具有室内空气除湿功能。

地板辐射制冷空调方式在长江流域湿度较大地区，也值
得推广与应用。

重庆大学重点实验室曾经做过这三种工况下的实验及温度场、湿度场、风速场的分析
6合空调供冷系统相关问题的理论分析
4．1复合空调系统相关参数的确定
置换通风一地板辐射供冷复合空调系统相关参数的确定主要包括地板辐射供冷系统相关参数以及置换通风系统相关参数两个方面。

地板辐射供冷系统需要确定的设计参数主要包括：地盘管的进水温度、地盘管的供回水温差等。

置换通风系统所需要确定的设计参数主要包括：送风的温度、送风的速度、送风口的布置位置等。

在对该复合空调系统的相关参数进行确定之前，我们首先确定上述第三章所测试房间的室内空气的设计温度以及设计湿度。

1室内环境设计温湿度的确定
是按照《采暖通风与空气调节设计规范》进行选取的
2.管供水温度以及供回水温差的确定
地板辐射供冷系统也是通过输送到管道当中的较低温度的冷水来消除室内冷负荷的，但是地板辐射供冷系统当中所输送的较低温度的冷水不是直接的来对房间的冷负荷进行消除的，而是管道当中的较低温度的水将热量通过对流以及导热的方式传递给地板表面，随之使得地板表面的温度得到降低，最终处于较低温度的地板表面再通过辐射以及对流两种换热的方式来消除房间当中所产生的冷负荷地板辐射供冷系统在对地盘管当中的供水温度进行选取的过程当中，一定要确保地板表面的温度要高于地板表面附近处空气的露点温度，以此来避免地板表面出现结露的现象，同时这也是地板辐射供冷系统的供冷能力受到限制的一个重要原因，置换通风系统与地板辐射供冷系统的结合运用也正是为了避免地板表面发生结露的现象以及提高整个系统的供冷能力。

地板辐射供冷系统地盘管当中的供水温度不能过低，一般的情况下地板辐射供冷系统地盘管当中的供水温度为12℃～15℃，通常将地盘管的供水温度确定为14℃。

3.风系统相关参数的确定
(1)新风送风温度的确定
新风送风温度的高低直接影响着整个系统的供冷能力以及是否能够有效的防止地面结露现象的发生。

(2)新风送风量的确定
新风送风量确定的适当与否也是影响该复合空调系统制冷效果以及室内热舒适性的一个非常重要的因素。

新风送风量与新风送风的温度是该复合空调系统置换通风当中两个非常重要的参数，因为这两个参数确定的准确与否对室内的供冷效果以及能否满足设计的要求等都起着至关重要的作用。

（3送排风温差的确定
置换通风一地板辐射供冷复合空调系统的新风在通过送风口送入房间之后，低温干燥的空气缓慢均匀的铺设在地板上面，最终形成一层“空气湖”，以此来阻止房间当中湿度比较大的空气与低温的地板相接触，这样就避免了地板结露现象的发生。

7结语
地板供冷有以下几个特点：
(a)地板供冷系统中是以水作为换热的冷媒，冷水的密度大，换热效率高，换热盘管占地面积小，增加了室内的有效使用面积；
(b)地板供冷系统的每一个环路都是闭式循环，如供回水管路一般设计为60 m～120 m
(c)地板供冷系统将大量水平管道敷设于室内地板中，管路的水流速较低；
(d)相对湿度较大的地区，只采用地板供冷系统地板表面容易结露，当室外相对湿度较高的热空气侵入室内时，同室内低温地板接触容易产生结露现象。

为避免结露现象的产生，需要对室外空气进行减湿处理，室内的地板制冷系统需要设置减湿通风系统，两个系统共同作用在解决室内供冷地板结露问题的同时还满足了室内人员对新风量的要求；地板供冷置换通风系统提高了室内热环境的舒适性，同时增强了辐射换热量。

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王国涛地板辐射供冷太原电力高等专科学校动力工程系，山西太原030013)
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