冷吊顶

在欧洲,防止辐射冷吊顶凝露的传统方法就是控制 进入辐射板的冷水初温。由于当室温为26 ℃,相对 湿度为50 %时,空气的露点温度为15 ℃,因此只要 控制进入辐射板的冷水初温不低于16 ℃,就可以防 止凝露的发生。在欧洲,辐射冷吊顶一般是与臵换 通风或地板送风相结合,新风采用下送风的方法。 为了避免送风温度过低,引起人体不适,送风温度一 般控制在18 ℃以上。欧洲多家自控公司推出与之 相配合的冷凝状态监控器,以防止冷凝水在辐射吊 顶的表面出现。在宣传辐射冷吊顶的优点时,厂家 特别强调,由于采用较高的冷水初温,因此冷水机组 可以在较高的COP 下工作,达到节能的目的。但是, 提高水温防止凝露的另一个后果,则是需要增大辐 射板的面积,由此导致一次投资的增加。
5.3一次投资问题
在北美,空调设计师、建筑师、承包商和业主在选 择空调方案时,十分关心空调系统的一次投资。这 点,在中国可能更加突出。一是由于中国目前经济 的发展水平还远远落后于欧美工业发达国家;二是 由于中国常规空调系统的一次投资远远低于欧美工 业发达国家的一次投资。当今国际上诸多先进的空 调技术之所以难以在中国全面推广,到了二十一世 纪的今天,之所以在中国空调市场中,风机盘管机组、 柜式空调机组、家用空调仍然占据着大片江山,其 中价格是制约空调新技术推广的瓶颈。
wk.baidu.com射型冷却顶板
辐射型冷却顶板用金属板或石膏板下面固定换 热盘管，装在天花板内（见图1 a）。对流型冷却 顶板或辐射—对流型冷却顶板需空气冲刷，增大对 流换热量，板面有穿孔或条缝，对流换热量占 60%～70% 。有的对流型或辐射—对流型冷却顶板 下装滴水底盘，收集凝水以免冷凝水滴下（图1 b）。对流型冷却顶板一般敞开安装，当悬挂在天 花板里时，敞开表面不小于20%。冷却梁（或称供 冷梁）属对流型冷却顶板（见图2），内部冷媒管 相距仅3～6mm，对流换热量占90%～95%。脊中有新 风管，新风由喷嘴送出，能引射室内空气，冷却梁 属明梁。
对于辐射冷吊顶/ 独立新风系统,从凝露控制的原理 来讲,独立新风系统承担了室内全部潜热,只要控制 辐射板的供水温度,使其高于室内空气露点温度,就 可以避免结露。因此辐射供冷系统的控制重点主要 放在水系统的控制上。实际上,人们通过大量实验 已经证实,在极端不利的实验条件下(如假设门窗全 部开启,人员成倍增加,围护结构和室内物体完全不 具备吸湿能力等) ,冷凝水的形成是一个极其缓慢的 过程,如果要达到头发丝直径厚度,至少需要一个半 小时,自动控制元件完全有充足的时间采取保护措 施。
一般情况下，吊顶辐射板的能力换热能力在 40-150W/m2，辐射板铺设面积为吊顶面积的 1/2-1/3比较经济合理，对于办公楼等显热 负荷不是很大的建筑使用吊顶冷辐射板是适 用 的。主动式的冷梁利用送风诱导室内空 气加强对流换热，处理能力可达250W/m2,在 一定程度上拓宽了冷却吊顶系统的应用范围。

目前美国市场上,辐射板的价格大约为 140 美元/ m2 (冷量为95 W/ m2)，进口辐 射板在国内的价格为2 000 元/ m2 左右。 由于单位面积冷量较小,因此价格较目前常 规的空调末端装臵要昂贵得多,因此除了少 数高级办公楼有可能采用这种末端装臵外, 在中国难以推广。
目前国内几乎没有辐射板生产厂。如果靠国外进口 产品,其价格相当昂贵。国内现有不少同行正在进 行新型辐射板的研究,相信国产的辐射板定能极大 地削减系统末端设备的初投资。对于新建筑,辐射 冷吊顶加带全热回收的独立新风系统初投资和常规 VAV 系统相当。而Mumma 对美国已有的建筑项目 (办公建筑,6 层,2 883 m2/ 层) 一次投资分析得 出,“辐射吊顶+独立新风”空调系统与常规VAV 系 统相比,可以使建筑一次投资降低22 美元/ m2 。 虽然我国与美国的国情不同,但是这一数据可供设 计人员参考。既然VAV 系统的初投资已经为人们认 可,那么辐射供冷空调系统初投资不高于VAV 的条 件下,也是可以接受的。
冷吊顶
一、冷却吊顶系统的分类和处理能力
冷却吊顶系统的主要组成部件是起辐射 和对流换热作用的吸收房间余热的顶板。房 间的潜热也可由顶板吸收（这时顶板下有冷 凝水滴水盘），一般用经冷却去湿处理后的 室外新鲜空气吸收后排除。
按其对流换热量与辐射换热量分类
1）以辐射换热为主的冷却顶板称为辐射型 冷却顶板； 2）以对流换热为主的冷却顶板称为对流型 冷却顶板； 3）对流换热量与辐射换热量差不多，或对 流换热量稍多的冷却顶板称为辐射—对流型 冷却顶板。
欧美辐射板主要生产厂生产的辐射板的冷却 能力一般在95～120 W/ m2 。在欧洲进 行辐射冷吊顶设计时,一般取单位面积冷量 为80 W/ m2 ,多家制造厂的产品样本也是 采用这一冷量作为设计参数。

由于现代化办公建筑人员密度一般为7 ～10 m2/ 人。根据2004 年4 月1 日开始执行的新版暖 通空调设计规范，办公建筑的最小新风量为30～50 m3/ h ,单位面积新风量为3～7. 14 m3/ (h· m2) , 常规空调系统的新风机组能够承担的室内冷负荷只 有8. 6～20. 5 W/ m2 。但是,当辐射吊顶结合独 立新风使用时,辐射吊顶承担的只是室内部分显热 负荷,独立新风机组出风温度可达7 ℃(含1 ℃风机 温升) ,出风焓值为21. 4 kJ/ kg ,以办公室干球 温度设计值25 ℃,相对湿度取40 %为例,新风机组 可以承担的室内显热负荷在18. 5～43. 4 W/ m2 之间。现在大多数辐射板的冷却能力在95 W/ m2 左右,足以满足普通办公室的冷负荷要求。
结露问题 当辐射吊顶用于供冷时,辐射吊顶板的冷表面 直接裸露在工作区的上方,在人员频繁进出房间或 者大面积开启外窗、外门的情况下,将会引起室内 空气温湿度变化,辐射板表面容易结露,长期下去将 引起金属板锈蚀,留下水渍,不仅影响美观,而且还 可能导致细菌孳生。如果结露严重的话,水珠还会 在重力作用下直接滴到房间内。因此,辐射冷却吊 顶结露的问题成为阻碍其应用的重要原因之一。
4、房间声学舒适性好：因为它们不同于空 调系统末端装置的风机盘管，无风机运转时 的噪声，多孔吊顶还有吸声作用。 5、运行费省：特别当冷却顶板系统与新风 系统分别用两套独立的制冷机组向冷却顶板 和新风机组供冷水时，普通中央空调冷水温 度6~7℃，冷却顶板的冷水供水温度高达 15~18℃，冷水机组性能系数大约可提高 20%。冷却顶板承担冷负荷约占总的冷负 荷85%，一年可节能约15%。
三、被动式冷却顶板及送风方式
所谓被动式冷却顶板，指的是送风不直 接经冷却顶板送出，而由另外设臵在天花板 上的送风口或墙上的送风口送出，这时的冷 却顶板称为被动式冷却顶板。

当送风口设臵在天花板上或墙上时都能 引射室内空气，并与室内空气很好地混合， 以保证整个房间温度分布均匀。当送风口设 臵在房间下部的墙上时，即成为臵换通风形 式，送风空气先略为下降，然后在混入室内 热空气和吸热过程中由下而上移动，发生 “上浮效应”，上升到天花板，把热量传给 冷却顶板，冷却顶板起被动冷却室内空气作 用。
(2) 冷却吊顶和新风水系统相独立的形式更 有利于采用冷却塔供冷的方式,冷却顶板较 高的供水温度使得一年中能有更多的时间采 用自然冷却,节能效益更为明显。 当夏季设计条件下,系统同非冷却塔供 冷时运行方式全相同。当过渡季室外湿球温 度下降到某一温度(湿球转换温度) 时,关闭 冷水机组,切换到冷却塔供冷模式,对于图1、 3 所示的冷却塔直接供冷,冷却塔出水经冷 却水泵、三通阀进入分水缸,再由分水缸分 配到末端用户中去,回水回到集水缸后,经三 通阀回到冷却塔,完成一个循环流程。
5．2冷却顶板冷辐射能力问题
房间一部分显热由空调机组承担,一部分由辐射吊 顶承担。对辐射供冷系统舒适性的研究结果表明, 辐射供冷量占空调负荷的比例越大,竖直方向上的 室内空气温度梯度越小,人体舒适性越高。因此要 求辐射吊顶能够承担更多的显热。目前市场上的辐 射板多数为模块化设计,单位面积的辐射板能够处 理的冷量一定。如果辐射吊顶承担的冷量越大,那 么是否会出现辐射板设计计算面积大于吊顶面积的 情况呢? 这已经成为辐射吊顶冷却能力的另一大疑 问。

当送风口靠近地板送出冷风时，送风温 度与室内空气温度间温差不应大于3-4℃， 以免人体产生不舒适的吹冷风感。新风的吸 热能力约为3.6 -4.8W/L。显然，为使具有 22-23℃左右温度的新风能吸湿，应使它具 有相当低的湿度，室外空气需冷却去湿，然 后加热，如果不设臵排风热（冷）回收装臵 是不经济的。
二、冷却吊顶系统的优点
1、顶空调系统由于处理新风量小，使风机 运行及维护费用下降，并且不需要设臵回风 管道，可节省部分空调设备及通风管道占用 的建筑面积，从而降低了空调系统的总投资。 与普通中央空调相比：管道尺寸小35%-40%， 送风处理装臵占地小60% ，仅冷却顶板占据 部分吊顶空间。另外，较高的冷媒水温度使 得冷吊顶空调系统可以使用地下水等天然冷 源或直接使用冷却塔冷却水，这样就大大降 低了能耗。
六、空调形式的选择
目前,冷却吊顶系统在国外的办公类建 筑中应用较多,而国内办公楼中多采用风机 盘管+ 新风系统。采用冷却塔供冷就是当冷 却塔出水水温能够满足用户的供水要求时, 关闭冷水机组,将冷却水直接或间接的供给 末端用户的供冷方法。冷水机组是空调系统 中的用电大户,用冷却塔代替其供冷,节能效 果是显著 。
3、用水代替空气来消除热负荷降低了风机耗能。 由于冷却吊顶系统的设计思路是将消除显热负荷与 潜热负荷及有害负荷相分离，消除显热负荷主要通 过冷却吊顶来承担，而潜热负荷及有害负荷的消除 则由通风系统来实现。这样，通风量只需达到满足 卫生要求的最小通风量即可，因此可大大减少了风 机耗能。另外，一般行政楼里高峰电的消耗通常是 在最大冷负荷这段时间内。对于常规的空调系统， 即使是比较节能的变风量空调系统，在此期间也将 以最大的送风量运行。而如果使用冷却吊顶系统的 话，则可以大大降低高峰电的使用。因为，与空气 相比，水具有高热值和高密度的特点，只需耗费很 少的水泵能量，冷量就可运输至目的地。而常规空 调系统中，输送同等的冷量耗能要大得多。
2、高辐射性降低平均辐射温度减少了能耗。由于 冷却顶板存在着辐射换热，房间内所有表面将被直 接冷却下来，因此房间内的平均辐射温度较低。这 种低平均辐射温度的环境给人的感觉往往要更舒适 些，因为其降低了人体皮肤表面的对流热交换。另 外，由于平均辐射温度较低，使得人在房间里所感 受的温度要比实际温度约低2℃。也就是说，在装 有冷却吊顶的房间内，其室内空气温度可以比常规 空调系统房间内的空气温度高2℃，而人的舒适感 相同。K.A.Antonopoulos等人实验表明：在这种情 况下，节约能耗超过12.5% 。
(1) 冷却吊顶的突出特点是其供水温度较高,一般 在16 ℃左右,如果制冷机直接制备这样较高温度的 冷冻水,相应地可提高制冷机组的蒸发温度,改善制 冷机的性能系数,进而降低其能耗。制冷机组的蒸 发器流量通常是按5 ℃温差设计得出的,冷却顶板 的供回水温差通常为2 ℃,冷却顶板冷冻水大水流 量通常采用二级泵系统来实现。对于方案2 ,新风 与冷吊顶合用一套冷冻水系统时,由于新风要求冷 冻水温低而使冷水机组同方案1的。图1 和图2 给 出了采用冷却塔直接供冷的风机盘管+ 新风系统 (方案1) 和冷却吊顶系统(方案2) 水系统形式,同 时,还提出了冷却顶与新风机组水系统相独立的系 统形式(方案3) ,该方案(见图3) 可以充分发挥冷 却吊顶系统的下列优势：
四、主动式冷却顶板的工作原理
由图4 可见，主动式冷却顶板的工作原理是： 新风由喷嘴送出，引射室内空气，经过供冷 换热器被冷却，混合空气贴附天花板并向下 送入房间。 图中换热器有双回路（供冷回路和供暖回路） 热媒管路，适于过渡季中使用，或常有交变 冷热负荷的场合应用。
五、辐射冷吊顶/独立新风系统应用中的问题分析