辐射供冷系统结露问题的研究现状

基于辐射供冷系统启动初期容易结露的问题， 大连理工大学的徐宁[12]从理论上提出了置换通风 除湿的可能性， 指出由于地板辐射供冷的结露位置 是地板表面，而此时室内空气的温度依然较高，空 气湿度也远远未达到饱和状态， 可以向地板表面进 行置换送风，不断输送低露点空气，使地板表面附 近空气露点低于地板表面温度， 则地板表面的结露 问题也可以解决。同时通过模拟表明：空气露点温 度大体在19℃左右，进出水平均温度7℃时可降温 约12℃；进出水平均温度约15℃时降温近7℃。例 如高负荷条件下墙面温度达到30℃时， 即便进水温 度低至10℃，地面温度也很少低于20℃，不会发生 结露现象。然而这也要受诸多因素的影响，比如气 候差别，辐射供冷启动时间等等。 山东建筑大学的李常河、李永安、刘学来等 [13,14] 通过对地板辐射供冷建立数学模型， 利用数值 求解得出了不同空气温度和供水温度下的地板表 面温度，选取济南地区的气象资料，给出了济南地 区在不同室内空气温度和湿度下的露点温度， 并根 据地面温度随供回水平均温度和室内温度变化的 规律，给出了地板供冷系统适宜的供回水温差，从 而方便工程人员在设计地板供冷时， 采用合理措施 以实现不结露的目的。 香港理工大学的L Z Zhang与J L Niu[15]，浙江 大学的的黄亦沄、 张玲、 陈光明等[16]则针对热湿地 区辐射供冷易结露问题，提出了在系统启动前，对 室内空气预先通风除湿， 室内空气的含湿量和对应 的露点温度下降后， 再对其进行辐射供冷的解决方 法。L Z Zhang与J L Niu通过分析得出在香港地区 采用热湿独立处理的辐射供冷系统， 只要预先通风 除湿一小时，就可以解决结露问题。同时指出了在 香港等热湿地区， 如果建筑物密封良好并且夜间冷
第 26 卷第 4 期 第 26 卷第 4 期 2012 年 8 月
郑
松，等：辐射供冷系统结露问题的研究现状 制冷与空调 Refrigeration and Air Conditioning
百度文库
・399・ Vol.26 No.4 Aug. 2012.399～404
文章编号：1671-6612（2012）04-399-06
【关键词】 中图分类号
辐射供冷；结露；结露控制方法 TU83 文献标识码 A
Current Research of Radiant Cooling Condensation Zheng Song Xuan Yongmei Wang Hailiang
( Xi’an Polytechnic University, Xi’an, 710048 ) 【Abstract】 Radiant cooling has the potential to provide better thermal comfort, air quality and energy consumption than conventional air condition systems. However, there are three most common major concerns: condensation, cooling capacity doubts and first cost penalty concern. As to the problem of radiant cooling condensation, this paper will introduce the experimental studies made by scholars at home and abroad during recent ten years and the control methods of condensation. Then the developing trends of them are summarized. 【Keywords】 radiant cooling; condensation; the control of condensation
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辐射供冷系统结露问题研究现状
图1 Fig.1
[10,11]
8.5 小时后冷却顶板的冷凝情况
Condensation after 8.5 hours on a chilled surface
美国宾夕法尼亚大学的Stanley A Mumma等学 者 还针对辐射冷却板易凝露的问题， 在一栋带 有可开启的大面积窗户的旧式建筑内重复做了多 次实验。得出结论是：在极端情况下，即使打开所 有的门窗，室内露点温度立即上升，实验过程中也 没有出现明显的冷凝水现象。Mumma等在实验中 详细分析探讨了辐射供冷系统结露的问题， 并进一 步证实了辐射板结露的速度， 实验中辐射板的表面 温度比室内空气露点低0～8℃（0～14℉），实验 结果（如图1所示）表明：在极端温差（8℃）和持 续时间（8.5h）条件下，并没有发生明显的结露现
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3.1
辐射供冷系统结露问题的控制
从系统的设计角度来避免结露现象的发生 防止辐射板表面结露的传统设计理念： 一是控 制进入辐射板的较高的供水温度或者合适的供回
水温差， 使辐射板表面的温度高于室内空气状态的 露点温度；二是新风承担室内的全部湿负荷，使用 较低温度的冷水供水温度处理新风。 以下从这两方 面分别进行简要探讨。 3.1.1 辐射板表面温度的控制[21-25] 韩国学者提出，在地板辐射供冷系统中，影响 地板表面结露的因素主要有：地板表面温度，室内 温度以及室内空气的相对湿度。 其中控制辐射地板 表面温度的基本方法有三种：双位开关控制方式 （on/off bang-bang control system） 、变流量控制方 式（variable flow control system） 、室外温度补偿加 室 内 反 馈 控 制 系 统 （ outdoor reset with indoor temperature feedback control system） 。 双位开关控制方式是在保证供水温度与瞬时 流量一定的情况下， 以室内某一设定温度为中间温 度，来控制阀门的开关。此种控制方式容易使室温 出现较大的波动。而采用脉冲式控制（on/off pulse -width modulation）就能很好地避免这种现象的发 生， 脉冲式控制方式在双位开关控制方式的基础之 上有所改进，其控制方式原理：室温与以脉冲波的 偏差与周期所形成的三角波的上升段交叉时阀门 开启，与三角波的下降段交叉时阀门关闭。 变流量控制方式是根据室内温度和设定值比 例来控制二通阀的开度， 以此来改变高温冷水的瞬 时流量。双位开关控制设计简单、操作方便，但耗 能较变流量控制大，而且控制也不稳定。变流量控 制方式初投资较小，但在小流量时，由于热量与流 量之间的非线性关系， 所以不能达到很精确控制的 目的。 水温跟室外空气温度之间有简单的线性关系， 所以对于水温的控制可根据室外空气的温度来调 节，这种调节方式被称作室外温度补偿调节 （outdoor reset control） 。该控制方法有一定的预见 性，但由于没有考虑室内的诸多因素，所以其调节 效果也具有不精确性。 根据室外空气温度并综合室 内空气温度来调节水温的调节方式， 通常被称作室 外温度补偿加室内反馈调节， 此时水温的改变不仅 要考虑到室外的空气温度，还考虑室内的得热量， 例如人体的散热、设备的照明等，该控制方法较仅 根据室外空气温度来控制的方式其控制效果更稳 定，但装备复杂，初投资较大。 韩国学者还对这三种控制方式的效果进行了
冷源广泛等优点，特别是在我国西北地区，蒸发冷 却技术应用在辐射供冷方面，潜力巨大[8]。然而迄 今为止， 结露问题仍然是阻碍辐射供冷空调系统推 广应有的关键问题之一。因此，笔者对辐射供冷空 调系统现行的各种结露控制方法进行分析和探讨。
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辐射供冷系统结露过程的研究分析
辐射板表面温度低于周围空气的露点温度时， 辐射板表面就容易出现结露现象。 结露不仅会影响 辐射板的美观，而且长期结露会引起金属板腐蚀， 留下水渍，可能导致细菌的产生。如果结露严重的 话还有可能产生“办公室雨”。所以必须采取措 施，尽可能避免结露现象的发生。防止辐射板表面
辐射供冷系统结露问题的研究现状
郑 松 宣永梅
西安
王海亮
710048）
（西安工程大学
【摘 要】
辐射供冷空调系统具有良好的热舒适性、室内空气品质佳、低能耗等优点。然而辐射供冷空调有 三大主要问题：易结露，供冷能力有限以及初投资过大等。针对辐射供冷结露的问题，介绍近十 几年来国内外学者的实验研究分析及其控制方法，并对其发展趋势进行简单总结。
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制冷与空调
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结露的传统方法是对辐射板表面温度的控制， 即维 持辐射板的表面温度高于室内空气的露点温度。 一 些标准推荐室内的设计相对湿度上限为 60% ～ 70%（ISO 1994；ASHRAE 1992），在室内空气温 度 26℃时，露点温度相应为 17℃～20℃；德国标 准规定含湿量的上限为 11.5g/kg，露点温度相应为 16℃。这表明辐射板表面的温度应高于 16℃～ 20℃。因此只要控制进入辐射板的冷水温度不低 16℃，就可以防止结露的出现。 笔者对可凝性气体作的凝结过程作一简要分 析，参照文献[9]，在稳态情况下作如下假设：研究 对象为典型的办公室，人员密度 0.15 人/m2，人均 新风量 30m3/(人·h)，辐射板人均面积 3.3m2，在设 计条件下，通风量和送风状态点保持不变，人员为 极轻劳动，人员潜热负荷为 60W/人，不考虑围护 结构的渗透及不考虑参与瞬时湿交换。 在稳态情况 下，若人员密度等于或者小于设计值，系统在正常 工作时不会发生结露，但当人员密度突然增加时， 办公室内的空气露点温度将上升， 并会在高于辐射 板表面温度时形成凝水。若人员密度增加一倍，增 加的人员产生的潜热冷凝后分布在辐射板上时， 其 一小时后的厚度仅约为 26μm。
基金项目：陕西省自然科学基金（2011JQ7021） ；陕西省教育厅科研计划项目（11JK0941） ；西安工程大学校基础研究项目 （2010JC09） 作者简介：郑 松（1987-） ，男，在读硕士研究生，E-mail：kfzhs2010@163.com 通讯作者：宣永梅（1977-） ，女，博士，副教授，E-mail：xymhb@sohu.com 收稿日期：2011-07-05
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风渗透率小于0.05时，即使没有预先的通风除湿也 不会产生结露现象。 黄亦沄等引入了启动湿负荷的 概念及利用房间初始露点、 启动时间等参数计算启 动湿负荷的方法，给出了除湿机组容量选用表，指 出除湿机需要负担的负荷包括消除启动湿负荷和 人体散湿负荷所需的冷量， 以及新风冷负荷和地板 供冷冷量不足的部分等。 并且分析了控制方式对除 湿机组容量的影响。 湖南大学的殷平[17]通过分析国内外辐射供冷 系统的实践经验，提出了低温送风独立新风系统 （简称CDOAS），指出了由于CDOAS送入室内的 空气温度较低， 因此为了防止空调系统启动或室内 出现意外高湿负荷时凝露现象的发生， 一般应采用 高诱导比的送风口，并且给出了CDOAS的设计方 法。 郑树伟[18]从理论上分析了调湿建材应用于辐 射供冷房间的可行性， 指出了调湿建材用于辐射供 冷房间时，应根据供冷房间的最大湿负荷、所用调 湿建材及其平衡含水率曲线图， 来确定调湿建材的 用量， 调湿建材应主要布置在与冷壁面相邻的结构 以便于其吸湿。 南京师范大学的李先中、刘传聚、王子介[19] 搭建了地板供冷/置换通风负荷空调实验台，通过 实验的方式验证了置换通风对地板供冷的影响。 结 果表明，置换通风可增强地板与室内对流换热，其 表面传热系数有较明显的增加， 从实验的角度证明 了置换通风可以增大辐射板的表面换热系数， 从而 可以避免结露现象的出现。 上海理工大学的张科、吴兆林、周志钢等[20] 通过对辐射供冷空调系统的设计思路和计算方法 的探讨分析， 给出了一种新型的绿色节能空调系统 设计思路， 即辐射冷吊顶与独立新风系统与液体新 风技术相结合，探讨了辐射供冷的特点，指出了辐 射供冷系统与独立新风系统的结合其新风机组机 器露点温度比风机盘管加新风系统的低得多， 给出 了利用独立液体新风系统来除湿， 从而实现降低结 露危险的目的。
象。同时指出了结露是很缓慢的过程，只要独立新 风系统与辐射供冷系统的温度控制系统正常工作， 结露现象是可以避免的。 综上所述， 可凝性气体作的凝结是一个极其缓 慢的过程，只要系统的控制合理有效，结露很容易 避免。即使在控制失败或者极端不利的情况下（如 人员密度突然增加时） 也有足够的时间采取措施来 解决凝水的问题。
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引言
传统的制冷空调系统正面临着热舒适性差、 室 内空气品质不佳、 高能耗等诸多自身难以克服的问 题，而辐射供冷系统具有良好的热舒适性、室内空 气品质佳、低耗能、冷源广泛等优点，所以在提倡 节能减排的今天， 辐射供冷空调系统越来越受到人 们的关注。辐射供冷系统的最早应用是在 20 世纪 30 年代，然而由于结露问题一直没能得到广泛应 用[1-4]。欧洲于 20 世纪 90 年代对辐射供冷进行了 系统的研究，近十年来，北美、日本、韩国的学者 在这方面也做了大量的研究工作[5-7]。我国的研究 人员自 20 世纪 80 年代以来也对辐射供冷进行了模 拟测试和研究。辐射供冷具有高舒适性、低耗能、