地冷室内降温的全新模式探究

高忠义　辽宁营口市万弘建筑工程有限公司



地冷室内降温的全新模式探究

高忠义辽宁营口市万弘建筑工程有限公司

摘要：随着人们对室内温度控制要求提高，优化设计室温控制新模式，实现地冷降温，独具发展趋势。针对基于地冷技术的室内降温问题，从多个方面进行分析研究，分析地冷室内降温的可行性，并为构建室内降温新模式寻求新技术方法支持，以便实现地冷室内降温。

通常多应用空调、开窗通风等手段，实现室内降温。基于当前科技的提升，可以改进室内降温模式，以冷水循环的方式给小区集中室内供冷,使用大型冷水机工业化集中制冷，并利用风电发电特性和供冷方式相同的特点作为电源驱动，不仅可以提高制冷系统运行效率，也可以缓解夏季高温室内将来带来的电负荷，缓解能源紧张状况，发挥节能环保作用，实现地冷降温。

1　地冷室内降温优势

地冷可以冷水循环方式，来实现室内降温；也能够利用冷风机盘管、冷水片等形式，实现地冷降温。以下主要探讨以地板供冷模式实现室内降温的优势。

1.1有效发挥降温作用

地冷降温，利用传导、辐射交换热量，即地板传导、辐射供冷，可以依靠冷地板和其维护结构表面，使其与人体之间产生辐射换热，实现房间供冷。当前地冷室内降温中，由于室内空气温度在低于30℃，可保证室温和地板温度差为5℃[1]。同样，在地冷降温系统中，出于对热舒适性的考虑，冷地面温度不应低于19℃，这样限制冷地面供冷能力。才可以具备实用效果，不仅可以降低房间的围护结构温度，还会增加人体的辐射散热量，才能发挥有效作用。

1.2改善居住环境

目前使用空调都是将室内的热量传导室外。空调外机周围温度明显增高，加剧了本来炎热夏季气温，对周围环境产生了不利影响，再者空调可能存在噪音，对声音敏感的人而言，噪音在40～60 dB，就会有明显感觉甚至影响正常生活。应用地冷室内降温，可以通过冷水循环地板供冷，并不会存在着噪音问题，不仅节能，还可以为室内用户提供舒适性强的制冷体验，降温的同时，也满足用户需求，改善室内居住环境。

1.3发挥环保经济效益

地冷降温可以实现集中工业化制冷，显著改善传统地冷分散制冷的能源损耗。可根据风力发电特性以及供冷运负荷运行相符特点，利用风力发电或其他清洁能源，为大型制冷机供电。并且，也可以利用潮汐，做低温冷却介质，实现对大型冷水机组的冷凝器循环系统降温，节省冷却凝器循环系统所需的能源消耗，并使进入用户室内入口的水温达到地冷降温目的；这样在夏、冬两季，均可以提高地冷制冷系统的运行效率，缓解夏季高温带来的电负荷突增，缓解电力能源紧张状况，节能环保。

2　研实现室内地冷降温的可行性

（1）优化设计地冷降温系统，不仅可以提高地板冷表面和室内空气传热系数，也可以提高冷地板供冷能力；从而可以避免地板结露，保证进户入口水温有较低温度达到降温目的[2]。（2）实现地冷室内降温，可以有效的改善地冷降温室内环境条件，提高降温效果；同时，也能够降低室内空气的露点温度，发挥降温作用。（3）安装置换通风系统，能够在地板近地面形成干燥的空气层，通过应用空气湖作用，从而防止室外热湿空气与冷地板接触，有效预防地板结露现象的发生。（4）可以提高排风与送风的温度差，扩大了地板供冷系统的使用地域，改变了住宅建筑内只能靠送风降温的情况[3]。同时，实现地冷室内降温，可以避免室内用户产生空调病问题，避免了人在室内睡眠中引起不适，可以提供稳定房间温度，具备舒适度。

3　分析构建地冷室内降温模式的方法

3.1地冷降温结构设计

室内地板供冷，其地板供冷埋管方式和地板采暖相同，同时，鉴于地板供冷单位面积较小，以夏季作为布管标准，自下而上从而绝缘层、混凝土层、水泥砂浆找平层、地板层布管，如图1所示。

图1　地板供冷结构

同时，可以将地板和房间主体热湿空气隔离，避免地板结露。每根导冷性水管的一端分别与分水器给水口联结，导冷性水管的另一端分别与分水器回水口联结[4]，还可以在居室的墙面上安装冷水片，分水器的每个给水口、回水口都各装有一个控制阀门，分水器的总进水口和总回水口分别通过进水管、回水管。

3.2模拟室内降温数值

采用 两方程模型进行求解，浮升力模型采用非线性Boussinesq密度。控制方程的通用形式为：

式中：φ、Γφ、Sφ分别表示通用变量以及广义扩散系数、广义源项。

本文主要采用采用有限差分法，应用该数值解法，计算有限容积。

简化边界条件：送风口送风速度低，近似认为为不可压缩流体，空气物性为常数；考虑重力因素；对于浮升力的作用，采用Boussinesq密度假设方法[5]；对于传热墙壁和地板表面采用第一类热边界条件，给定温度；人体和灯具采用第二类热边界条件，给定热通量，不考虑门窗的影响；考虑重力因素的影响，设定重力加速度的大小和方向。

3.3划分几何模型与网格

利用CFD软件对室内降温方案进行分析模式，针对不同的送风风速以及不同的地板表面温度进行模拟研究，有效分析送风风速、地板表面温度的影响，以便可以优化设计节能、舒适的地冷室内降温系统。可以应用国内标准办公室的几何模型，长宽高分别为6 m、4 m、3 m，模拟单个人体坐姿模式，人体模型尺寸取为0.4 m、0.4 m、1.1m位置处于房间正中央，具体见图2。

划分网格采用六面体结构化网格，在X、Y、Z方向上的节点间距均取0.05 m，为了增加计算的精确性，在送风口、室内热源、和回风口处进行局部加密，在热源、送风口和回风口处的节点间距均取为0.02，生成了462 534个网格，模型的网格划分见图3所示。

图2　几何模型

图3　网格划分

3.4效益分析

地冷室内降温中，在热源附近，低速和低温的空气遇热上升，扰动热源周围的空气，并使热源周围产生回流，使对流换热增强，最终把热源的热量通过上升气流带入房间的顶部，然后通过回风口或者排风口移出室内[6]。房间在竖直方向上温度分布存在着热力分层，近地板处温度较低，离天花板越近温度越高，热源附近的区域温度相对要高一些，结合了置换通风后，室内的高温区域处在房间的最上端，在回风口或者排风口的抽吸作用下，室内热源散发出的热量被带走，起到了良好的置换作用。地冷室内降温中，由地板表面温度为20℃可以知道，在临近地面处的温度梯度较大，有将近3℃的温差。并且不同地板温度对复合空调系统的影响也不同。因此实际地冷降温，可以满足人体的热舒适性要求，可以在此前提下选择合适的设计方案，提升地冷室内降温效益。

4　探析地冷室内降温模式实践策略

4.1实践案例

某住宅小区，测试的房间面积约为18㎡，该房间的地冷室内降温中，降温模式中，对于地埋管采用双回路的布置方式，这样可以得到尽量均匀的地面温度。同时，在该模式中，地冷冷源应用国产的分体式风冷热泵机组，额定制冷量可以达到5.8 kW；并且，还为该机组配用全封闭涡旋式压缩机，压缩功率2.34 kW。地冷室内降温全新模式中，在地冷室内降温方面，其轴流风机功率0.1kW。室内的新风，需要先通过除湿机降温减湿之后，才可以由置换通风器送入到室内。同时，在地冷室内降温之中，确保置换通风器可送风均匀，送风的速度应该低于0.5 m/s。地冷室内降温之中，对于补偿的套间，则可模拟外界大气环境，安装暖风机与加湿器，确保实验的可行性，检验地冷室内降温模式的可行性。

4.2实践过程

可以将住宅小区用管路相互联结成网络，使用大型冷水机组工业化集中制冷，以减少单机运行损耗、提高效率，使定期保养和维修其工作效率明显改善。同时对载冷剂运行设备采取一些降温措施，如隔冷、防腐、防泄，并加上日常维护，最大限度地减少对周围环境的影响；冷却箱及管路设置在海水（江水）最低水位线以下[7]。地冷室内降温中，保证冷却装置及海水（江水）管路充满水，并能在潮汐（江水顺流而下）过程中能形成海水（江水）循环流动，利用风力（光伏）发电做动力电源，电源和大型制冷机组两地之间通过通信系统实时监测和相互控制，也就是说风力和光伏发电时大型制冷机组负荷开始工作运行，停发时其负荷停止工作运行，不对电网系统的电力和负荷情况产生影响。室内冷循环水设计如图4所示。

可摊平室内水泥地面碎石，并可以根据室内面积大小，将几根地板导冷性水管并列的均匀铺在碎石上，在表面铺设导冷地板形成地冷。通过压缩机的制冷剂流量与通过设备的流量相等时，以及压缩机所产生的能量头与制冷设备的阻力相适应时制冷系统的工况才能保持稳定。冷水机及其他附属设备设置在地下室车间里，保证这些设备避免阳光的直接照射，工作在较为低温的环境，降温箱﹑载冷剂箱﹑冷却箱以及地下水井或者储水池都能高效工作，还可在居室的墙面上安装冷水片，分水器的每个给水口、回水口都各装有一个控制阀门，控制其开、合；再有设置一户一伐作为及流量计量，给商业运营提供简单有效的的控制手段。还可把小区住宅风力（光伏）发电，作为大型离心式制冷机组设备运行电源，实行实时监测、通信调度，有效地控制风力（光伏）发电与冷却机组运行负荷平衡，降低运行成本，经济方便。

图4　室内冷水循环系统

4.3实践结果

主要以一楼的房间做为本次的实验对象，其补偿套间温度达到34℃，房间相对湿度可以达到69%，对于此时放进的露点温度，可以达到27.6℃。然后，可以根据上一年度气象参数的显示结果，进行对比，针对于室外的露点温度，当温度高于27℃中时，其温控百分比就是4%。对于本次实验之中，可以自动的运行地冷降温系统中的热泵，及系统自启停控制，当地冷降温中，出水温度高于17℃之时，就可以启动压缩机；地冷室内降温全新模式中，当温度低于14℃时，就要确保地冷降温压缩机停转。并且在改进的地冷室内降温模式之中，应用除湿机，当室内环境的湿度大于 55%之时，就会自动的启动设备除湿机，当空气湿度小于45%时，这个系统的除湿机就会自动的停止。地冷室内降温全新模式中，低温制冷机出水温度在0.5～20℃；该地冷室内降温模式设计简单，符合实际，节省了能源。

4.4实践效益分析

应用改进后的地板供冷系统，不仅可以有效降低房间内温度，同时对于该地冷降温中，还将会联合置换通风系统，可以进一步降低房间温度。设计地冷室内降温新模式，不仅可以取得较好房间空调降温效果。工作区内的空气温度，可以达到24.6～26.4℃；同时，在本实验中还发现，如果在房间内，其各处的露点温度是不一致的，房间下低于房间上部的露点温度。故此，在实际中，地板供冷，可以使得房间内形成竖直温度梯度，保证人体舒适性，并符合相关的标准要求。对于地冷室内降温中，可以保证进户入口水温有较低温度达到降温目的；并利用网络化智能通信手段和现代化的通信技术相互进行实时监测与通信调度，使大型冷水机组和风力发电之间建立起供配关系，不对原电网系统的电力和负荷供配状况产生影响；并且置换通风，可以在房间之内产生竖直的温度梯度。对于本实验之中，降低负荷，产生实际应用价值。

5　结语

综上所述，实现地冷室内降温全新模式，研制出低温冷水循环系统，实现节能减排，可以有效改善室内居住环境，降低室温。优化设计地冷系统中的冷交换装置，使室内循环水可以保持在约5℃，有效控制室温，实现地冷室内降温，发挥实际应用价值。

参考文献

[1] 王吉庆,张百良.几种降温措施在温室夏季降温中的应用研究[J].农业工程学报,2006,22(9):257-260.

[2] 金星,张小松,曹熔泉，等.地板辐射供冷系统的数值模拟[J].太阳能学报,2010,31(6):732-737.

[3] 宣永梅,王海亮,黄翔，等.地板辐射与置换通风空调系统运行参数[J].土木建筑与环境工程,2012,34(6):115-119.

[4] 张东亮,刘明会,芮应翔，等.干式与湿式地板辐射做法结合下送风供冷系统性能比较实验研究[J].建筑科学,2013,29(12):55-59.

[5] 宫克勤,刘新,王卓智，等.地板辐射供冷/供暖系统经济性对比分析[J].暖通空调,2015,(1):78-81.

A New Mode Discovery of Indoor Underground Cooling

Gao Zhongyi
Liaoning Province Yingkou City Wanhong Construction Engineering Limited Company

Abstract:With improving people indoor temperature control requirements, it is an important trend to optimize indoor temperature control new design mode and achieve underground cooling. Focused on indoor underground cooling problems, the article analyzes feasibility of indoor underground cooling from many aspects and looks for new techniques to build up new mode of indoor cooling to realize indoor underground cooling.

Key words:Indoor Cooling, Underground Cooling, New Mode, Cold Water Recycling

DOI:10.13770/j.cnki.issn2095-705x.2016.02.009

关键字：室内降温；地冷；新模式；冷水循环