国内复合辐射供冷空调系统研究现状

康智强，彭馨莹，程小聪，冯国会

（沈阳建筑大学，辽宁 沈阳 110168）

1 前言

近年来，在北方地区地板低温辐射供暖已经应用得越来越广泛，人们也开始尝试在夏季使用辐射供冷的方式替代传统的空调系统。传统的空调系统以对流为主要方式，送风口风量大，易产生吹风感而影响人体的舒适性，而且室内的空气品质往往达不到人居住的要求。而辐射供冷空调系统是以辐射换热方式为主，不仅可以满足对供冷量的需求，还能通过蓄热作用节能。但是，辐射供冷系统在房间湿度大和供水温度低的时候，非常容易出现结露现象［1］。因此，研究者们开始将地板送风、置换通风和贴附射流引入到辐射供冷系统中，这既能解决室内的空气品质问题，还有助于抑制结露现象，有很大的应用前景和研究空间。

2 辐射供冷空调系统

辐射供冷是依靠供冷部件与围护结构内表面间的辐射换热，从而解决房间内部冷负荷的供冷方式，根据辐射板位置可分为顶板辐射供冷系统和地板辐射供冷系统［2］，这种方式既可用于民用建筑供冷也可以用于工业建筑降温。顶板辐射供冷是将冷水管布置在房间的顶板内，以辐射的方式与室内进行热量交换，这种供冷方式施工安装和维护管理比较方便，不影响室内设施和装饰的布置［3］。地板辐射供冷是利用冷水来为地板降温从而加强人们和地板的辐射换热，达到使人体舒适的作用，在大空间大面积的建筑中能起到很好的降温作用。顶板辐射供冷系统和地板辐射供冷系统都具有运行费用低、无噪声和室内热环境舒适的优点，但是与地板辐射供冷系统相比，顶板辐射供冷系统不会出现头热脚凉的问题［4］。

3 复合辐射供冷空调系统常用的3种送风方式

辐射供冷系统常采用的送风方式有地板送风，置换通风和贴附射流。这3种送风方式的特性决定了3种复合辐射供冷空调系统的热舒适性和防结露性的好坏程度。

3.1 地板送风

地板送风是利用从地板里的送风口送出的具有一定速度的射流去卷吸房间下部污浊空气，混合后的气流从房间上部的排风口排出［5］。送风温度可低于置换通风的送风形式，系统所解决的冷负荷大于置换通风。

3.2 置换通风

与地板送风不同，置换通风的新风从房间的下部以较低的速度送出并沿地面扩散开来，在地面上形成洁净空气湖，当接触到热源后卷吸污浊空气上升，由房间上部的排风口排出［5］。

3.3 贴附射流

贴附射流的送风口位于房间上部，由于房间上部的射流区和下部的回流区之间的静压差的作用［5］，射流只能贴附于天花板表面流动，并在近墙处下降，在射流区下部不断卷吸室内污浊空气，再由对面墙壁上接近顶板的回风口排出。

3种送风方式的优缺点对比见表1。

表1 3种送风方式的优缺点对比

4 复合辐射供冷空调系统

单纯的辐射供冷系统没有除湿功能，也不能引入新风保证良好的室内空气品质。而且在实际应用辐射供冷系统时，当地板或顶板的表面温度低于地面或棚面附近空气的露点温度时，地板或顶板就会产生小液滴，出现结露现象［6］。为了解决这些问题，研究人员开始将新风系统（如地板送风，置换通风，贴附射流）与辐射供冷系统相结合，形成复合辐射供冷空调系统。

4.1 辐射供冷空调系统的热舒适性

4.1.1 地板送风与地板辐射供冷空调系统

夏学鹰等研究了地板辐射供冷与地板送风混合式空调系统的实际应用性［7］，发现了地板送风与地板辐射供冷的结合使用，使得地板辐射在防止结露和保证良好的室内热舒适环境上有很大的发展前景。王亮等研究了辐射供冷与下送风复合空调系统的使用性能［8］，结果表明，在风速、送风温度和风口尺寸等参数设置相同时，地面送风使工作区的风速达到了0.4 m/s，容易造成人体的不适。

4.1.2 置换通风与顶板或地板辐射供冷空调系统

陈露等比较了相同面积条件下地板、墙壁和顶板3种不同辐射供冷方式与置换通风复合系统的室内热舒适情况［9］，结果表明，在统一设置风速、风口尺寸和房间面积等参数的情况下，顶板辐射供冷加置换通风空调系统，使得距地面1.1 m处的工作区垂直温差超过3℃，不满足舒适性要求，地板辐射供冷加置换通风空调系统不会出现这种情况。唐凯等以上海某栋别墅辐射吊顶加置换通风系统为研究对象测试了夏季运行工况下室内舒适性［10］，结果表明，系统在夏季可以实现舒适的室内热环境，并且运行稳定。唐丽艳等模拟了辐射板置换通风房间的速度场［11］，结果表明，热源附近的空气流速较大，速度大于0.25 m/s，其它区域的气流速度低于0.1 m/s，因此不会使人体有吹风感，热舒适性好。

4.1.3 贴附射流作用下顶板辐射供冷加置换通风空调系统

于志浩等搭建了辐射吊顶与贴附射流和置换通风复合系统的实验平台［12］，结果表明，辐射吊顶与贴附射流复合系统的PMV值都在0.4左右，辐射吊顶与置换通风复合系统的PMV值在-0.1左右。根据标准化组织 ISO7730中-0.5≤PMV≤+0.5、PPD≤10%的热舒适要求［13］，这2种复合辐射供冷空调系统都满足舒适性要求，辐射吊顶与置换通风复合系统的PMV值更接近0，因此，辐射吊顶与置换通风复合空调系统的舒适性更好。钱佳炜等模拟了采用贴附射流作用下辐射冷顶板与置换通风复合空调系统房间的室内热环境［14］，结果表明，贴附射流作用下顶板辐射供冷加置换通风空调系统房间，人体脚踝和头部之间的温差不大于3℃，能给人良好的热舒适性，室内风速在0.05-0.25 m/s之间，不易让人产生吹风感。

4.2 复合辐射供冷空调系统的结露问题

4.2.1 地板送风解决结露问题

袁玉洁等发现结露的实质是空气里的水蒸气和低于水蒸气饱和温度的辐射冷板相接触发生的传热传质现象［15］。由此可见，辐射冷板进水温度过低及室内散湿量过大是造成冷板表面结露的主要原因。路诗奎等研究了地板辐射供冷的结露机理［16］，发现了影响结露的关键因素是辐射地板的表面温度。由于地板送风的风速大、送风量大，地板送风可以承担起室内更多的冷负荷，辐射地板的温度就可以提高1～2℃，辐射地板的管道进水温度也相应地提高，从而可以减轻结露现象。

4.2.2 置换通风解决结露问题

置换通风送进的室外新风在地面扩散开来，隔绝了室内空气与辐射地板的接触，形成了一个相对干燥的空气膜，减少了结露现象的发生。王亮等对建筑物进行实测和模拟［17］，研究了增大置换通风的送风速度对结露现象的影响，发现了送风速度在小于1.5 m/s时依然可以起到隔绝湿空气与辐射地板的作用，减轻结露现象。李红伟等模拟了不同送风温度下房间的温度场［18］，结果表明，保证人员觉得热舒适的前提下，为防止地板表面结露，置换通风的送风温度只能低于室内设计温度2～4℃或者等于室内设计温度，同时地板表面温度控制在19～23℃。任艳莉等通过对建筑物实测对比了单一的辐射供冷空调系统与辐射供冷加置换通风复合空调系统［19］，发现了置换通风在靠近地面处形成干燥空气层，可有效减轻结露现象。

4.2.3 贴附射流解决结露问题

贴附射流送入的新风，附于天花板顶板上流动，将辐射冷顶板和房间内的空气隔绝，形成一个空气保护膜，贴附射流送进的新风温度要比室内空气低，因此就可以有效解决结露问题。并且由于冷辐射板表面温度的降低提高了供冷量，贴附射流与冷辐射板的对流作用加强了冷辐射板的换热能力［20］。周根明等通过试验多次对比了单一的辐射供冷空调系统和采用贴附射流的复合空调系统防结露效果［21］，结果表明，在供水温度降到13 ℃的1 h后，没有贴附射流的一侧，出现结露现象，而设置贴附射流的一侧没有出现结露现象。由此证明，贴附射流的确可以在冷辐射板表面形成干燥的空气层，阻止温度高湿度大的室内空气和辐射板的接触，避免结露现象。赵忠超等研究了辐射供冷与竖壁贴附射流结合的空调系统房间空气品质［22］，结果表明，在常用的辐射板温度和贴附射流送风参数条件下，0.1～1.1 m高度的温差小于1.5℃，0.1～1.1 m高度空气流速小于0.3 m/s，贴附射流有效降低冷辐射板表面结露的可能性。

贴附射流作用下，顶板辐射供冷加置换通风空调系统最大的优势是将贴附射流和置换通风相结合，一方面，贴附射流可以集中解决辐射顶板结露的问题而不需过多解决室内冷负荷，另一方面，置换通风可以弥补贴附射流排污能力差的缺陷。贴附射流作用下，顶板辐射供冷加置换通风空调系统，这种复合空调系统更好地在满足室内冷负荷和空气品质的前提下解决了顶板结露的问题。

5 结论

（1）由于地板送风的风速大、送风量大，地板送风可以承担起室内更多的冷负荷，辐射地板的温度就可以相对提高，从而可以有效地减少结露现象。以置换通风的送风方式送入的低温干燥新风在地面扩散开，形成了一个空气膜，隔绝了室内空气与辐射地板的接触，可以减轻结露现象。

（2）由于贴附射流本身特性，在防结露问题上，引入贴附射流的辐射供冷系统，大大优于引入置换通风的辐射供冷系统，并且贴附射流的辐射供水温度可以更低，制冷效果会更好，所以，贴附射流作用下的顶板辐射供冷加置换通风系统的防结露效果大大优于前者。

（3）置换通风本身的特性，决定了置换通风与地板辐射供冷系统在维持良好的室内空气品质和室内热舒适环境上优于地板送风与地板辐射供冷系统。置换通风与顶板辐射结合的复合空调系统房间的热舒适性高于置换通风与地板辐射结合的复合空调系统。

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