頂棚輻射板供冷（暖）與轉輪除濕新風系統相結合的應用

　　0引言

　　隨著能源消耗和節能環保問題的日益突出，以及人們對辦公和居住環境要求的不斷提高，輻射空調和溫濕度獨立控制系統在空調系統的應用也逐漸普遍。目前常用的輻射空調形式有混凝土埋管、毛細管網、金屬吊頂板等多種形式，與之相結合的新風處理形式也有冷凍除濕、溶液除濕、轉輪除濕等多種形式。但目前常用的輻射空調形式在實施的過程也存在著各種各樣的問題：供冷(暖)時啟動速度慢，單位面積供冷(熱)量小，和裝修難以配合等。而頂棚輻射板供冷(暖)系統從一定程度上解決了常規輻射空調系統存在的以上問題，具有更廣闊的應用前景。

　　本文以南京某會所空調系統為例，介紹了頂棚輻射板供冷(暖)空調系統的設計，該系統新風采用轉輪除濕方式和頂棚輻射系統相結合，實現該會所空調系統的溫濕度獨立控制。

　　1工程概況

　　該會所位于南京市區，上下兩層，一層高3.3米，二層為坡屋面，總建筑面積390m2。建筑物為既有建筑，進行節能改造，使用功能為休閑接待會所。

　　2空調系統形式

　　該工程采用溫濕度獨立調節的空調技術，利用新風降溫除濕控制室內濕度，高溫冷水(16℃)降溫控制室內溫度。冷熱源采用地源熱泵系統，新風除濕采用轉輪除濕，高溫末端采用頂棚輻射板。該系統顯著提高了室內溫濕度的控制精度，使得空調系統的綜合能效比得到進一步的提高，達到了高效、節能、舒適的目的。

　　3設計計算參數

　　空調負荷包含室內負荷和新風負荷。室內負荷為室內顯熱負荷和潛熱負荷。新風機組承擔新風負荷和室內潛熱負荷，同時負荷高峰時，新風機組可承擔部分室內顯熱負荷。頂棚輻射系統承擔室內顯熱負荷。

　　3.1室內外計算參數

　　(1)室外計算參數

　　夏季：干球溫度34.8℃，濕球溫度28.1℃;冬季：干球溫度-4.1℃，相對濕度76%

　　(2)室內設計參數

　　夏季：干球溫度25℃，相對濕度50%;冬季：干球溫度20℃，相對濕度40%

　　3.2維護結構節能改造

　　對既有建筑保溫進行了節能改造：屋頂采用8cm聚苯乙烯保溫板保溫，外墻采用5cm聚苯乙烯保溫板保溫;外窗采用6高透光Low-E+12氬氣+6透明雙層窗，斷橋隔熱鋁合金窗框，自遮陽系數0.5。

　　4冷熱源及系統設計

　　該會所和其他建筑物共用冷熱源系統。冷熱源采用地源熱泵系統，地源熱泵主機采用常規夏季7/12℃(冬季45/40℃)供回水溫度，通過板式換熱器二次換熱為會所輻射末端和新風機組提供16/19℃(冬季42/39℃)供回水溫度。

　　水系統為變水量系統，水泵采用變頻泵，根據供回水主管道之間的壓差調節水泵頻率。同時供水主管道間設壓差旁通閥，在水泵最小頻率時，保證系統正常運行。

　　系統原理圖見圖1。

　　5轉輪調濕新風機組

　　新風機組采用轉輪除濕新風機組，該機組將低溫再生轉輪除濕系統，直接膨脹蒸發制冷系統和冷凍水冷卻空氣系統結合成一臺獨立緊湊的新風調濕機組。

　　新風機組運行流程見圖2。

　　新風進入該機組首先經過表冷器降溫，隨后經制冷系統的蒸發器再次降溫，最后低溫的處理空氣經過轉輪進行除濕，除濕后空氣經送風機送入室內，新風溫度可至22℃，含濕量可至7.5g/kg。而轉輪的再生風通過制冷系統的冷凝器加熱至45℃即可實現轉輪的再生，省去了高溫再生轉輪再生風加熱的能量。該機組能效比高，除濕能力強，又能夠利用空調系統冷水，可靠性高，運行費用低。

　　本項目設置了一臺處理風量為2000m3/h的新風機組供一層和二層共同使用。機組需處理新風本身的熱濕負荷及室內的潛熱負荷，同時根據實際運行的情況可調節機組是否承擔室內顯熱負荷。

　　本工程為改造工程，由于建筑空間原因，室內排風無法接至新風機組進行熱量回收，因此無法考慮排風的能量回收。在一層和二層分別設置了一臺排風機，直接排至室外，新風機和排風機連鎖控制。

　　6頂棚輻射末端

　　本項目采用了一種新型的頂棚輻射系統。該頂棚輻射系統由頂棚輻射板，匯總管道，集分水器，露點控制系統等組成一套安全、舒適的供冷供暖系統。

　　該頂棚輻射板為標準產品，產品寬度一致，長度可以根據使用需求定制。該標準產品是由De10×1.3mm的硅烷交聯聚乙烯(PEX-b)阻氧管固定在薄鋼板上面的成型產品。安裝時，先在在頂面安裝龍骨支架，然后將輻射板固定在龍骨支架上，外面敷設一層石膏板吊頂。

　　輻射板安裝示意圖見圖3。

　　輻射板集管為De20×2.0mm鋁塑復合管，集管與輻射盤管采用金屬三通連接，輻射板連接遵循先并聯，后串聯原則，串聯個數以保證輻射板阻力小于2m為宜，每路集管以并聯4~5路輻射板為宜，同程連接。每一回路集管連接于附件的集分水器，每個集分水器連接的回路不宜多于8路。輻射板連接方式見圖4。

　　該輻射板安裝使用方便，夏季供水溫度可至16℃，低于毛細管輻射系統(18℃左右)，因而供冷能力大，啟動速度快。同時輻射板可以結合室內裝修板，對室內裝修影響較小。

　　本項目一層分為大廳、辦公室、會診室、按摩間、備餐間等功能房間，每個房間根據面積大小，設置一個或者兩個頂棚輻射回路。每個房間設溫控器及最不利點設露點探測器，可聯合實現各個房間溫度控制及露點保護。

　　二層為大空間，屋面坡屋面。頂棚輻射板沿坡屋面布置，共設置21個回路，分4個集分水器。在最不利點設置4個溫控面板及露點探測器，實現整個大廳的溫度控制及露點保護。

　　7自動控制要點

　　7.1分室溫控

　　各個房間內設單獨的輻射板回路，每個回路設電動兩通閥。房間內設溫控面板，根據溫控面板的設定溫度控制供水回路上電動兩通閥的通斷，來維持室內溫度恒定。

　　7.2室內濕度控制

　　由室內回風濕度傳感器控制新風風閥打開或者關閉到最小狀態。

　　7.3室內防結露控制

　　在個房間回路上裝設露點探測器，當露點探測器檢測到露點溫度接近二次水的供水溫度時，通過房間內溫控面板(帶露點控制功能)及時關閉該房間回路上的電動兩通閥，當露點探測器信號解除時，開啟相應回路上的電動閥。

　　7.4二次側供水溫度控制

　　根據二次側供水溫度傳感器調節一次側供水電動兩通調節閥的開度。

　　7.5新風機組送風溫度控制

　　根據新風機組出口送風溫度傳感器，調節新風機組表冷器上電動調節閥的開度。

　　7.6新風機組和輻射系統啟動控制

　　夏季系統運行時，先開啟新風機組10分鐘(具體時間可人工設定)，10分鐘后比較回風溫濕度值對應的露點溫度和設定的輻射供水溫度：回風溫濕度值對應的露點溫度低于輻射供水溫度設定溫度0.5℃時，即可開啟輻射水泵;否則繼續開啟新風機組進行除濕，10分鐘后再進行判定。

　　冬季新風系統和輻射系統可同時開啟。

　　8空調系統運行效果

　　該項目竣工驗收后即投入運行使用，目前已經過一個供冷季和供暖季的正常運行。室內溫濕度均能夠滿足設計要求。

　　在夏季供冷工況時，輻射板供水溫度15~16℃，轉輪除濕新風機組根據室內負荷情況，自動調節送風狀態參數，部分時間承擔室內顯熱負荷。室內溫度達到設計溫度25℃時，測得串聯最多回路(6塊輻射板)，從冷水進水側到出水側輻射板的表面溫度分別為：18.6℃，19.1℃，19.5℃，20.2℃，20.6℃，21℃。可以看出串聯輻射板的表面溫度隨著數量的增加而遞增，因此設計時不宜將多塊輻射板串聯成一組，以免引起室內各個區域溫度分布不均。

　　在冬季供暖工況時，輻射板供水溫度41~42℃，轉輪除濕新風機組處理到室內等焓狀態點。室內溫度達到設計溫度20℃時，測得串聯最多回路(6塊輻射板)，從熱水進水側到出水側輻射板的表面溫度分別為：33.2℃，32.9℃，32.4℃，32.3℃，31.9℃，31.5℃。可以看出冬季的情況和夏季情況相似，輻射板的表面溫度也隨著串聯塊數的增加呈線性遞減。

　　9經驗總結

　　9.1高溫型地源熱泵冷水機組

　　本項目由于特殊原因和其他末端系統共用地源熱泵主機，采用了中間換熱器為輻射系統提供高溫冷水16℃，因此整個系統的節能性不能凸顯出來。在同類項目中應采用專門的高溫型地源熱泵機組，機組運行效率高，節能效果明顯。

　　9.2頂棚輻射末端

　　本項目采用的頂棚輻射末端設備為標準模塊化產品，安裝方便，供冷供暖能力強，易于和裝修配合，是一種新型的輻射空調形式。在本項目中(改造項目，維護結構熱工性能不能達到新建項目標準)能夠達到設計要求參數，在新建項目擬采用輻射空調系統時可予以推廣。但是該產品目前價位較高，工程安裝成本偏高。

　　在系統的運行過程中經過對輻射板壁面溫度的檢測，發現輻射板串聯過多的回路中，末端壁面溫度在夏季高于始端近2℃。因此建議，輻射板的串聯篇數不宜過多，否則容易造成室內溫度分布不均，一般串聯個數以保證輻射板阻力小于2m為宜。

　　9.3轉輪除濕新風機組

　　本項目采用了低溫再生的轉輪除濕機，利用制冷系統冷凝器的散熱45℃即可實現轉輪的再生，充分利用系統本身的能量，系統運行能效比高，運行費用低。同時又根據項目的實際情況，利用了系統能夠提供的7℃冷凍水，減少了系統中制冷系統的裝機容量，降低了機組的投資費用。

　　由于本項目是改造項目，新風系統無法考慮排風的熱量回收。在同類項目的設計中，應考慮室內排風的能量回收，可提高新風機組的能效比，降低運行費用。

　　9.4總結

　　頂棚輻射供冷(暖)系統和轉輪除濕新風機組相結合的溫濕度獨立控制系統，室內溫度分布均勻，舒適度高，具有可實施性。

　　系統設計時，應采用高溫型熱泵機組，提高機組的運行性能，避免采用板式換熱器二次換熱，造成能量損失。新風系統應對排風進行能量回收，提高新風機組運行效率。

　　參考文獻

　　[1]劉曉華江億張濤著.溫濕度獨立控制空調系統(第二版).北京:中國建筑工業出版社，2013.5

　　[2]陸耀慶主編.實用供熱通風設計手冊.北京:中國建筑工業出版社,2008

　　[3]GB-2012民用建筑供暖通風與空氣調節設計規范

　　[4]趙義榮主編.簡明空調設計手冊.北京:中國建筑工業出版社,1998

　　[5]江蘇省住房和城鄉建設廳科技發展中心編著.江蘇省綠色建筑應用技術指南.江蘇科學技術出版社，2013.4