頂棚輻射板供冷（暖）與轉(zhuǎn)輪除濕新風(fēng)系統(tǒng)相結(jié)合的應(yīng)用

頂棚輻射板供冷（暖）與轉(zhuǎn)輪除濕新風(fēng)系統(tǒng)相結(jié)合的應(yīng)用

　　0引言

　　隨著能源消耗和節(jié)能環(huán)保問題的日益突出，以及人們對(duì)辦公和居住環(huán)境要求的不斷提高，輻射空調(diào)和溫濕度獨(dú)立控制系統(tǒng)在空調(diào)系統(tǒng)的應(yīng)用也逐漸普遍。目前常用的輻射空調(diào)形式有混凝土埋管、毛細(xì)管網(wǎng)、金屬吊頂板等多種形式，與之相結(jié)合的新風(fēng)處理形式也有冷凍除濕、溶液除濕、轉(zhuǎn)輪除濕等多種形式。但目前常用的輻射空調(diào)形式在實(shí)施的過(guò)程也存在著各種各樣的問題：供冷(暖)時(shí)啟動(dòng)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(tǒng)從一定程度上解決了常規(guī)輻射空調(diào)系統(tǒng)存在的以上問題，具有更廣闊的應(yīng)用前景。

　　本文以南京某會(huì)所空調(diào)系統(tǒng)為例，介紹了頂棚輻射板供冷(暖)空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，該系統(tǒng)新風(fēng)采用轉(zhuǎn)輪除濕方式和頂棚輻射系統(tǒng)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)該會(huì)所空調(diào)系統(tǒng)的溫濕度獨(dú)立控制。

　　1工程概況

　　該會(huì)所位于南京市區(qū)，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(jìn)行節(jié)能改造，使用功能為休閑接待會(huì)所。

　　2空調(diào)系統(tǒng)形式

　　該工程采用溫濕度獨(dú)立調(diào)節(jié)的空調(diào)技術(shù)，利用新風(fēng)降溫除濕控制室內(nèi)濕度，高溫冷水(16℃)降溫控制室內(nèi)溫度。冷熱源采用地源熱泵系統(tǒng)，新風(fēng)除濕采用轉(zhuǎn)輪除濕，高溫末端采用頂棚輻射板。該系統(tǒng)顯著提高了室內(nèi)溫濕度的控制精度，使得空調(diào)系統(tǒng)的綜合能效比得到進(jìn)一步的提高，達(dá)到了高效、節(jié)能、舒適的目的。

　　3設(shè)計(jì)計(jì)算參數(shù)

　　空調(diào)負(fù)荷包含室內(nèi)負(fù)荷和新風(fēng)負(fù)荷。室內(nèi)負(fù)荷為室內(nèi)顯熱負(fù)荷和潛熱負(fù)荷。新風(fēng)機(jī)組承擔(dān)新風(fēng)負(fù)荷和室內(nèi)潛熱負(fù)荷，同時(shí)負(fù)荷高峰時(shí)，新風(fēng)機(jī)組可承擔(dān)部分室內(nèi)顯熱負(fù)荷。頂棚輻射系統(tǒng)承擔(dān)室內(nèi)顯熱負(fù)荷。

　　3.1室內(nèi)外計(jì)算參數(shù)

　　(1)室外計(jì)算參數(shù)

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

　　(2)室內(nèi)設(shè)計(jì)參數(shù)

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

　　3.2維護(hù)結(jié)構(gòu)節(jié)能改造

　　對(duì)既有建筑保溫進(jìn)行了節(jié)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(yáng)系數(shù)0.5。

　　4冷熱源及系統(tǒng)設(shè)計(jì)

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

　　水系統(tǒng)為變水量系統(tǒng)，水泵采用變頻泵，根據(jù)供回水主管道之間的壓差調(diào)節(jié)水泵頻率。同時(shí)供水主管道間設(shè)壓差旁通閥，在水泵最小頻率時(shí)，保證系統(tǒng)正常運(yùn)行。

　　系統(tǒng)原理圖見圖1。

　　5轉(zhuǎn)輪調(diào)濕新風(fēng)機(jī)組

　　新風(fēng)機(jī)組采用轉(zhuǎn)輪除濕新風(fēng)機(jī)組，該機(jī)組將低溫再生轉(zhuǎn)輪除濕系統(tǒng)，直接膨脹蒸發(fā)制冷系統(tǒng)和冷凍水冷卻空氣系統(tǒng)結(jié)合成一臺(tái)獨(dú)立緊湊的新風(fēng)調(diào)濕機(jī)組。

　　新風(fēng)機(jī)組運(yùn)行流程見圖2。

　　新風(fēng)進(jìn)入該機(jī)組首先經(jīng)過(guò)表冷器降溫，隨后經(jīng)制冷系統(tǒng)的蒸發(fā)器再次降溫，最后低溫的處理空氣經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)輪進(jìn)行除濕，除濕后空氣經(jīng)送風(fēng)機(jī)送入室內(nèi)，新風(fēng)溫度可至22℃，含濕量可至7.5g/kg。而轉(zhuǎn)輪的再生風(fēng)通過(guò)制冷系統(tǒng)的冷凝器加熱至45℃即可實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)輪的再生，省去了高溫再生轉(zhuǎn)輪再生風(fēng)加熱的能量。該機(jī)組能效比高，除濕能力強(qiáng)，又能夠利用空調(diào)系統(tǒng)冷水，可靠性高，運(yùn)行費(fèi)用低。

　　本項(xiàng)目設(shè)置了一臺(tái)處理風(fēng)量為2000m3/h的新風(fēng)機(jī)組供一層和二層共同使用。機(jī)組需處理新風(fēng)本身的熱濕負(fù)荷及室內(nèi)的潛熱負(fù)荷，同時(shí)根據(jù)實(shí)際運(yùn)行的情況可調(diào)節(jié)機(jī)組是否承擔(dān)室內(nèi)顯熱負(fù)荷。

　　本工程為改造工程，由于建筑空間原因，室內(nèi)排風(fēng)無(wú)法接至新風(fēng)機(jī)組進(jìn)行熱量回收，因此無(wú)法考慮排風(fēng)的能量回收。在一層和二層分別設(shè)置了一臺(tái)排風(fēng)機(jī)，直接排至室外，新風(fēng)機(jī)和排風(fēng)機(jī)連鎖控制。

　　6頂棚輻射末端

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

　　該頂棚輻射板為標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品，產(chǎn)品寬度一致，長(zhǎng)度可以根據(jù)使用需求定制。該標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品是由De10×1.3mm的硅烷交聯(lián)聚乙烯(PEX-b)阻氧管固定在薄鋼板上面的成型產(chǎn)品。安裝時(shí)，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(shè)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(fù)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(lián)，后串聯(lián)原則，串聯(lián)個(gè)數(shù)以保證輻射板阻力小于2m為宜，每路集管以并聯(lián)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(gè)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(xì)管輻射系統(tǒng)(18℃左右)，因而供冷能力大，啟動(dòng)速度快。同時(shí)輻射板可以結(jié)合室內(nèi)裝修板，對(duì)室內(nèi)裝修影響較小。

　　本項(xiàng)目一層分為大廳、辦公室、會(huì)診室、按摩間、備餐間等功能房間，每個(gè)房間根據(jù)面積大小，設(shè)置一個(gè)或者兩個(gè)頂棚輻射回路。每個(gè)房間設(shè)溫控器及最不利點(diǎn)設(shè)露點(diǎn)探測(cè)器，可聯(lián)合實(shí)現(xiàn)各個(gè)房間溫度控制及露點(diǎn)保護(hù)。

　　二層為大空間，屋面坡屋面。頂棚輻射板沿坡屋面布置，共設(shè)置21個(gè)回路，分4個(gè)集分水器。在最不利點(diǎn)設(shè)置4個(gè)溫控面板及露點(diǎn)探測(cè)器，實(shí)現(xiàn)整個(gè)大廳的溫度控制及露點(diǎn)保護(hù)。

　　7自動(dòng)控制要點(diǎn)

　　7.1分室溫控

　　各個(gè)房間內(nèi)設(shè)單獨(dú)的輻射板回路，每個(gè)回路設(shè)電動(dòng)兩通閥。房間內(nèi)設(shè)溫控面板，根據(jù)溫控面板的設(shè)定溫度控制供水回路上電動(dòng)兩通閥的通斷，來(lái)維持室內(nèi)溫度恒定。

　　7.2室內(nèi)濕度控制

　　由室內(nèi)回風(fēng)濕度傳感器控制新風(fēng)風(fēng)閥打開或者關(guān)閉到最小狀態(tài)。

　　7.3室內(nèi)防結(jié)露控制

　　在個(gè)房間回路上裝設(shè)露點(diǎn)探測(cè)器，當(dāng)露點(diǎn)探測(cè)器檢測(cè)到露點(diǎn)溫度接近二次水的供水溫度時(shí)，通過(guò)房間內(nèi)溫控面板(帶露點(diǎn)控制功能)及時(shí)關(guān)閉該房間回路上的電動(dòng)兩通閥，當(dāng)露點(diǎn)探測(cè)器信號(hào)解除時(shí)，開啟相應(yīng)回路上的電動(dòng)閥。

　　7.4二次側(cè)供水溫度控制

　　根據(jù)二次側(cè)供水溫度傳感器調(diào)節(jié)一次側(cè)供水電動(dòng)兩通調(diào)節(jié)閥的開度。

　　7.5新風(fēng)機(jī)組送風(fēng)溫度控制

　　根據(jù)新風(fēng)機(jī)組出口送風(fēng)溫度傳感器，調(diào)節(jié)新風(fēng)機(jī)組表冷器上電動(dòng)調(diào)節(jié)閥的開度。

　　7.6新風(fēng)機(jī)組和輻射系統(tǒng)啟動(dòng)控制

　　夏季系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，先開啟新風(fēng)機(jī)組10分鐘(具體時(shí)間可人工設(shè)定)，10分鐘后比較回風(fēng)溫濕度值對(duì)應(yīng)的露點(diǎn)溫度和設(shè)定的輻射供水溫度：回風(fēng)溫濕度值對(duì)應(yīng)的露點(diǎn)溫度低于輻射供水溫度設(shè)定溫度0.5℃時(shí)，即可開啟輻射水泵;否則繼續(xù)開啟新風(fēng)機(jī)組進(jìn)行除濕，10分鐘后再進(jìn)行判定。

　　冬季新風(fēng)系統(tǒng)和輻射系統(tǒng)可同時(shí)開啟。

　　8空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行效果

　　該項(xiàng)目竣工驗(yàn)收后即投入運(yùn)行使用，目前已經(jīng)過(guò)一個(gè)供冷季和供暖季的正常運(yùn)行。室內(nèi)溫濕度均能夠滿足設(shè)計(jì)要求。

　　在夏季供冷工況時(shí)，輻射板供水溫度15~16℃，轉(zhuǎn)輪除濕新風(fēng)機(jī)組根據(jù)室內(nèi)負(fù)荷情況，自動(dòng)調(diào)節(jié)送風(fēng)狀態(tài)參數(shù)，部分時(shí)間承擔(dān)室內(nèi)顯熱負(fù)荷。室內(nèi)溫度達(dá)到設(shè)計(jì)溫度25℃時(shí)，測(cè)得串聯(lián)最多回路(6塊輻射板)，從冷水進(jìn)水側(cè)到出水側(cè)輻射板的表面溫度分別為：18.6℃，19.1℃，19.5℃，20.2℃，20.6℃，21℃?？梢钥闯龃?lián)輻射板的表面溫度隨著數(shù)量的增加而遞增，因此設(shè)計(jì)時(shí)不宜將多塊輻射板串聯(lián)成一組，以免引起室內(nèi)各個(gè)區(qū)域溫度分布不均。

　　在冬季供暖工況時(shí)，輻射板供水溫度41~42℃，轉(zhuǎn)輪除濕新風(fēng)機(jī)組處理到室內(nèi)等焓狀態(tài)點(diǎn)。室內(nèi)溫度達(dá)到設(shè)計(jì)溫度20℃時(shí)，測(cè)得串聯(lián)最多回路(6塊輻射板)，從熱水進(jìn)水側(cè)到出水側(cè)輻射板的表面溫度分別為：33.2℃，32.9℃，32.4℃，32.3℃，31.9℃，31.5℃?？梢钥闯龆镜那闆r和夏季情況相似，輻射板的表面溫度也隨著串聯(lián)塊數(shù)的增加呈線性遞減。

　　9經(jīng)驗(yàn)總結(jié)

　　9.1高溫型地源熱泵冷水機(jī)組

　　本項(xiàng)目由于特殊原因和其他末端系統(tǒng)共用地源熱泵主機(jī)，采用了中間換熱器為輻射系統(tǒng)提供高溫冷水16℃，因此整個(gè)系統(tǒng)的節(jié)能性不能凸顯出來(lái)。在同類項(xiàng)目中應(yīng)采用專門的高溫型地源熱泵機(jī)組，機(jī)組運(yùn)行效率高，節(jié)能效果明顯。

　　9.2頂棚輻射末端

　　本項(xiàng)目采用的頂棚輻射末端設(shè)備為標(biāo)準(zhǔn)模塊化產(chǎn)品，安裝方便，供冷供暖能力強(qiáng)，易于和裝修配合，是一種新型的輻射空調(diào)形式。在本項(xiàng)目中(改造項(xiàng)目，維護(hù)結(jié)構(gòu)熱工性能不能達(dá)到新建項(xiàng)目標(biāo)準(zhǔn))能夠達(dá)到設(shè)計(jì)要求參數(shù)，在新建項(xiàng)目擬采用輻射空調(diào)系統(tǒng)時(shí)可予以推廣。但是該產(chǎn)品目前價(jià)位較高，工程安裝成本偏高。

　　在系統(tǒng)的運(yùn)行過(guò)程中經(jīng)過(guò)對(duì)輻射板壁面溫度的檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)輻射板串聯(lián)過(guò)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(lián)篇數(shù)不宜過(guò)多，否則容易造成室內(nèi)溫度分布不均，一般串聯(lián)個(gè)數(shù)以保證輻射板阻力小于2m為宜。

　　9.3轉(zhuǎn)輪除濕新風(fēng)機(jī)組

　　本項(xiàng)目采用了低溫再生的轉(zhuǎn)輪除濕機(jī)，利用制冷系統(tǒng)冷凝器的散熱45℃即可實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)輪的再生，充分利用系統(tǒng)本身的能量，系統(tǒng)運(yùn)行能效比高，運(yùn)行費(fèi)用低。同時(shí)又根據(jù)項(xiàng)目的實(shí)際情況，利用了系統(tǒng)能夠提供的7℃冷凍水，減少了系統(tǒng)中制冷系統(tǒng)的裝機(jī)容量，降低了機(jī)組的投資費(fèi)用。

　　由于本項(xiàng)目是改造項(xiàng)目，新風(fēng)系統(tǒng)無(wú)法考慮排風(fēng)的熱量回收。在同類項(xiàng)目的設(shè)計(jì)中，應(yīng)考慮室內(nèi)排風(fēng)的能量回收，可提高新風(fēng)機(jī)組的能效比，降低運(yùn)行費(fèi)用。

　　9.4總結(jié)

　　頂棚輻射供冷(暖)系統(tǒng)和轉(zhuǎn)輪除濕新風(fēng)機(jī)組相結(jié)合的溫濕度獨(dú)立控制系統(tǒng)，室內(nèi)溫度分布均勻，舒適度高，具有可實(shí)施性。

　　系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)采用高溫型熱泵機(jī)組，提高機(jī)組的運(yùn)行性能，避免采用板式換熱器二次換熱，造成能量損失。新風(fēng)系統(tǒng)應(yīng)對(duì)排風(fēng)進(jìn)行能量回收，提高新風(fēng)機(jī)組運(yùn)行效率。

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