一、前(qián)言
隨著近年來(lái)國內(nèi)地板輻射供暖技術以及熱泵技術在東北地區的(de)普遍應用。人們對(duì)地板輻射供暖(nuǎn)的舒適、便於分戶計量等特點形成了普遍的共識。就地板輻射供冷目前有很多學者在作著理論模型繁的(de)試驗和研(yán)究探討,作了大量的分析並且取得(dé)一(yī)定的成(chéng)果和結論。針對(duì)如何將地板輻射這(zhè)樣的傳熱體(tǐ)係作到供暖和供冷(lěng)相結合,使得(dé)住宅建築(zhù)達到空調環境,利用地板輻(fú)射完成冬季供暖(nuǎn)和夏季供冷(lěng)的目標。筆者經過(guò)近年的實踐和研(yán)究證明利用地板輻射和熱泵技(jì)術相結合,進而(ér)形成一種空調環境係(xì)統在住宅建築(zhù)中可以廣泛的應(yīng)用。本文將對地(dì)板輻射空調環境係統做具體的闡(chǎn)述和可行性分(fèn)析。
二、地板輻射空調環境係統的(de)前提條件和有別於傳統空調的特點(diǎn)
通過人體(tǐ)在空調環境下的舒適度(dù)的研究和探討(tǎo),得出(chū)的結論是:在供冷狀態下地板表(biǎo)麵溫度高於19℃,供熱狀態(tài)下地板表麵溫度低於29℃,是人體舒適度感覺的良好的區間值。低(dī)於19℃和高於29℃的地(dì)板輻射都會引(yǐn)起人體的不(bú)舒適。19℃~29℃地板表麵溫度的控製決定了地板輻射空調環境的實現。也決定了其運行中的意(yì)義。熱泵技術是能夠滿足這個條件控製的冷熱源。地板輻射和熱泵技術相結合是實現這一空調條環境係統的前提。也(yě)就是說地(dì)板輻射(shè)空調環境係統(tǒng)的(de)先(xiān)決(jué)條件是有低溫值熱水和高溫值冷水作(zuò)為(wéi)係統的冷熱源。通過地(dì)板輻射盤管室內(nèi)末端形式,輔助以空氣調節設施(shī)而實現。其特點如下:
(1)它通過使用一套地板輻射盤(pán)管係統(tǒng)通(tōng)過采暖季和空調季的熱源和冷源介質切換,輔助以空氣調節來達到空調環境的(de)功能需要。在現在成熟(shú)的地板輻射采暖的技術基礎之上增(zēng)加了夏(xià)季製冷,通過增加溫控、空氣置(zhì)換、流量控製等輔助設施實現(xiàn)一種相對的空調環(huán)境。
(2)改變了傳統意義上的全空氣係統、半空氣係(xì)統的空調模式。它結合各種空調理論上研究(jiū)模型和結論。轉化成(chéng)實(shí)際(jì)應用。
(3)它充分利用了現在熱泵技術提供的低溫值熱水和高溫值冷(lěng)水的冷熱源。實現了環保節能(néng)。
它(tā)與傳統(tǒng)*空調形式的(de)區(qū)別主要有以下幾個方麵:
(1)地板輻射空調以輻射換熱為主以對流換熱為輔。新風置換主要為滿足衛生需要以及(jí)補充冷量的不足,係統的新風比全(quán)空氣係統風量大為減少。大大減少了風機的能耗。整個係統可以耗費較少(shǎo)的能量(liàng),將冷量輸送至目的地。而常規(guī)空調(diào)係統是(shì)以對(duì)流換熱為主它通過輸送(sòng)同等的冷量則需要大(dà)能耗風機來(lái)實現(xiàn)。有關實驗資料表明,與常規空調係(xì)統相比(bǐ),地板(bǎn)輻射空調環境係統(tǒng)可以節省風機能耗70%~80%.*一項就可以減少空調係(xì)統的峰值用能的30%~40%.
(2)別與傳統空調係統,地(dì)板輻射空調可以使建築物具有較強的(de)蓄冷和蓄熱能力,加之(zhī)目前(qián)節能建築技術日益成熟(shú)。使得它的節能效果高於傳統空調。
(3)不存在“空調病”的問題。因為地板輻射空調 係統末端(duān)是地盤管形式,無電機等運轉元器件,無噪聲、無水管結露,因為無凝(níng)結水管*了跑、冒、滴、漏的不良現象。尤其(qí)是高溫值的冷(lěng)水運行(háng)提高人體的舒適性。解決了傳(chuán)統空調的低溫值冷水運(yùn)行帶來(lái)的過冷感覺。
(4)別與傳統(tǒng)空調的冷熱源。傳統空調是冷水機組和鍋爐提供冷熱源需要兩套設施,而地板輻射空調冬夏季共用一套室內係統,還可以一套冷熱(rè)源—熱泵,不必同時(shí)設置鍋爐房(或換熱站)和製冷機,大大減低初投資,提高了設備利用率。就目前住宅(zhái)建築的空調環境(jìng)是櫃機或多(duō)聯機實現(xiàn)夏季的供冷,冬(dōng)季靠(kào)地板輻射或散(sàn)熱器實現供熱,而地板輻射空調環境係統隻(zhī)要輔以單體的熱回收(shōu)新(xīn)風置換機就可以具備了空氣置換的(de)功能。
三、地板輻射空(kōng)調環境係統人們普遍認識中的幾個爭議(yì)和(hé)誤區(qū)
一)、室內置換通風時設置新風的必要性
對於一(yī)般民用住宅,居住人口較少,居(jū)住麵(miàn)積較大,對是否設置新風(fēng)係統的(de)必要性爭論較大,筆者通過估算,按(àn)每戶平均麵積100m2計算,處理新風耗能(néng)量約1.35kW左右,如果冷負(fù)荷指標按60W/m2考慮,包括冷負荷冷量、除濕冷量、新(xīn)風冷量約7.5kW左(zuǒ)右,新風(fēng)冷量占(zhàn)總供冷量18﹪。因此,筆者認為在國(guó)民(mín)經濟不太富裕的情(qíng)況下,采用簡單的熱回收新風(fēng)置換增加室內空氣對流,提高人(rén)體舒適(shì)感,在不影響室溫情況下也可短時間的開窗通風,*可以解決住宅新風置換的問題,沒有必要單獨設置一套難以(yǐ)控製的新風(fēng)係統。
二)、冷熱源的選擇
目前輻射供暖在我國東北地區,冬季利用(yòng)燃煤鍋爐(lú)、燃(rán)氣鍋爐,熱電聯供提供的熱水采暖的較多。隨著分戶(hù)采暖的增加,國家能源、環(huán)保的導(dǎo)向(xiàng)作用,也使能源種類和熱源設備趨於多樣化,如電熱鍋(guō)爐、單元式燃氣爐,還有熱泵裝置中的地(dì)源熱泵、水源(yuán)熱泵(bèng)、空氣源熱泵,汙水源熱(rè)泵等,另外,利用(yòng)太陽能作為地板采(cǎi)暖的熱(rè)源(yuán)正在實施。由於輻射供暖係統要求水溫低於60℃,因此熱(rè)源選擇的範圍較大(dà)。夏季(jì)冷源也不限於(yú)機(jī)械形式製(zhì)冷,還可采用複合冷熱源係統。例如熱泵裝置係統、太陽能吸收式製冷係統、冰蓄冷供冷係統等。
無(wú)論使用(yòng)何種冷熱源,首先充分考慮綜合節能的效(xiào)益,在低(dī)能耗的前提下獲(huò)取大冷熱量。同時也應考慮運行節能費用。所(suǒ)以綜(zōng)合性(xìng)比較(jiào)冷熱源的形式存在很多需要探討的問題。
三)地板輻射供冷認為的冷輻射麵在腳下,有勃於“腳暖頭涼”的健康原則的誤解。
對於人體舒適度,有關研究資料表明:室內溫度冬季≥18℃(或20℃)夏季≤26℃室內相對濕度30%~70%,地麵溫度18(或19)~29℃,空氣平均流速0.1~0.3M/S。是人體*的(de)舒適環境。地板輻射空調(diào)環境的供冷供水溫度為16℃/20℃,地板的溫度一般都超過20℃。*在(zài)舒適標準的控製內,穿鞋的腳(jiǎo)更(gèng)不會感覺到涼。因為有新(xīn)風置換在工作區內,縱向溫度場很均勻,在0.1M~1.1M溫(wēn)度差超過3℃,也不(bú)會有“頭熱腳涼”的不舒適感覺。這(zhè)是普遍認為的誤區
四(sì))普遍認(rèn)為冷表麵在下,對流換熱(rè)量小的誤解。
地板輻射空調環境係統總供冷(lěng)量是輻(fú)射熱量與對流(liú)熱量之(zhī)和,並且輻射換熱量主要部分,而影響輻(fú)射換熱的一(yī)個重要參數氣體和輻射冷表麵之間的角係數。該數值的大小取(qǔ)決於(yú)人(rén)員和(hé)冷表麵之間的距離以及冷(lěng)表麵的(de)麵積。在麵積相同時地板相對於其(qí)他表麵(牆(qiáng)壁(bì)、窗戶(hù)、天花板等(děng))而言對人體有著更(gèng)好的角(jiǎo)係數,例如一個6M*6M的房間*的人員采(cǎi)取(qǔ)站姿(zī)時地板的角係數為(wéi)0.311,坐著(zhe)時對地板的(de)角係數為0.4,人體對天花板(bǎn)的角係數為0.15~0.2,所以地板輻射供(gòng)冷量要大於(yú)頂板供冷量。另(lìng)外,冷地板的對流換熱(rè)量很大程度上取決於熱源,在(zài)人體站立的(de)周圍地麵(miàn)的冷空氣受熱會產生上升氣流,對流換熱量也在加強。這(zhè)樣就必然提高了地板輻射供冷的總供冷量,室內高(gāo)負荷可達到120~150W/M2。這(zhè)樣的論述是不是有了實驗的依據(jù)。這是同行業人士的誤區。地板輻射空調環境係統的夏季供冷從另外一個層(céng)麵是建築物整(zhěng)體蓄冷,不存在冷負荷增大的問題。
四、地板輻射空調在住宅(zhái)建築中的設計形(xíng)式簡述
(1)地板輻射空調環境係統形式
與目前的地板輻射供暖係統(tǒng)基本沒有太大的(de)變動。都是將熱水或冷水經管網輸送係統入戶,進入室(shì)內管井,分送至每戶的末端裝置-地盤管。不同的是(shì)地板輻射(shè)空調環境係統要求每戶(hù)管(guǎn)道入戶處均設供冷水、供熱水冷熱計量、以及室內溫度濕度傳(chuán)感和新風(fēng)置換裝置。做到了一套管道係(xì)統及地盤管末端裝置,繼滿足夏季供冷、又能(néng)滿(mǎn)足冬季供暖。冷熱源機(jī)房改變了傳統的鍋爐房和冷水機房改用水源或地源熱泵(bèng)。
(2)供熱、供冷地(dì)表麵平均溫度
綜合近年來的研究成果,對於供熱地表(biǎo)麵平均溫(wēn)度不宜超過29℃, 29℃是地麵供暖(nuǎn)係(xì)統地表溫度的(de)極限。供冷地表(biǎo)麵平均溫度不應高(gāo)於19℃ 。室內空氣溫度應控製26℃較宜。在(zài)腳與頭部之間的豎向溫差(chà)(從0.1~1.1m)應低於2℃。 空氣的濕度不應高於(yú)15g/Kg。冷地表麵平均溫度對室內垂直溫差(chà)比較小,製冷主要以冷輻射方式進行,工作高(gāo)度從0.1~1.1m之間,溫(wēn)差低於0.4~ 0.5℃範圍內。 地麵供冷時(shí),隻要地麵溫度相(xiàng)同,地(dì)麵材料對於熱舒適的(de)影響可以不予考慮。 夏(xià)季冷地表麵設計溫度的確定,應根據人體舒適性和經濟性雙方麵的要求綜合(hé)考慮確定,夏季設計冷(lěng)地表麵溫度一般為(wéi)應控製在19~20℃。
(3)地板輻射空調環境係(xì)統供冷、供暖的冷熱源
采(cǎi)用水源或地源熱泵通過(guò)置於室外的水源或埋管換熱器的(de)能量采集係統提供低溫值熱水和高溫值冷水冷熱源。地源熱(rè)泵技術,是利用地下的(de)土壤溫度相對穩定的特性,,通過消耗電能,在冬天把低位熱源中的熱量轉移到需要供熱或加(jiā)溫的地方,在夏天還可(kě)以將室內的餘熱轉移到低位熱源中,達到降溫或製冷的目的。地源熱泵不需要人工的冷熱(rè)源,可以取代鍋爐或市政管網(wǎng)等(děng)傳統的供暖方式和*空調係統(tǒng)。冬季它代替鍋爐從土壤中取熱,向建築物供暖;夏季它可以代(dài)替(tì)普(pǔ)通(tōng)空調向土(tǔ)壤放熱給建築物製冷。水源(yuán)熱泵是利(lì)用地(dì)下水、地表水進行冷熱交換來作為水源熱泵的(de)冷熱源(yuán),冬季把水源的熱量“取”出來,供給室內采暖(nuǎn),此時為“熱源”;夏季把室內熱量取出來,釋放(fàng)到(dào)地下水、地表水中,此時水源為“冷源(yuán)”
在製熱工(gōng)況下(xià)可以提供40℃~55℃的(de)熱水,高溫(wēn)機(jī)型可以達到70℃。在製冷工況下可以生產15℃~19℃的冷水,低溫機型可以達到8℃。*滿足地板輻射空調(diào)環境係統(tǒng)的(de)要求,具有巨大節能效(xiào)益和(hé)環境效益。
五、地板輻(fú)射空調(diào)環境係統可行分析結論
地板輻射空調環境係統利(lì)用一套係統同時用於(yú)夏季供冷和冬季供暖,減少了設備初投資,提高其使用效率,在節能性(xìng)、舒適性,排出室內有(yǒu)害氣體從而改善室內空氣品質方麵具(jù)有其他采暖空調係統不能比擬的優勢。具備便於利用自然能源和(hé)節能性冷熱源的優點
地板輻射供冷與置換通風相結合以及溫度濕(shī)度自動化控製可以(yǐ)根本解決結露問題。詮釋了由於人(rén)們擔(dān)心(xīn)地板結露問題,熱舒適性問題以及冷地(dì)板的供冷能力問題和疑慮
具備優於傳(chuán)統空調人們所關心的冷熱舒適性問(wèn)題,把地板溫度控(kòng)製在18~20℃的範圍內,在夏季不會產生腳冷的感覺,與新風(fēng)置換相結合,則可以承擔室內的全部冷負荷。根據東北不同的地點(diǎn)、區域、住宅建築。采取相應的設計*可以解決(jué)各個方麵的問題,達到空(kōng)調環境的(de)各項指(zhǐ)標。
地板輻射空調環境係統運用於民用住(zhù)宅,使(shǐ)得住宅冷、熱(rè)源一體化,即節省工程造價、節約能源,又改善室內環境。實踐證明熱泵係統在整個服務周期內的平均費用將(jiāng)低於傳統的空調係統。作者認為本技術應用前(qián)景非常廣闊.為今後進一步推廣打下了良好的基礎和經驗。