恒温恒湿辐射空调系统的设计

恒温恒湿辐射空调系统的设计

恒温恒湿辐射空调系统是以地源热泵为主要冷热源，以铺设在建筑顶面或地面层下的盘管或毛细管网为冷热源辐射末端，以水为输送能源的媒介，配套安装新风除湿机组及新风管道系统、智能露点温控系统等组成的节能系统。由于它采用温度和湿度两套独立的空调系统，分别调节控制室内的温度和湿度，从而打破了常规空调采用的热耦合处理的方式，减少了高品质冷源的过度消耗，因此节能效果显著。

标签：恒温恒湿；温湿度独立控制；辐射末端

引言

近年来经济发展迅速，导致能源供给日趋紧张。其中空调能耗占整个建筑能耗的一半以上，而目前空调系统主要依靠电力驱动。因此，采取一切可行的方案以降低建筑能耗，缓解电力紧张局面，成为迫在眉睫的大事。建设低能耗的建筑和使用节能绿色空调系统便是其中最有效的解决方案。从目前国内现有的空调系统结构分析来看，常规的空调处理方式普遍采用热耦合的调节控制原理，夏季采用低温冷源通过空气冷却器对空气进行冷却和冷凝除湿，为室内提供干燥清洁的空气，实现排热排湿，为人们营造舒适的环境。而降温和除湿共用一套系统统一处理，考虑到冷源温度受到室内空气露点的限制，因而只需要温度为15-18℃的冷源即可满足降温要求的排除余热的过程不得不与除湿过程共用5-7℃的低温冷源。因此传统的空调处理方式造成了能量利用品位上的浪费。为了改善现有空调的缺陷和不足，人们提出了一种全新的空气处理方式即恒温恒湿辐射空调系统，该系统采用两套独立的处理系统，新风系统承担提供新鲜的空气保证室内空气质量的责任，同时还需排出室内余湿，满足卫生标准和人员要求。由于余湿由单独的新风系统处理，因而温度处理系统可不采用7℃的冷源而改用15-18℃的冷源便可以满足降温要求。因此，采用恒温恒湿辐射空调有效的减少了此部分冷量的消耗。

1 系统原理

恒温恒湿辐射空调系统由温度控制系统和湿度控制系统两个系统组成，两个系统分别控制室内的温度和湿度。湿度控制系统由新风处理机组和送风末端装置组成，采用新风作为能量输送的媒介，通过改变送风量来控制室内的湿度，同时去除二氧化碳、异味等满足人员卫生需求。温度控制系统由高温冷源、辐射板等末端装置组成，以水、制冷剂等作为输送媒介，采暖供水水温28-32℃，夏季供水水温16-18℃。相比传统方式的采暖水温45℃，制冷水温7-12℃的要求，极大的降低了能耗，且供水温度高于室内露点温度，因而避免了地板结露的风险。

2 系统设计

文章以某高档住宅小区为例，着重介绍恒温恒湿辐射空调系统的设计方案。

该项目位于河北省石家庄市，小区占地43亩，总建筑面积11万平方米，共五栋楼，总建筑采暖空调面积44124m2，配置了先进高端的恒温恒湿辐射空调系统。设计计算数据以1#别墅为例，1#别墅层高为5层，采暖空调面积4095m2，采用天正暖通软件对建筑冷热负荷进行模拟分析计算，模拟过程中采用的建筑面积、围护结构、功能分区、室内计算参数等均采用该建筑图纸中的相关数据。计算结果如表1所示。

2.1 新风系统设计

新风的基本任务是满足室内人员卫生需求同时承担排除室内余湿，去除二氧化碳和异味等，保证室内良好的空气品质。新风量的计算按照套内体积X（1.2-1.5）c/h换气次数选型，人均新风量按照30CMH计算，最终按两者中的最大值進行选型计算。根据计算结果，1#别墅选用两台天加TICA新风机组，送风量为5000m3/h，新风系统采用集中式新风设计，将机组置于楼顶；机组送风管道、回风管道分别通过原先预留的建筑孔洞自上而下的送入每层的送风分配器，通过分配器和地面管路流向送风末端，回风通过门头透风槽流向集中回风口回到主机进行交换。新风机组具备制热、制冷、除湿、加湿、热回收和过滤功能。

2.2 室内末端 地板辐射采暖/制冷系统设计

温度控制系统的末端设备为换热装置，高温冷水、低温热水或制冷剂等冷媒输送到末端换热器内，如铺设在地板或墙壁内的辐射板，通过对流、辐射方式进行换热。由于辐射的超距作用，即可不经过空气而在表面之间进行换热，因此减少了室内余热排出室外整个过程的换热环节。该项目每户地面铺设直径为20的PE-RT盘管，盘管间距为150mm，距墙间距20-30mm辐射面传热量满足房间所需供热量或供冷量的需求。

2.3 机房冷热源系统设计

恒温恒湿辐射空调系统需要的冷源温度与常规空调所使用的冷源温度不同，冷水温度由常规的5-7℃。提高到了16-18℃，因此很多自然冷源便可加以利用。例如利用土壤储存的热量或冷量与地下埋管换热器之间进行换热，从而实现向建筑物供热和供冷的目的。该项目夏季制冷系统冷热源采用热泵-冷却塔系统，整个系统选用了两台低温地源热泵机组，其中一台WPS470.3B型机组负责住宅地板辐射系统，一台WPS570.3BHR型机组负责住宅新风系统，热泵机组具有热回收功能，在夏季制冷时可同时制备热水。冬季住宅供热采用城市集中供热热源，安装水水交换机组，分成两个供热循环水系统，其中地板辐射采暖系统供水温度能够在30-40℃范围可调，供回水温差5℃；新风系统供水温度能够在40-60℃范围可调，供回水温差10℃。

2.4 自控系统设计

地板易结露是地板辐射供冷供热需要克服的一大难题。为避免结露现象的发生，除了将地板进水温度控制在高于露点温度1℃外，在此工程中每户设置湿度

探头，在高湿季节检测房间露点时控制辐射面停止运行，电磁阀关闭来实现辐射面防结露的控制。通过在每个房间安装室内温控器对环境温度进行设定，温度到设定值，电磁阀关闭来实现房间温度控制，达到节能的效果。

3 夏季典型房间热湿环境分析

为验证恒温恒湿辐射空调的使用性能，以样板间为测试室，测试室内环境温度与湿度的变化情况，验证辐射空调环境的舒适性。

测试日室外环境：该测试试验于2014年8月8日，测试房间尺寸为3.9×4.2×3.0m为普通双人卧室，该房间内地盘管PEX管铺设长度为110m，布管方式为回型，排管间距200mm；房间内人体的散热、散湿量均取按两名成年男子作为考虑。实验从早八点开始，间隔半小时记录一次室内外环境的温度和相对湿度值，由记录结果绘制曲线图如图1所示。

由图1分析可得，测试房间的温湿度变化相对很平稳，基本可以保持室内温度在22-26℃范围内波动。开始测点的温度较低为22.7℃，这是由于辐射制冷的冷效应快，受热缓慢的特点，在制冷期间围护结构、地面和环境中的设备表面吸收辐射冷量，并贮存一部分冷量，随着日照强度的增加，室外的温度逐步升高，室内温度也有所提高，到16：00时，室内温度达到峰值24.4℃，此时室内一天内最大温差为1.7℃，由此可见，室内环境温度波动较小，比较舒适。人体是主要的产湿源，测试房间室内人员数量比较稳定，因此相对湿度可控制较小的波动范围之内，相对湿度在50-60%之间，人体最舒适的范围之内。

4 结束语

恒温恒湿辐射空调系统较传统空调形式具有舒适、高效、节能、运行费用低、使用寿命长并且不占用居住使用面积的优点，在将来的空调市场上有着广阔的发展前景。在系统方案设计时需综合考虑全年各个工况的要求，与施工和调试人员紧密配合，确保整个系统的正常运行。

参考文献

[1]刘晓华.温湿度独立控制空调系统[M].北京：中国建筑工业出版社，2013，6.

[2]霍小平.中央空调自控系统设计[M].北京：中国电力出版社，2004.

[3]李先中.地板供冷/置换通风复合空调系统的可行性研究[J].建筑热能通风工程，2002，21（4）.