頂棚輻射板供冷（暖）與轉(zhuǎn)輪除濕新風系統(tǒng)相結合的應用
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)和溫濕度獨立控制系統(tǒng)在空調(diào)系統(tǒng)的應用也逐漸普遍。目前常用的輻射空調(diào)形式有混凝土埋管、毛細管網(wǎng)、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(zhuǎn)輪除濕等多種形式。但目前常用的輻射空調(diào)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(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，具有更廣闊的應用前景。
本文以南京某會所空調(diào)系統(tǒng)為例，介紹了頂棚輻射板供冷(暖)空調(diào)系統(tǒng)的設計，該系統(tǒng)新風采用轉(zhuǎn)輪除濕方式和頂棚輻射系統(tǒng)相結合，實現(xiàn)該會所空調(diào)系統(tǒng)的溫濕度獨立控制。
1工程概況
該會所位于南京市區(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，進行節(jié)能改造，使用功能為休閑接待會所。
2空調(diào)系統(tǒng)形式
該工程采用溫濕度獨立調(diào)節(jié)的空調(diào)技術，利用新風降溫除濕控制室內(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一步的提高，達到了高效、節(jié)能、舒適的目的。
3設計計算參數(shù)
空調(diào)負荷包含室內(nèi)負荷和新風負荷。室內(nèi)負荷為室內(nèi)顯熱負荷和潛熱負荷。新風機組承擔新風負荷和室內(nèi)潛熱負荷，同時負荷高峰時，新風機組可承擔部分室內(nèi)顯熱負荷。頂棚輻射系統(tǒng)承擔室內(nèi)顯熱負荷。
3.1室內(nèi)外計算參數(shù)
(1)室外計算參數(shù)
夏季：干球溫度34.8℃，濕球溫度28.1℃;冬季：干球溫度-4.1℃，相對濕度76%
(2)室內(nèi)設計參數(shù)
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(jié)能改造
對既有建筑保溫進行了節(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，自遮陽系數(shù)0.5。
4冷熱源及系統(tǒng)設計
該會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)，地源熱泵主機采用常規(guī)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(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。同時供水主管道間設壓差旁通閥，在水泵最小頻率時，保證系統(tǒng)正常運行。
系統(tǒng)原理圖見圖1。
5轉(zhuǎn)輪調(diào)濕新風機組
新風機組采用轉(zhuǎn)輪除濕新風機組，該機組將低溫再生轉(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)結合成一臺獨立緊湊的新風調(diào)濕機組。
新風機組運行流程見圖2。
新風進入該機組首先經(jīng)過表冷器降溫，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)過轉(zhuǎn)輪進行除濕，除濕后空氣經(jīng)送風機送入室內(nèi)，新風溫度可至22℃，含濕量可至7.5g/kg。而轉(zhuǎn)輪的再生風通過制冷系統(tǒng)的冷凝器加熱至45℃即可實現(xiàn)轉(zhuǎn)輪的再生，省去了高溫再生轉(zhuǎn)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(diào)系統(tǒng)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(nèi)的潛熱負荷，同時根據(jù)實際運行的情況可調(diào)節(jié)機組是否承擔室內(nèi)顯熱負荷。
本工程為改造工程，由于建筑空間原因，室內(nèi)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(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)。
該頂棚輻射板為標準產(chǎn)品，產(chǎn)品寬度一致，長度可以根據(jù)使用需求定制。該標準產(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，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(lián)，后串聯(lián)原則，串聯(lián)個數(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(tǒng)(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(nèi)裝修板，對室內(nèi)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(jù)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(lián)合實現(xiàn)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(xiàn)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(nèi)設單獨的輻射板回路，每個回路設電動兩通閥。房間內(nèi)設溫控面板，根據(jù)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(nèi)溫度恒定。
7.2室內(nèi)濕度控制
由室內(nèi)回風濕度傳感器控制新風風閥打開或者關閉到最小狀態(tài)。
7.3室內(nèi)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(nèi)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(jù)二次側供水溫度傳感器調(diào)節(jié)一次側供水電動兩通調(diào)節(jié)閥的開度。
7.5新風機組送風溫度控制
根據(jù)新風機組出口送風溫度傳感器，調(diào)節(jié)新風機組表冷器上電動調(diào)節(jié)閥的開度。
7.6新風機組和輻射系統(tǒng)啟動控制
夏季系統(tǒng)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(xù)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(tǒng)和輻射系統(tǒng)可同時開啟。
8空調(diào)系統(tǒng)運行效果
該項目竣工驗收后即投入運行使用，目前已經(jīng)過一個供冷季和供暖季的正常運行。室內(nèi)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(zhuǎn)輪除濕新風機組根據(jù)室內(nèi)負荷情況，自動調(diào)節(jié)送風狀態(tài)參數(shù)，部分時間承擔室內(nèi)顯熱負荷。室內(nèi)溫度達到設計溫度25℃時，測得串聯(lián)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(lián)輻射板的表面溫度隨著數(shù)量的增加而遞增，因此設計時不宜將多塊輻射板串聯(lián)成一組，以免引起室內(nèi)各個區(qū)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(zhuǎn)輪除濕新風機組處理到室內(nèi)等焓狀態(tài)點。室內(nèi)溫度達到設計溫度20℃時，測得串聯(lián)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℃?？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(tǒng)共用地源熱泵主機，采用了中間換熱器為輻射系統(tǒng)提供高溫冷水16℃，因此整個系統(tǒng)的節(jié)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(jié)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(chǎn)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(diào)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(shù)，在新建項目擬采用輻射空調(diào)系統(tǒng)時可予以推廣。但是該產(chǎn)品目前價位較高，工程安裝成本偏高。
在系統(tǒng)的運行過程中經(jīng)過對輻射板壁面溫度的檢測，發(fā)現(xiàn)輻射板串聯(lián)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(lián)篇數(shù)不宜過多，否則容易造成室內(nèi)溫度分布不均，一般串聯(lián)個數(shù)以保證輻射板阻力小于2m為宜。
9.3轉(zhuǎn)輪除濕新風機組
本項目采用了低溫再生的轉(zhuǎn)輪除濕機，利用制冷系統(tǒng)冷凝器的散熱45℃即可實現(xiàn)轉(zhuǎn)輪的再生，充分利用系統(tǒng)本身的能量，系統(tǒng)運行能效比高，運行費用低。同時又根據(jù)項目的實際情況，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(tǒng)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(nèi)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(tǒng)和轉(zhuǎn)輪除濕新風機組相結合的溫濕度獨立控制系統(tǒng)，室內(nèi)溫度分布均勻，舒適度高，具有可實施性。
系統(tǒng)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(tǒng)應對排風進行能量回收，提高新風機組運行效率。
參考文獻
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