輻射供冷系統(tǒng)-除濕機(jī)設(shè)備分類(lèi)與設(shè)計(jì)特點(diǎn)
一、輻射供冷系統(tǒng)除濕機(jī)設(shè)備分類(lèi)
輻射供冷系統(tǒng)與環(huán)境之間的熱交換有輻射和對(duì)流兩種形式,根據(jù)各自所占總換熱量比例不同,通常將輻射供冷的設(shè)備分為輻射式和對(duì)流式兩種。此外,對(duì)流式供冷還可以進(jìn)一步分為主動(dòng)式冷梁和被動(dòng)式冷梁兩種特殊形式。
1.輻射式
輻射式進(jìn)一步可分為樓板式和吊頂式。樓板式進(jìn)而可以分為毛細(xì)管式和混凝土式。毛細(xì)管式一般使用內(nèi)徑很小的塑料管;塑料管緊密排布,供冷能力比較小,一般為40~65W/m2?;炷潦绞前牙鋬鏊苤苯勇袢敕块g天花板的混凝土中,與建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)形成一體,它的供冷能力更小一些,大約30W/m2,一般用于滿足建筑基礎(chǔ)冷負(fù)荷。吊頂式具有閉式平滑表面,其輻射換熱一般占總換熱量的60%,對(duì)流換熱量占40%。它一般直接懸吊在天花板下方,有時(shí)會(huì)在吊頂板上穿一些小孔,然后在銅盤(pán)管上敷設(shè)吸聲墊,起到吸聲的作用。吊頂式在房間垂直方向上溫度波動(dòng)極小,一般在±0.5K以內(nèi)。一般不超過(guò)0.1m/s,能提供的冷量不超過(guò)100W/m2。輻射換熱而引起室內(nèi)空氣的自然對(duì)流風(fēng)速很小,室內(nèi)人員沒(méi)有吹風(fēng)感。輻射式供冷一般應(yīng)用于冷負(fù)荷不太大的場(chǎng)合,如辦公室、學(xué)校、銀行。輻射式供冷還可以用于供熱,但是水平溫度的不均勻性必須控制在3.5K以內(nèi),不允許出現(xiàn)有人的一側(cè)過(guò)熱或過(guò)冷的現(xiàn)象。而且房間垂直方向的溫差不容許超過(guò)2K,靠近窗戶側(cè)空氣的溫度降也要控制在容許范圍內(nèi)。雖然輻射供冷也可以用于供熱,但是效果并沒(méi)有像在供冷中那樣顯著,因此一般不用于供熱。
2.對(duì)流式
2.1吊頂式
對(duì)流式吊頂一般開(kāi)有強(qiáng)化空氣流動(dòng)的縫隙,以增強(qiáng)對(duì)流換熱,其對(duì)流換熱所占比例在50%以上,有時(shí)甚至可以達(dá)到70%。對(duì)流式系統(tǒng)在垂直房間高度上的溫差也很小,一般在±2K以內(nèi)。對(duì)流式供冷最大能夠提供的冷量不超過(guò)150W/m2。與輻射式供冷相比,對(duì)流式引起室內(nèi)空氣流動(dòng)的風(fēng)速稍大,但也不會(huì)超過(guò)0.15m/s。這種供冷方式應(yīng)用于冷負(fù)荷比較大的場(chǎng)所,如商場(chǎng)、超市、博物館和展覽室等場(chǎng)所。
2.2冷梁
冷梁與環(huán)境之間的熱交換絕大部分是通過(guò)對(duì)流進(jìn)行的,對(duì)流換熱的比例可以達(dá)到90%—95%。冷梁按有無(wú)新風(fēng)通入又可以進(jìn)一步分為主動(dòng)式冷梁和被動(dòng)式冷梁。
主動(dòng)式冷梁有新風(fēng)通入,新風(fēng)以極高的速度進(jìn)入冷梁,高速流動(dòng)的新風(fēng)產(chǎn)生負(fù)壓,誘導(dǎo)周?chē)諝庖煌M(jìn)入冷梁,與冷梁內(nèi)的冷盤(pán)管對(duì)流換熱降低室內(nèi)空氣的溫度。主動(dòng)式冷梁出風(fēng)口氣流流速比較高,不能直接布置在工作人員的正上方。根據(jù)主動(dòng)式冷梁出風(fēng)口的數(shù)目可以分為單側(cè)送風(fēng)和雙側(cè)送風(fēng)。單側(cè)送風(fēng)主要敷設(shè)于房間天花板邊緣處;雙側(cè)一般布置在天花板中間。這種供冷系統(tǒng)能力比較大,可以達(dá)到620W/m。用于冷負(fù)荷非常高的場(chǎng)所。
被動(dòng)式冷梁與主動(dòng)式冷梁最大的區(qū)別在于它沒(méi)有新風(fēng)參與室內(nèi)的對(duì)流換熱,只是室內(nèi)空氣參與的一個(gè)封閉循環(huán)。被動(dòng)式冷梁下方氣流速度也比較大,與主動(dòng)式冷梁,被動(dòng)式冷梁也不能直接布置在工作人員上方,夏季其下方的風(fēng)速不能超過(guò)0.25m/s,冬季不能超過(guò)0.15m/s。被動(dòng)式冷梁供冷能力可以達(dá)到400W/m。
被動(dòng)式冷梁則只能在夏天制冷不能在冬天制熱從而不適合應(yīng)用于熱泵系統(tǒng)。
二、輻射供冷的設(shè)計(jì)特點(diǎn)
輻射供冷系統(tǒng)在去除室內(nèi)負(fù)荷的過(guò)程與傳統(tǒng)空調(diào)有著根本的區(qū)別。輻射是把顯熱負(fù)荷和潛熱負(fù)荷分開(kāi)去除;而傳統(tǒng)空調(diào)是把顯熱和潛熱同時(shí)去除。所以二者在設(shè)計(jì)方面也有著很大的差異。
1.輻射供冷與獨(dú)立新風(fēng)系統(tǒng)結(jié)合
輻射供冷不能去除室內(nèi)的潛熱負(fù)荷,所以潛熱負(fù)荷必須采用其它手段去除。另外,根據(jù)室內(nèi)空氣品質(zhì)和正壓排風(fēng)的要求必須向房間供給新風(fēng),因此可以利用獨(dú)立新風(fēng)來(lái)承擔(dān)室內(nèi)的潛熱負(fù)荷。
2.送風(fēng)方式的選擇
在送風(fēng)方式的選擇上,從原則上來(lái)說(shuō),輻射供冷可以和任意一種送風(fēng)方式相結(jié)合。但是考慮到送風(fēng)還必須要保證室內(nèi)有良好的熱舒適性,不能有強(qiáng)烈的吹風(fēng)感,而且要盡量節(jié)約能耗的要求,一般選擇天花板頂送風(fēng)方式。
天花板頂送風(fēng)方式的主要優(yōu)點(diǎn)在于一方面頂送風(fēng)設(shè)計(jì)、施工和維修的技術(shù)都比較成熟,與輻射供冷相匹配的獨(dú)立新風(fēng)可以直接選取和全空氣系統(tǒng)相似的空調(diào)機(jī)組。而且全空氣系統(tǒng)送風(fēng)溫差可以選的略大(8℃~12℃),再配合使用具有高吸入性的旋流風(fēng)口,這樣經(jīng)過(guò)冷卻除濕后的新風(fēng)可以不經(jīng)過(guò)再熱直接送入房間,人員不會(huì)有吹風(fēng)感,既保證了舒適性又節(jié)約了能耗;另一方面,頂送風(fēng)可以加強(qiáng)輻射供冷板表面附近空氣的擾動(dòng),強(qiáng)化了換熱,可以提高輻射供冷板的供冷量。
置換通風(fēng)有時(shí)也可以與輻射供冷相匹配,它的換氣效率、能量利用效率都高于天花板頂送空氣系統(tǒng)。但是由于置換通風(fēng)要求的送風(fēng)溫差不宜大,一般要控制在3℃以內(nèi)。如若使用置換通風(fēng)與輻射供冷相匹配,必須要對(duì)新風(fēng)進(jìn)行再熱,雖然獲得了較高的空氣質(zhì)量,但是浪費(fèi)了能源,總體來(lái)說(shuō)效果不如天花板頂送方式。
3.除濕方式的選擇
輻射供冷要求獨(dú)立新風(fēng)系統(tǒng)必須把室內(nèi)的全部潛熱負(fù)荷(濕負(fù)荷)去除,要求送風(fēng)的含濕量必須足夠小。對(duì)比過(guò)同樣的一間房間采用全空氣系統(tǒng)和輻射供冷系統(tǒng)加頂送獨(dú)立新風(fēng)系統(tǒng),全空氣系統(tǒng)送風(fēng)溫度17.2℃,含濕量11.8g/kg,而輻射供冷要求送風(fēng)溫度為14.2℃,含濕量9.7g/kg,輻射供冷的送風(fēng)溫度和含濕量要更低。在我國(guó)北方地區(qū),一般采用6℃冷凍水冷卻除濕能夠完全滿足輻射供冷系統(tǒng)新風(fēng)的要求。若對(duì)送風(fēng)溫度有嚴(yán)格要求,則必須對(duì)新風(fēng)進(jìn)行再熱,但是這樣做不利于節(jié)能。
另外的一種除濕方法就是利用轉(zhuǎn)輪除濕機(jī),適用于送風(fēng)溫度比較高,而相對(duì)濕度比較低的場(chǎng)合。這樣的除濕系統(tǒng)COP值在0.6~1之間,性能主要受轉(zhuǎn)輪除濕機(jī)和熱交換器的影響。該系統(tǒng)的運(yùn)行費(fèi)用和常規(guī)的空調(diào)持平或略高,而且在初投資方面要高于常規(guī)的空調(diào)系統(tǒng),因此使用前需要進(jìn)行綜合的經(jīng)濟(jì)性分析。
4.輻射供冷水系統(tǒng)
輻射供冷水系統(tǒng)比較復(fù)雜,主要體現(xiàn)在水系統(tǒng)要提供兩組不同溫度的冷凍水來(lái)滿足需要。輻射供冷系統(tǒng)的冷凍水溫一般在15℃~20℃之間,一般我們可以通過(guò)以下3種方案設(shè)計(jì)水系統(tǒng)。
方案一:輻射供冷和獨(dú)立新風(fēng)共享一套水系統(tǒng)。水系統(tǒng)分兩路,一套供給獨(dú)立新風(fēng)系統(tǒng)另一套供給輻射供冷系統(tǒng),輻射供冷所需水溫較高,通過(guò)板式換熱器制得。該種系統(tǒng)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單,易于控制。
方案二:冷凍機(jī)出來(lái)的冷凍水先對(duì)獨(dú)立新風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行處理后再供給輻射供冷系統(tǒng)。一般處理過(guò)新風(fēng)的冷凍水為12℃,低于輻射供冷對(duì)冷凍水溫的要求,所以要在輻射供冷回水處裝三通,以便調(diào)節(jié)輻射供冷的水溫。這樣的設(shè)計(jì)相當(dāng)于利用了冷凍水兩次,充分利用了其吸收熱量的能力,能夠有效的降低冷量損失。
方案三:為獨(dú)立新風(fēng)和輻射供冷各設(shè)一套冷凍水系統(tǒng)。獨(dú)立新風(fēng)系統(tǒng)和輻射供冷系統(tǒng)的水溫要求相差比較大,這樣設(shè)計(jì)有很強(qiáng)的針對(duì)性,可以降低系統(tǒng)能耗。但是這樣的設(shè)計(jì)初投資比較大。由于輻射供冷系統(tǒng)對(duì)冷凍水的要求比較高,這就給尋找替代冷源使用留下了空間。在過(guò)渡季節(jié)可以使用冷卻塔為輻射供冷系統(tǒng)提供冷源。在地下水資源豐富、溫度比較低的地區(qū),也可以利用地下水直接供冷。這樣就凸顯了輻射供冷的節(jié)能潛力。對(duì)水系統(tǒng)的控制也是水系統(tǒng)設(shè)計(jì)很重要的環(huán)節(jié)。為了防止結(jié)露,需要在供冷系統(tǒng)的輻射板表面布置結(jié)露感應(yīng)裝置。一旦輻射板附近空氣達(dá)到飽和就立即切斷冷凍水的供給;亦可改變通過(guò)三通閥回水的流量來(lái)改變冷凍水水溫。