地板供冷研究和认识的新进展？
1简介
地板采暖以其节能、舒适、不占用室内使用面积等突出特点，在我国北方住宅建筑中得到了广泛应用。在夏热冬冷地区，尤其是上海、浙江等地，应用也越来越多。如果将该系统同时用于夏季制冷，将减少设备的初投资，提高利用率，为住宅空调增加一条新的途径。屋顶辐射供冷在欧洲已经使用了很长时间，在一定条件下取得了很好的效果。在20世纪90年代之前，地板冷却被大多数人认为是不可行的。主要原因有:(1)对结露的质疑；(2)在舒适性上，与“暖脚冷头”的要求相悖；(3)认为冷表面朝下时对流换热弱，制冷量会比屋顶提供的小得多。直到90年代末，欧洲才开始讨论理论和实际应用[1] ~ [3]。近年来，中国也加快了研究和应用的进程。研究、分析和实践证明，上述担忧有的是可以通过一定的技术措施解决的，有的则是惯性思维或缺乏深入研究造成的误解。
2在中国的初步研究和应用
在1998中，作者写了一篇论文，介绍了我们在法国的工作以及地板供冷在欧洲(主要是法国)的应用和发展情况[3]。此后，我们与企业合作，在北方进行地板供冷的理论探讨和实验研究[4]。从2001开始，我们得到了南京师范大学的资助，开始了。我们建设了实验室开展地板供冷-置换通风的实验研究，并在一个样板房开展了空气源热泵地板供冷量、防结露措施、舒适性、实际应用效果、能耗及模拟计算方法的实测研究[5] ~ [11]。从2000年开始。我们为威海市中医院病房楼(建筑面积126000m2)设计了地板采暖、制冷和置换通风的复合空调系统。由于资金短缺，项目停工近两年，目前仍在建设中，无法得知实际使用效果。2002年底，得到了以吴先生为首的评审委员会的一致支持，获得了在北京进行可行性研究的项目经费。
此外，浙江大学提出了地板辐射供冷系统除湿的意见[12]，并开始了其在浙江的应用研究。中国建筑科学研究院为呼和浩特市金宇批发市场[13]设计了地板供冷系统，重庆大学也进行了利用地下管道供冷的水供冷地板的实验研究。
3地板冷却能力
地板供冷系统的供冷量是设计和应用中首先要考虑的问题。
3.1地板供冷系统可以降低室内冷负荷。
在地板供冷系统中，地板主要通过辐射和对流与房间进行热交换。平均辐射温度已成为影响室内热舒适的重要参数，平均辐射温度与空气温度的相互作用可以通过运行温度来反映。当室内风速较低(小于0.2m/s)时，平均辐射温度与室内空气温度的差值将小于4℃，作用温度约等于空气温度与平均辐射温度的平均值，这意味着两者对室内热舒适同等重要。由于室内辐射平均温度的降低，运行温度可降低65438±0 ~ 2℃。与传统空调系统相比，地板供冷系统在相同热感觉下可提高室内设计温度1 ~ 2℃，其冷负荷比常规系统低10% ~ 20%。
3.2地板冷却比屋顶冷却具有更高的辐射角系数。
与吊顶冷却相比，地板冷却的对流传热更少。但对于辐射供冷系统，辐射传热是主要部分，影响辐射传热的一个重要参数是人体与辐射供冷表面的夹角系数。该值取决于人与冷表面之间的距离以及冷表面的面积。在同一区域，与其他冷表面(墙壁、窗户、天花板等)相比。)，地板对人体的角度系数更高。一个人在6m×6m的房间中央，站立时与地板的角度系数为0.37，坐着时与地板的角度系数为0.4。相比之下，人体对天花板的角度系数一般只有0.15 ~ 0.20。由此可见，地板温度降低1K所导致的平均辐射温度的降低相当于天花板温度降低2.5K因此，虽然地板提供了冷却和对流换热，
3.3上升气流和气流扰动可以增加对流换热。
冷表面在下面，近地面有一层低温空气。当遇到人体等热源时，这层空气受热上升，会增加对流传热。冷地板还可以配合风机使用，可以增加换热能力约15%。
3.4置换通风系统可以大大提高地板的冷却能力。
一般情况下，地板与房间的对流辐射综合传热系数约为7.5w/(m2·k)[1]。如果地板表面温度为19℃，室温为26 ~ 27℃(相当于常规空调下室内设计温度28℃)，地板制冷量为53 ~ 60 W/m2，可以满足围护结构的保温。
需要指出的是，辐射制冷和辐射供暖一样具有“自我调节”的功能。当室内辐射负荷增加时，例如阳光直射辐射较大时，地板或房间墙壁内表面的温度上升，这将大大改善地板与房间围护结构其余表面之间的辐射热交换。地板制冷量可高达100 ~ 150 W/m2[1]。
4.地面上的露水问题
当供水温度较低或室内湿度较高时，单地板供冷系统的地板表面可能会结露，冷地板承受室内冷负荷的能力会减弱，不能满足室内冷负荷的需要。有的标准推荐室内相对湿度上限为60% ~ 70%(ISO 1994；ASHRAE 1992)，当室内空气温度为26℃时，露点温度为17℃~ 20℃；德国标准规定水分含量上限为11.5g/kg，露点温度为16℃。这说明地板温度应该高于16℃ ~ 20℃。另外，打开门窗，室外湿热空气进入，与低温地板接触容易产生结露。
除湿置换通风系统的存在可以防止结露。引入新鲜空气可以保持室内正压，并防止潮湿的室外空气进入。此外，置换通风方式的一个特点是可以在地板表面形成一层空气湖，地板上覆盖一层露点温度低的干燥空气，可以防止从室外渗入的湿热空气与低温地板直接接触，同时可以保证供水温度足够低，满足室内冷负荷的需要。
根据不同要求，除湿送风也可采用风机盘管或集中式系统，也可采用单台除湿机。方案可以通过技术经济比较来确定。
5新鲜空气和卫生条件
地板供冷系统单独使用时，室内没有新风，空气条件会受到影响。增设置换通风系统后，地板供冷系统可以承担室内显热负荷，置换通风系统可以送出满足人员卫生条件要求的新风，并承担室内湿负荷，从而满足人们对新风的需求。置换通风系统将新鲜空气直接送入工作区，较低的新鲜空气由于密度大，沉积在近地面并扩散到整个室内地板，在地板上形成稀薄的空气湖。地面冷空气遇到室内热源(人员和设备)时，产生向上对流，使新风在热源的漂浮作用下流向室内上部，形成室内气流中的主导气流。置换通风的一个重要特点是会产生热分层，即会出现上部的混合区和下部的单向流洁净区。上部区域为混沌混合区，下部区域为向上的热气流区和周围的洁净空气区。洁净空气区的空气参数与送风参数大致相同。与传统的混合通风相比，新风更好地用于工作区。实验表明，置换通风的通风效率通常在0.5-0.67之间，通风效率在100%-200%[14]之间，通风效果明显优于混合通风。
6地板冷却的热舒适性
6.1室内空气温度梯度
目前对地板供冷/置换通风系统热舒适性的关注主要体现在房间的负温度梯度上。认为地板供冷在冬季给人“冷头暖脚”的感觉，符合人体卫生的要求，同样的系统在夏季用于供冷时会失去这种优势。
首先，地暖的研究表明，除了房间顶部有一小段高度外，房间的纵向温度是均匀的，所以“脚暖”是真实存在的，“头凉”缺乏比较依据。其次，希望在寒冷的冬天“暖脚”；炎炎夏日，想要地面凉爽却得不到，怎么能指望“暖脚”呢？
研究表明，18 ~ 19℃以上的地板温度完全可以满足冷负荷的要求(ASHRAE提出坐轻体力劳动者的适宜温度为18 ~ 26℃)，这个温度在夏季不会产生“脚冷”的感觉。此外，由于地板表面温度均匀，地板供冷中对流分量较低(约20%[1])，使得垂直温度非常均匀，温度梯度仅为1.5 ~ 2 k/m [3]，符合国际标准ISO 7730高度0.1和1.65438+。
6.2辐射传热具有良好的热舒适性。
地板供冷/置换通风复合系统在改善室内空气品质方面具有许多固有的优势。在舒适条件下，人体产生的热量全部按一定比例散发:对流散热占30%，辐射散热占45%，蒸发散热占25%。由此可见，辐射传热对人体舒适性至关重要。地板供冷/置换通风复合系统中的地板辐射供冷弥补了传统空调中对流供冷的缺点，增加了人体的辐射换热，有助于提高室内舒适度。辐射制冷的另一个显著优点是，当人们睡觉时，他们不用担心吹冷空气。从这个角度来说，是否可以称之为“一种有利于睡眠的降温方法”？
7结论
(1)为了防止脚冷的感觉和受空气露点温度的限制，地板供冷系统的制冷量是有限的，一般不超过70W/m2。但由于辐射的原因，冷负荷比常规系统低10% ~ 20%，另外可以由送风承担部分负荷，完全可以满足一般使用要求。
(2)在潮湿地区，应有除湿设备。如果结合新风机组的置换通风/混合送风，新风问题就解决了。当然也可以用风机盘管或移动式除湿机进行除湿，但此时室内卫生条件降低。
(3)地板供冷在地面温度、水平和垂直温度场的均匀性、吹风风险等方面都能满足舒适性要求，尤其是在人睡觉时，这是舒适性上的明显优势之一。
参考
[1]B.W.Olesen .地板辐射供冷的可能性和局限性。ASHRAE
交易103(1):42 ~ 48(1997，Part.1)
[2]埃里克·米赫尔·B·w·奥勒森。地板表面与空间的交换系数
地板冷却-理论或定义问题。ASHRAE汇刊:专题讨论会
大00-8-26:84~694
[3]王子杰。地板采暖及其发展趋势。暖通空调，1999，29 (6): 35 ~ 38
[4]，夏，等。地板辐射供冷的可行性研究与分析。暖通空调，2002，32 (6): 56 ~ 58
[5]王子杰。空气源热泵用于住宅地板辐射供暖的实验研究，暖通空调，2003 (1): 8 ~ 12。
[6]王子杰。辐射供暖住宅建筑的能耗与室内运行温度。南京师范大学学报，2002 (2): 78 ~ 82
[7]李显忠，王子杰，刘传举。地板供冷/置换通风复合空调系统的可行性探讨。建筑热通风与空调，200221 (4): 4 ~ 6
王子杰李显忠。地板供冷置换通风复合系统在住宅、电气和智能建筑中的应用。2002.11:62~65
[9]王子杰。室内热舒适综合定量评价方法及其应用。南京师范大学学报，2003 (3): 22 ~ 26
李显忠。置换通风-辐射供冷系统的特点及其应用的可行性研究。刘传举、王子杰教授指导的同济大学硕士学位论文，2002年。
[11]王子杰，南京地区热泵-地板采暖居住建筑能耗及热舒适性实验研究，建筑节能，
2002年第39卷:144 ~ 152
[12]黄益谦，张玲，陈光明，地板辐射供冷与除湿的探索，暖通空调2003 (3): 47 ~ 51。
屈谦。地板供冷系统的探讨。2002年全国暖通空调学术年会数据集:379 ~ 380。
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