地面和顶面辐射供冷效果对比测试及优化研究.pdf
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1、doi:10.3969/j.issn.2095-4468.2023.03.201 地面地面和和顶面顶面辐射供冷辐射供冷效果效果对比对比测试测试及优化及优化研究研究 徐柳1,王志毅1,马国园2(1-浙江理工大学建筑工程学院,浙江杭州 310018;2-欧贝多智能控制(浙江)有限公司,浙江绍兴 312400)摘摘 要要 为了研究辐射管安装位置对供冷效果和室内热舒适性的影响,采用两间分别应用地面和顶面辐射供冷加独立新风系统的样板房对室内热环境进行测试。得到两种辐射方式下的室内温湿度和壁面温度,并对供冷效果欠佳的系统增加变频风机盘管进行优化。对比结果发现:采用顶面辐射系统较地面辐射系统人员活动区域平均
2、温度低 1.09;顶面辐射系统能够维持合适供冷效果,舒适性高;地面辐射系统供冷效果较差,当增加变频风机盘管优化后,复合空调系统较顶面辐射系统室内热舒适性略差,但仍在规范要求内,并能满足供冷需求。关键词关键词 顶面辐射;地面辐射;变频风机盘管;供冷效果;热舒适性 中图分类号:中图分类号:TB61+1;TU834 文献标识码:文献标识码:A Comparative Test and Optimization Research on Floor and Ceiling Radiant Cooling Effect XU Liu1,WANG Zhiyi*1,MA Guoyuan2(1-School o
3、f Civil Engineering and Architecture,Zhejiang Sci-Tech University,Hangzhou 310018,Zhejiang,China;2-AUBEIDO Intelligent Control(Zhejiang).,Ltd.,Shaoxing 312400,Zhejiang,China)Abstract In order to research the influence of the installation location of the radiation tube on the cooling effect and indoo
4、r thermal comfort,the indoor thermal environment is tested by using two sample rooms of radiant floor and ceiling cooling systems with independent fresh air.The indoor temperature,relative humidity and wall temperature of the two systems are obtained.The system with less cooling effect is optimized
5、to increase the variable frequency fan coil unit.Through the comparison of the results,human activity area mean temperature of the human activity area of the ceiling radiation system is 1.09 lower than that of the floor radiation system.The ceiling radiation system maintains the adequate cooling eff
6、ect with thermal comfort.The floor radiation system is with less cooling effect.Thermal comfort of the composite air conditioning system with variable frequency fan coil unit is slightly worse than that of the radiant ceiling cooling system.However,it is still within the human thermal comfort parame
7、ter requirements.Keywords Ceiling radiation;Floor radiation;Variable frequency fan coil;Cooling effect;Thermal comfort *王志毅(1970),男,教授,博士。研究方向:供热、供燃气、通风及空调工程。联系地址:浙江省杭州市下沙高教园区2 号大街 928 号浙江理工大学建筑工程学院,邮编 310018。联系电话:13858156059。E-mail:。0 引引言言 相比于以对流换热为主的传统空调,辐射空调增大了人体、室内设备和围护结构互相的辐射传热1-2,具有高效节能,舒适性好的特
8、性,也因此逐渐走入大众视野3-6。但由于辐射空调仅能承担室内余热,室内余湿和空气品质问题无法解决,因此辐射空调通常与独立新风系统共同承担室内负荷7-8。目前大多数文献针对单一辐射供冷方式进行研究,对比研究较少,其中顶面辐射和侧面辐射供冷探讨较多。PETR 等9对两座采用吊顶辐射空调的办公楼进行能源性能和室内环境的探究。肖荣芳等10研究窗帘材质对毛细管吊顶辐射供冷效果的影响。刘庚林等11对辐射顶板空调室内热舒适性进行研究,并进行主观问卷调查。MIKESKA 等12探讨了辐射冷却系统安装在侧面时在工作温度和速度等方面对实验室室内环境的影响。曹振等13第43卷 第3期 2023年6月 制 冷 技 术
9、 Chinese Journal of Refrigeration TechnologyVol.43,No.3 Jun.202336研讨了双冷源新风除湿机与毛细管侧面辐射联合系统的供冷特性。地面辐射供冷系统通常联合风机盘管进行研究,文佳岚14通过改变供水温度探究地面辐射与风机盘管联合系统热舒适效果及能耗变化规律,依据问卷调查验证 PMV-PPD 模型结果。辐射管敷设位置对于辐射空调供冷效果及室内热环境有一定影响,由于价格与普及率等因素,不同辐射供冷方式对比研究以模拟为主15-17,对于地面和顶面辐射加新风空调系统对比实验研究较少,仅做小部分实验进行模型验证,未展现实验数据,且辐射空调结合风机盘
10、管联合研究时未采用变频风机盘管。变频风机盘管相比于常规风机盘管能对送风量和室内温度进行更加精准调节,人体感觉更舒适18-20,更适宜结合辐射空调满足人体热舒适性。为了对比辐射管安装位置对室内热舒适环境的作用效果,本文搭建两间分别应用地面和顶面辐射供冷空调技术加独立新风系统的样板房。由于在夏季工况下,辐射空调系统供冷效果易受结露等因素影响21-22,本文同时在冷量不足的房间加入变频风机盘管对系统进行优化,综合研究供冷效果,为提出满足人体热舒适的辐射供冷方式提供一定应用基础。1 样板房样板房搭建及实验研究方案搭建及实验研究方案 1.1 样板房样板房搭建搭建 实验搭建两间尺寸相同的房间,长 6.3
11、m,宽4.38 m,高 2.5 m,建筑面积 27.594 m2。房间分别采用地面辐射加独立新风空调系统与顶面辐射加独立新风空调系统(后文简称地面辐射系统和顶面辐射系统),墙为靠走廊内墙或分户隔墙。室内温度通过辐射系统与新风除湿机共同调节,室内相对湿度由新风除湿机控制。系统由 D1-30A-1W 新风除湿机、HTS15 辐射管、MAC060ER5-AD 变频风冷热泵和水箱构成。除湿新风机风量为 300 m3,除湿能力为 93 L/天(处理干球温度 30、湿球温度27.12 以及相对湿度 80%的空气),最大供冷量为7.16 kW;辐射管的材料选用三型聚丙烯,为热熔焊接,主管直径 20 mm,管
12、间距 15 mm,在过余温度 8.5 K 的情况下单位面积供冷量为 114.1 W/m2;变频风冷热泵制冷剂选用 R410A,名义制冷量为17.0 kW,名义制冷输入功率 5.4 kW,制冷 COP 为3.15。房间管路设置为并联,总进水管先经过新风除湿机,再分成两路进入两个实验房间。若室内环境达不到设计要求,则在原有基础上增加变频风机盘管弥补供冷能力。1.2 实验研究方案实验研究方案 实验采用 AZ7755 温湿度检测仪测量室内温湿度,仪器测量温度的范围为-1060,精度为 0.6;测量相对湿度的范围为 0.1%99.9%,精度为 3%。室内壁面温度由 H11 红外线热成像测温仪测量,量程为
13、-20350,测量精度为 2。1.2.1 室内室内温湿度温湿度实测实测 室内空气温湿度通过温湿度测量仪测量,基于JGJ/T347201423中对房间舒适性评估的规定,由于人的脚踝、膝盖、坐姿和站立时头部对温度的不同要求,对应选取距地面 0.1、0.6、1.1 和 1.7 m 四个高度平面上布置测点。房间面积为 27.594 m2,取房间平面最长的对角线三等分点处布点,测位和测点布置如图 1 所示,其中测位 1 包括测点 1测点 4,测位 2 包括测点 5测点 8。2 1002 1001 4601 4606 3004 380门门测位测位1测位测位22 1002 1006 3001006001 1
14、001 7002 500门门横断面横断面纵断面纵断面测点测点1测点测点2测点测点3测点测点4测点测点5测点测点6测点测点7测点测点8(a)横断面横断面 2 1002 1001 4601 4606 3004 380门门测位测位1测位测位22 1002 1006 3001006001 1001 7002 500门门横断面横断面纵断面纵断面测点测点1测点测点2测点测点3测点测点4测点测点5测点测点6测点测点7测点测点8(b)纵纵断面断面 图图 1 室内温湿度测位室内温湿度测位和和测点测点空间位置图(单位:空间位置图(单位:mm)1.2.2 室内室内壁面温度实测壁面温度实测 室内壁面温度通过红外线热成
15、像测温仪测量,第43卷 第3期 2023年6月 制 冷 技 术 Chinese Journal of Refrigeration TechnologyVol.43,No.3 Jun.202337测点的数量和位置依据 GB/T 50785201224中确定,测试区域面积在 16 m2以内的,测试区域对角线交汇点;区域面积在 1630 m2的,布点定位线选择测试区域最长对角线,并将其三等分点作为测点。由于地面和顶面面积为 27.594 m2,其他四面墙壁面积均在 16 m2以内,所以门设置一个测点(测点 9),非地面及顶面的四面墙壁各设置一个测点(测点 10测点 13),地面和顶面各设置两个测点(
16、测点14测点17),室内壁面温度测点布置见图2。测测点点9测点测点10测点测点11测点测点12测点测点13测点测点14测点测点15测点测点16测点测点17 图图 2 室内室内壁面壁面温度测点空间布置温度测点空间布置 1.3 评价指标评价指标 1.3.1 温度温度标准差标准差 通过各点的温度测值计算温度标准差能够得到房间内温度分布均匀情况,式(1)可计算温度标准差t。()2t11niittn=(1)式中,t为温度标准差,;n 为测点个数;ti为测点温度值,;t 为测点温度平均值,。1.3.2 站站姿姿垂直不满意率垂直不满意率 依据 GB/T 50785201224,站姿垂直不满意率PD通过式(2
17、)计算:()Da,h1001exp 5.760.856Pt=+(2)式中,PD为站姿垂直不满意率,%;ta,h为站姿人体头脚温差,。2 地面地面和和顶面顶面辐射辐射对对供冷效果供冷效果的影响的影响 实验中记录了样板房周围环境参数,室外温度在 32.433.7 波动,相对湿度在 58.7%66.3%,房间内热源为两位测试者。其中地面辐射系统测试时间为上午 9:5011:30,顶面辐射系统测试时间为上午 9:4011:20,均每隔 20 min 测试一次。2.1 地面地面和和顶顶面面辐射方式对室内温辐射方式对室内温度的度的影响影响 地面和顶面辐射系统室内温度稳定时房间的温度与温度标准差情况如图 3
18、 和图 4 所示。20406080100 12025.025.526.026.527.0室内空气温度室内空气温度/时间时间/min 测点测点1 测点测点2 测点测点3 测点测点4 测点测点5 测点测点6 测点测点7 测点测点8 (a)地面辐射系统地面辐射系统 20406080100 12025.025.526.026.5室内空气温度室内空气温度/时间时间/min 测点测点1 测点测点2 测点测点3 测点测点4 测点测点5 测点测点6 测点测点7 测点测点8 (b)顶面辐顶面辐射系统射系统 图图 3 地地面面和和顶面顶面辐射辐射系统室内系统室内空气空气温度温度 其中后文所提的平均温度、平均相对湿
19、度和平均壁面温度均为所有时刻各测点的算数平均值。采用地面辐射方式时,同测位不同高度下温差最大为0.4,标准 ISO 7730200525对于人员活动区0.11.1 m 之间的温差要求为不大于 3,可见同测位不同高度下温差满足规范要求。且两个测位的温度标准差依据式(1)计算后均在 0.18 以下,同测位站姿人体头脚平均温差最大为 0.05,通过式(2)计算可得站姿垂直不满意率最高为 0.32%,室内温度随高度变化幅度小。测位 1 离进门测墙距离更近,相比于测位 2 温度略高。同一测点不同时刻温差最大值为 0.7,说明系统整体温度调节能力强,受到外界环境影响小。但室内温度最大达到 27.0,最小为
20、 26.1,平均温度 26.51,供冷能力有限,最低值也无法达到设计值以下。采用顶面辐射方式时,室内温度 25.125.7,平均温度 25.42,比地面辐射方式低 1.09,供冷效果更好。同测位不同高度下温差最大值为 0.3,测位温度标准差均第43卷 第3期 2023年6月 制 冷 技 术 Chinese Journal of Refrigeration TechnologyVol.43,No.3 Jun.202338在 0.11 以下,室温随高度变化波动相较于地面辐射略小。同测位站姿人体头脚平均温差最大为0.03,站姿垂直不满意率为 0.31%,两种辐射方式下同测位站姿人体头脚平均温差与站姿
21、垂直不满意率均较低,表明室内温度垂直分布均匀,人在该环境下较为舒适。同一测点不同时刻温差最大是0.5,相较于地面辐射变化幅度更小,说明外界环境对顶面辐射供冷效果影响更小。根据实测结果,两种辐射方式室内温度均不出现明显分层现象,但仅顶面辐射能够达到夏季室内设计温度需求,满足人体热舒适性要求。20406080100 1200.000.050.100.150.200.25温度标准差温度标准差/时间时间/min 测位测位1 测位测位2(a)地面辐射系统地面辐射系统 20406080100 1200.000.050.100.15温度标准差温度标准差/时间时间/min 测位测位1 测位测位2(b)顶面辐射
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