頂棚輻射板供冷(暖)與轉(zhuǎn)輪除濕新風(fēng)系統(tǒng)相結(jié)合的應(yīng)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(yīng)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(xì)管網(wǎng)、金屬吊頂板等多種形式,與之相結(jié)合的新風(fēng)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(yīng)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(shè)計,該系統(tǒng)新風(fēng)采用轉(zhuǎn)輪除濕方式和頂棚輻射系統(tǒng)相結(jié)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(jìn)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(shù),利用新風(fēng)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(fēng)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(jìn)一步的提高,達(dá)到了高效、節(jié)能、舒適的目的。
3設(shè)計計算參數(shù)
空調(diào)負(fù)荷包含室內(nèi)負(fù)荷和新風(fēng)負(fù)荷。室內(nèi)負(fù)荷為室內(nèi)顯熱負(fù)荷和潛熱負(fù)荷。新風(fēng)機(jī)組承擔(dān)新風(fēng)負(fù)荷和室內(nèi)潛熱負(fù)荷,同時負(fù)荷高峰時,新風(fēng)機(jī)組可承擔(dān)部分室內(nèi)顯熱負(fù)荷。頂棚輻射系統(tǒng)承擔(dān)室內(nèi)顯熱負(fù)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(shè)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(hù)結(jié)構(gòu)節(jié)能改造
對既有建筑保溫進(jìn)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(shè)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(jī)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(fēng)機(jī)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(shè)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(fēng)機(jī)組
新風(fēng)機(jī)組采用轉(zhuǎn)輪除濕新風(fēng)機(jī)組,該機(jī)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(jié)合成一臺獨立緊湊的新風(fēng)調(diào)濕機(jī)組。
新風(fēng)機(jī)組運行流程見圖2。
新風(fēng)進(jìn)入該機(jī)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(jìn)行除濕,除濕后空氣經(jīng)送風(fēng)機(jī)送入室內(nèi),新風(fēng)溫度可至22℃,含濕量可至7.5g/kg。而轉(zhuǎn)輪的再生風(fēng)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(fēng)加熱的能量。該機(jī)組能效比高,除濕能力強(qiáng),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(shè)置了一臺處理風(fēng)量為2000m3/h的新風(fēng)機(jī)組供一層和二層共同使用。機(jī)組需處理新風(fēng)本身的熱濕負(fù)荷及室內(nèi)的潛熱負(fù)荷,同時根據(jù)實際運行的情況可調(diào)節(jié)機(jī)組是否承擔(dān)室內(nèi)顯熱負(fù)荷。
本工程為改造工程,由于建筑空間原因,室內(nèi)排風(fēng)無法接至新風(fēng)機(jī)組進(jìn)行熱量回收,因此無法考慮排風(fēng)的能量回收。在一層和二層分別設(shè)置了一臺排風(fēng)機(jī),直接排至室外,新風(fēng)機(jī)和排風(fēng)機(jī)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(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)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(shè)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(fù)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(xì)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(jié)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(shè)置一個或者兩個頂棚輻射回路。每個房間設(shè)溫控器及最不利點設(shè)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(hù)。
二層為大空間,屋面坡屋面。頂棚輻射板沿坡屋面布置,共設(shè)置21個回路,分4個集分水器。在最不利點設(shè)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(hù)。
7自動控制要點
7.1分室溫控
各個房間內(nèi)設(shè)單獨的輻射板回路,每個回路設(shè)電動兩通閥。房間內(nèi)設(shè)溫控面板,根據(jù)溫控面板的設(shè)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(fēng)濕度傳感器控制新風(fēng)風(fēng)閥打開或者關(guān)閉到最小狀態(tài)。
7.3室內(nèi)防結(jié)露控制
在個房間回路上裝設(shè)露點探測器,當(dāng)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(guān)閉該房間回路上的電動兩通閥,當(dāng)露點探測器信號解除時,開啟相應(yīng)回路上的電動閥。
7.4二次側(cè)供水溫度控制
根據(jù)二次側(cè)供水溫度傳感器調(diào)節(jié)一次側(cè)供水電動兩通調(diào)節(jié)閥的開度。
7.5新風(fēng)機(jī)組送風(fēng)溫度控制
根據(jù)新風(fēng)機(jī)組出口送風(fēng)溫度傳感器,調(diào)節(jié)新風(fēng)機(jī)組表冷器上電動調(diào)節(jié)閥的開度。
7.6新風(fēng)機(jī)組和輻射系統(tǒng)啟動控制
夏季系統(tǒng)運行時,先開啟新風(fēng)機(jī)組10分鐘(具體時間可人工設(shè)定),10分鐘后比較回風(fēng)溫濕度值對應(yīng)的露點溫度和設(shè)定的輻射供水溫度:回風(fēng)溫濕度值對應(yīng)的露點溫度低于輻射供水溫度設(shè)定溫度0.5℃時,即可開啟輻射水泵;否則繼續(xù)開啟新風(fēng)機(jī)組進(jìn)行除濕,10分鐘后再進(jìn)行判定。
冬季新風(fēng)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(shè)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(fēng)機(jī)組根據(jù)室內(nèi)負(fù)荷情況,自動調(diào)節(jié)送風(fēng)狀態(tài)參數(shù),部分時間承擔(dān)室內(nèi)顯熱負(fù)荷。室內(nèi)溫度達(dá)到設(shè)計溫度25℃時,測得串聯(lián)最多回路(6塊輻射板),從冷水進(jìn)水側(cè)到出水側(cè)輻射板的表面溫度分別為:18.6℃,19.1℃,19.5℃,20.2℃,20.6℃,21℃??梢钥闯龃?lián)輻射板的表面溫度隨著數(shù)量的增加而遞增,因此設(shè)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(fēng)機(jī)組處理到室內(nèi)等焓狀態(tài)點。室內(nèi)溫度達(dá)到設(shè)計溫度20℃時,測得串聯(lián)最多回路(6塊輻射板),從熱水進(jìn)水側(cè)到出水側(cè)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(jié)
9.1高溫型地源熱泵冷水機(jī)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(jī),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(yīng)采用專門的高溫型地源熱泵機(jī)組,機(jī)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(shè)備為標(biāo)準(zhǔn)模塊化產(chǎn)品,安裝方便,供冷供暖能力強(qiáng),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(hù)結(jié)構(gòu)熱工性能不能達(dá)到新建項目標(biāo)準(zhǔn))能夠達(dá)到設(shè)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(fēng)機(jī)組
本項目采用了低溫再生的轉(zhuǎn)輪除濕機(jī),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(jī)容量,降低了機(jī)組的投資費用。
由于本項目是改造項目,新風(fēng)系統(tǒng)無法考慮排風(fēng)的熱量回收。在同類項目的設(shè)計中,應(yīng)考慮室內(nèi)排風(fēng)的能量回收,可提高新風(fēng)機(jī)組的能效比,降低運行費用。
9.4總結(jié)
頂棚輻射供冷(暖)系統(tǒng)和轉(zhuǎn)輪除濕新風(fēng)機(jī)組相結(jié)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(shè)計時,應(yīng)采用高溫型熱泵機(jī)組,提高機(jī)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(fēng)系統(tǒng)應(yīng)對排風(fēng)進(jìn)行能量回收,提高新風(fēng)機(jī)組運行效率。
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