辐射供冷系统-除湿机设备分类与设计特点

一、辐射供冷系统除湿机设备分类

辐射供冷系统与环境之间的热交换有辐射和对流两种形式,根据各自所占总换热量比例不同,通常将辐射供冷的设备分为辐射式和对流式两种。此外,对流式供冷还可以进一步分为主动式冷梁和被动式冷梁两种特殊形式。
1. 辐射式
辐射式进一步可分为楼板式和吊顶式。楼板式进而可以分为毛细管式和混凝土式。毛细管式一般使用内径很小的塑料管;塑料管紧密排布,供冷能力比较小,一般为40~65 W/m2。混凝土式是把冷冻水管直接埋入房间天花板的混凝土中,与建筑围护结构形成一体,它的供冷能力更小一些,大约30W/m2,一般用于满足建筑基础冷负荷。吊顶式具有闭式平滑表面,其辐射换热一般占总换热量的60%,对流换热量占40%。它一般直接悬吊在天花板下方,有时会在吊顶板上穿一些小孔,然后在铜盘管上敷设吸声垫,起到吸声的作用。吊顶式在房间垂直方向上温度波动极小,一般在±0.5K 以内。一般不超过0.1m/s , 能提供的冷量不超过100W/m2。辐射换热而引起室内空气的自然对流风速很小,室内人员没有吹风感。辐射式供冷一般应用于冷负荷不太大的场合,如办公室、学校、银行。辐射式供冷还可以用于供热,但是水平温度的不均匀性必须控制在3.5K 以内,不允许出现有人的一侧过热或过冷的现象。而且房间垂直方向的温差不容许超过2K,靠近窗户侧空气的温度降也要控制在容许范围内。虽然辐射供冷也可以用于供热,但是效果并没有像在供冷中那样显著,因此一般不用于供热。
2. 对流式
2.1 吊顶式
对流式吊顶一般开有强化空气流动的缝隙,以增强对流换热,其对流换热所占比例在50%以上,有时甚至可以达到70%。对流式系统在垂直房间高度上的温差也很小,一般在±2K 以内。对流式供冷最大能够提供的冷量不超过150W/m2。与辐射式供冷相比,对流式引起室内空气流动的风速稍大,但也不会超过0.15m/s。这种供冷方式应用于冷负荷比较大的场所,如商场、超市、博物馆和展览室等场所。
2.2 冷梁
冷梁与环境之间的热交换绝大部分是通过对流进行的,对流换热的比例可以达到90%—95%。冷梁按有无新风通入又可以进一步分为主动式冷梁和被动式冷梁。
主动式冷梁有新风通入,新风以极高的速度进入冷梁,高速流动的新风产生负压,诱导周围空气一同进入冷梁,与冷梁内的冷盘管对流换热降低室内空气的温度。主动式冷梁出风口气流流速比较高,不能直接布置在工作人员的正上方。根据主动式冷梁出风口的数目可以分为单侧送风和双侧送风。单侧送风主要敷设于房间天花板边缘处;双侧一般布置在天花板中间。这种供冷系统能力比较大,可以达到620W/m。用于冷负荷非常高的场所。
被动式冷梁与主动式冷梁最大的区别在于它没有新风参与室内的对流换热,只是室内空气参与的一个封闭循环。被动式冷梁下方气流速度也比较大,与主动式冷梁,被动式冷梁也不能直接布置在工作人员上方,夏季其下方的风速不能超过0.25m/s,冬季不能超过0.15m/s。被动式冷梁供冷能力可以达到400W/m。
被动式冷梁则只能在夏天制冷不能在冬天制热从而不适合应用于热泵系统。

二、辐射供冷的设计特点

辐射供冷系统在去除室内负荷的过程与传统空调有着根本的区别。辐射是把显热负荷和潜热负荷分开去除;而传统空调是把显热和潜热同时去除。所以二者在设计方面也有着很大的差异。
1. 辐射供冷与独立新风系统结合
辐射供冷不能去除室内的潜热负荷,所以潜热负荷必须采用其它手段去除。另外,根据室内空气品质和正压排风的要求必须向房间供给新风,因此可以利用独立新风来承担室内的潜热负荷。
2. 送风方式的选择
在送风方式的选择上,从原则上来说,辐射供冷可以和任意一种送风方式相结合。但是考虑到送风还必须要保证室内有良好的热舒适性,不能有强烈的吹风感,而且要尽量节约能耗的要求,一般选择天花板顶送风方式。
天花板顶送风方式的主要优点在于一方面顶送风设计、施工和维修的技术都比较成熟,与辐射供冷相匹配的独立新风可以直接选取和全空气系统相似的空调机组。而且全空气系统送风温差可以选的略大(8℃~12℃),再配合使用具有高吸入性的旋流风口,这样经过冷却除湿后的新风可以不经过再热直接送入房间,人员不会有吹风感,既保证了舒适性又节约了能耗;另一方面,顶送风可以加强辐射供冷板表面附近空气的扰动,强化了换热,可以提高辐射供冷板的供冷量。
置换通风有时也可以与辐射供冷相匹配,它的换气效率、能量利用效率都高于天花板顶送空气系统。但是由于置换通风要求的送风温差不宜大,一般要控制在3℃以内。如若使用置换通风与辐射供冷相匹配,必须要对新风进行再热,虽然获得了较高的空气质量,但是浪费了能源,总体来说效果不如天花板顶送方式。
3. 除湿方式的选择
辐射供冷要求独立新风系统必须把室内的全部潜热负荷(湿负荷)去除,要求送风的含湿量必须足够小。对比过同样的一间房间采用全空气系统和辐射供冷系统加顶送独立新风系统,全空气系统送风温度17.2℃,含湿量11.8g/kg,而辐射供冷要求送风温度为14.2℃,含湿量9.7g/kg,辐射供冷的送风温度和含湿量要更低。在我国北方地区,一般采用6℃冷冻水冷却除湿能够完全满足辐射供冷系统新风的要求。若对送风温度有严格要求,则必须对新风进行再热,但是这样做不利于节能。
另外的一种除湿方法就是利用转轮除湿机,适用于送风温度比较高,而相对湿度比较低的场合。这样的除湿系统COP 值在0.6~1 之间,性能主要受转轮除湿机和热交换器的影响。该系统的运行费用和常规的空调持平或略高,而且在初投资方面要高于常规的空调系统,因此使用前需要进行综合的经济性分析。
4. 辐射供冷水系统
辐射供冷水系统比较复杂,主要体现在水系统要提供两组不同温度的冷冻水来满足需要。辐射供冷系统的冷冻水温一般在15℃~20℃之间,一般我们可以通过以下3 种方案设计水系统。
方案一:辐射供冷和独立新风共享一套水系统。水系统分两路,一套供给独立新风系统另一套供给辐射供冷系统,辐射供冷所需水温较高,通过板式换热器制得。该种系统设计简单,易于控制。
方案二:冷冻机出来的冷冻水先对独立新风系统进行处理后再供给辐射供冷系统。一般处理过新风的冷冻水为12℃,低于辐射供冷对冷冻水温的要求,所以要在辐射供冷回水处装三通,以便调节辐射供冷的水温。这样的设计相当于利用了冷冻水两次,充分利用了其吸收热量的能力,能够有效的降低冷量损失。
方案三:为独立新风和辐射供冷各设一套冷冻水系统。独立新风系统和辐射供冷系统的水温要求相差比较大,这样设计有很强的针对性,可以降低系统能耗。但是这样的设计初投资比较大。由于辐射供冷系统对冷冻水的要求比较高,这就给寻找替代冷源使用留下了空间。在过渡季节可以使用冷却塔为辐射供冷系统提供冷源。在地下水资源丰富、温度比较低的地区,也可以利用地下水直接供冷。这样就凸显了辐射供冷的节能潜力。对水系统的控制也是水系统设计很重要的环节。为了防止结露,需要在供冷系统的辐射板表面布置结露感应装置。一旦辐射板附近空气达到饱和就立即切断冷冻水的供给;亦可改变通过三通阀回水的流量来改变冷冻水水温。
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