顶棚辐射叙述

热湿单独处理空调系统

咨询报告

编制单位： 南京丰盛新能源科技股份有限公司 湖北风神净化空调设备工程有限公司

编制日期： 2011年01月05日

目 录

一、 二、

热湿单独处理技术............................................. 4 空调系统介绍................................................. 5

1、 天棚埋管辐射系统 ........................................... 5 2、 吊顶式辐射系统 ............................................. 6 3、 毛细管辐射系统 ............................................. 6 4、 置换新风系统 ............................................... 8 三、

天棚辐射+置换新风系统的技术要点.............................. 9

1、 天棚辐射系统设计 ........................................... 9

1.1、 天棚辐射原理与承担的负荷.............................. 9 1.2、 天棚辐射原理与室内高舒适性的关系..................... 10 1.3、 天棚辐射系统的蓄热蓄冷性与节能性..................... 10 1.4、 埋管的管材、管径、流速、回路长度与水力计算........... 11 1.5、 天棚埋管间距与埋管位置............................... 11 1.6、 天棚埋管铺设方式与实际铺设面积....................... 11 1.7、 进出水工况与高温冷冻水制备........................... 11 1.8、 分集水器的位置与水力平衡的设计....................... 12 2、 置换新风设计 .............................................. 12

2.1、 室内设计状态点与结露分析............................. 12 2.2、 室内除湿要求......................................... 12 2.3、 新风量............................................... 12 2.4、 冷冻除湿与溶液除湿的对比............................. 13 2.5、 送风状态点........................................... 16 2.6、 新风系统的其他问题................................... 16 3、 计费方式 .................................................. 17 4、 施工工艺要求 .............................................. 17 5、 建筑热工设计 .............................................. 17 四、

项目投资分析................................................ 18

1、项目投资分析 ................................................ 18

2、本项目空调系统运行费用分析 .................................. 18 五、 六、

总结........................................................ 19 企业基本情况介绍............................................ 20

1、企业基本情况介绍 ............................................ 20

1.1、南京丰盛新能源科技股份有限公司......................... 20 1.2、湖北风神净化空调设备工程有限公司....................... 21 2、企业类似工程 ................................................ 22

一、 热湿单独处理技术

热湿单独处理技术是目前国内大力推广的空调理念，传统空调例如风机盘管系统或全空气系统，通过空气冷却器同时对空气进行冷却和露点除湿, 生产低温干燥的送风, 实现排热排湿的目的。这种热湿联合处理的空调方式存在如下问题: 1）热湿联合处理所造成的能源浪费。排除余湿要求冷源温度低于室内空气的露点温度, 而排除余热仅要求冷源温度低于室温。占总负荷一半以上的显热负荷本可以采用高温冷源带走, 却与除湿一起共用7℃ 的低温冷源进行处理, 造成能量利用品位上的浪费。而且, 经过冷凝除湿后的空气虽然湿度满足要求, 但温度过低, 有时还需要再热, 造成了能源的进一步浪费。2）空气处理的显热潜热比难以与室内热湿比的变化相匹配。通过冷凝方式对空气进行冷却和除湿, 其吸收的显热与潜热比只能在一定的范围内变化, 而建筑物实际需要的热湿比却在较大的范围内变化。当不能同时满足温度和湿度的要求时, 一般是牺牲对湿度的控制, 向仅满足温度的要求来妥协,造成室内相对湿度过高或过低的现象。过高的结果是不舒适, 进而降低室温设定值, 来改善热舒适, 造成能耗不必要的增加; 相对湿度过低也将导致室内外焓差增加使新风处理能耗增加。3）室内空气品质问题。冷凝除湿产生的潮湿表面成为霉菌繁殖的最好场所。空调系统繁殖和传播霉菌成为空调可能引起健康问题的主要原因。温湿度独立控制空调系统是解决上述问题的有效途径。

热湿单独处理空调系统承担着排除室内余热、余湿、CO2 与异味的任务。由于排除室内余湿与排除CO2、异味所需要的新风量与变化趋势一致, 即可以通过新风同时满足排除余湿、CO2 与异味的要求, 而排除室内余热的任务则通过其它的系统( 独立的温度控制方式) 实现。由于无需承担除湿的任务, 因而较高温度的冷源即可实现排除余热的控制任务。温湿度独立控制空调系统中, 采用温度与湿度2 套独立的空调控制系统,分别控制、调节室内的温度与湿度, 从而避免了常规空调系统中热湿联合处理所带来的能量损失。由于温度、湿度采用独立的控制系统, 可以满足不同房间热湿比不同的要求, 克服了常规空调系统中难以同时满足温、湿度参数的要求, 避免了室内湿度过高( 或过低) 的现象。温湿度独立控制空调系统的基本组件有：高温冷源、余热消除末端装置组成了处理显热的空调系统,采用水作为输送媒介, 其输送能耗仅是输送空气能耗的1/10～1/5。

处理潜热( 湿度)的系统由新风处理机组、送风末端装置组成, 采用新风作为能量输送的媒介, 同时满足室内空气品质的要求，因为无冷凝水，避免霉菌的滋生。

热湿单独处理技术往往是结合辐射供冷暖系统，辐射系统承担建筑显热负荷，而置换新风系统承担室内湿负荷。

天棚埋管辐射供冷暖+置换新风系统是国内外低能耗高舒适性空调的代表性技术。该系统是热湿单独处理系统中较为成熟的技术，应用场合为住宅、办公、客房等。1989年，欧洲第一座结合应用“置换式新风系统＋外置式辐射采暖制冷系统”的办公建筑Messerli Ltd.在 Wetzikon落成并投入使用。1991年顺利落成的“置换式新风系统＋内置式混凝土楼板天棚辐射采暖制冷系统”的办公建筑Sarinaport, Fribourg投入运行。在 2002年辐射供冷供暖顶板空调系统被美国能源部列为节能效果最大的空调技术。

国内该技术在以北京为代表的寒冷地区，以上海、南京为代表的夏热冬冷地区都已成功应用，运行效果非常好，得到房地产商、业主与客户的一致推崇。

本项目为住宅项目，由地源热泵夏季供冷、冬季供暖，并全年提供24小时生活热水。室内末端采用天棚埋管辐射系统+置换新风系统。

二、 空调系统介绍

天棚辐射系统分为天棚埋管辐射系统、吊顶式辐射系统、毛细管辐射系统三种形式，辐射系统常与置换新风相结合使用。辐射系统承担建筑显热负荷，置换新风承担室内湿负荷，实现热湿单独处理。 1、 天棚埋管辐射系统

混凝土预制辐射板是沿袭辐射楼板思想而设计的辐射板，是将特制的塑料管或不锈钢管，在楼板浇铸之前将其排布并固定在钢筋网上，浇筑混凝土后，就形成“水泥核心”结构。这种辐射板结构工艺较成熟，造价相对较低。考虑到初投资问题，目前国内管材主要采用有塑料黄金之称的聚丁烯管材。聚丁烯管材可以说是最保险的埋地管材，因为无论是从耐温耐压方面还是从施工性能方

面而言，均有其它管材无法比拟的优点。但由于混凝土楼板具有较大的蓄热能力，可利用该辐射板实现蓄能。

夏季17～18℃水通入埋管内，冷却楼板，楼板与周围内壁主要通过辐射形式换热，抵消室内室外的热源。保证室内维持在舒适的环境温度。冬季通入30/28℃。也只利用2度温差来向室内辐射热量，其均匀的温度创造了最佳的舒适环境。

2、 吊顶式辐射系统

吊顶式辐射系统中埋管固定在吊顶的上侧，吊顶可为金属、塑料、石膏板材等，埋管为钢管、铜管、塑料管或者下文的毛细管。冬夏季进回水工况与天棚埋管相同，但吊顶无蓄热蓄冷功能。金属辐射面板一般采用铝做材料，重量轻而导热性能好，表面具有微穿孔以消除噪音和增强传热，背面使用U型塑料弯管作为循环水通道。金属辐射板的主要优点是美观大方、易于与装修配合，可以直接作为吊顶装饰面使用，适合作为较高档的办公楼的空调选择。

金属制作的辐射吊顶对负荷的变化反应较快，在夏季通冷水之后很快降温，通过辐射与围护结构其他表面进行热交换，使围护结构降温。水温与吊顶表面的温差相比天棚埋管方式较小。金属冷吊顶单元是以金属为主要材料的模块化辐射板产品，适合安装于各种常用规格的金属顶棚板内，也可用于开放式系统或是和龙骨式吊顶相结合。金属冷板单元单位面积供冷功率大，运行成本低。而且金属冷板单元质量大，耗费金属多，价格偏高，表面温度不均匀。

3、 毛细管辐射系统

在自然界中，植物的叶脉和人体皮肤下的血管都是毛细管的自然存在形式，它们都是通过管内流体来调节机体自身的温度与周围环境平衡的成功范例。水是

一种高效的传热介质，它的传热速度比空气快1000倍，毛细管平面系统就是利用水作为介质的一种辐射式空调末端系统。和常规的对流式空调系统相比，毛细管系统主要是通过辐射方式进行换热（毛细管辐射顶板系统夏季供水温度为18-20℃，冬季系统供水温度为28-30℃），而辐射传热的最大优点是：在室内没有吹风感、没有空气流动带来的噪音，创造了健康的室内环境。毛细管辐射系统较常规空调系统具有较好的舒适性、较高的制冷能力，与土壤热泵机组配套使用更可极大降低维护费用和系统的能耗。

这种格栅由排放比较密集的毛细管状水管组成（ capillary system）,其产品以德国生产的KaRo为代表，其水管直径约为1.6mm (1/16 inch),水管之间间隔约12.7mm（1/2inch）,这种冷却格栅可以施工于墙壁和吊顶辐射供冷/供暖。管内的水流速度较慢，大约在0.1~0.2m/s，因此系统运行时的噪声较低，同时这种格栅的表面积大，所以温度分布比较均匀，而且布置灵活，适用于新建和改造项目，它对冷负荷变化的反应时间介于金属辐射板和混凝土辐射板之间。

毛细管是一种新型的材料，其材质为聚丙烯，聚丙烯共聚物是一种高分子物质，具有很强的忍耐能力、硬度和抗张强度。毛细管网栅产品具有高延展性，抵抗能力强。如果设计和安装准确，寿命周期可超过50周年。管道平滑无孔，表面不存在粗糙物质，这样可减少壁面阻力，减少压力损失。通常毛细管管径在3.0-6.5mm之间,壁厚在0.5-1mm之间，集管管径在16-20mm之间,壁厚在2.0-3.5mm之间。系统运行压力4-20bar。毛细管网宽幅一般在1.2m以内，长度最长可达6m。一般需要根据建筑各房间的尺寸和设计长度，由工厂定做。毛细管组集管之间采用专用设备热熔对接。毛细管平面辐射供暖/制冷系统末端是将毛细管组网水平敷设在房间的顶棚上、墙壁上或者地面。

顶棚常见的工艺是将PP-R毛细管敷设在顶部混凝土楼板下，用导热型灰泥石膏砂浆固定，并压入玻纤网格布后用砂浆抹平，解决了毛细管系统与室内顶板精装修同时施工的难题。毛细管的安装也可以采用冷吊顶方式，代替传统的塑料管和金属管。

在夏季将冷水通入埋在砂浆中的PP-R毛细管里，冷水在夏季供水温度为18℃，回水温度为20℃。在冬

季，毛细管内供水温度为30℃左右，通过2℃温差来向室内辐射热量，其均匀的温度创造了最佳的舒适环境。

4、 置换新风系统

置换通风系统原理

该系统是将室内的空气系统当作一个单独体系，仅仅为了人体的健康舒适卫生而与传统的依赖空气流动来采暖制冷的系统脱离，为此送风只是保证空气质量。传统的机械通风系统因为存在空气的交叉污染的可能以及能耗噪音过大，所以需要一种能够克服传统新风的不利因素又能满足人们健康卫生需要的空气系统，置换通风就是能够完全解决上述问题的一种目前在国际上流行的健康空气解决方案。

置换通风就是将所有房间的新风都从房间下部送出，新风以非常低的速度和略低于室内温度的温度流入房间。低温，就是依靠空气的密度差来实现新风的自动流动，不用依赖风机的动力。低速就是不产生明

显的气流，避免气流产生的对人体体表微循环的不利影响。这样新风从房间的底部慢慢地充满整个房间。人体和其他室内热荷载加热新风，就会产生上升的气流，尤其是人体呼吸排出的污浊空气因为温度高而上升快，最后到达房间的顶部，在那里最终进入卫生间排风道再排出。由于毛细管承担了室内的采暖和制冷工作，因此室内只需要提供人体健康需求的新鲜空气无需空气再循环，使居住者不必担心家人因通风不良而感染疾病，确保居住者在不适宜开窗通风的时刻，依然能够

呼吸到新鲜而安全的空气。也彻底解决了传统空调系统中新鲜空气和污浊空气混合使用的弊病，大大消减了疾病交叉传染的可能性。

系统构成及流程

新风机房(设在地下室)内设全热交换新风机组。室外新鲜空气首先经新风机房通过能量回收装置与室内排风进行热交换，经加热 (冷却)送入室内。

室内末端系统:分房间送风，卫生间排风；

机房:新风、排风集中处理；采用全热交换方式；过渡季直接采用室外新风； 系统特点:

集中新风处理；全年新风供应；全热交换方式。

三、 天棚辐射+置换新风系统的技术要点

天棚辐射系统+置换新风系统属于热湿单独处理的技术。它的特点之一是室内湿度的处理方式与传统空调完全不同。

天棚辐射系统+置换新风系统突破了传统空调模式，该系统需暖通专业与建筑专业密切协调。系统的技术要点要从四个方面进行分析：天棚埋管系统设计、置换新风系统设计、建筑结构热工设计、冷热源设计。 1、 天棚辐射系统设计

1.1、 天棚辐射原理与承担的负荷

夏季天棚辐射系统能承担多少冷负荷关系到建筑的热工设计、置换新风设计，这是天棚辐射系统设计的重要依据，估算小了，可能会造成建筑、空调系统的成本的急剧上升；估算大了，空调系统可能运行不起来，一般估算值为30-45W/m2。

夏季天棚辐射系统能承担多少冷负荷在业界一直在争论之中。实际项目中，上下楼层之间不用保温，同时楼板与周围的外墙内墙间也不保温，天棚通过导热与辐射与其他内壁换热，天棚、外墙、内墙、地板的温度都较低，这使系统的换热过程完全与通常意义的单辐射面的天棚辐射不同了，房间中天棚、四壁与地板都成了辐射面。传统天棚辐射系统原理模型是单辐射面，这些计算模型过多的简化，其计算的方法有局限性。因此天棚辐射能承担的负荷需重新计算。

我们公司对天棚辐射系统有全方位且较为深入的理解，收集了大量成功项

目的运行测试数据，建立了更符合实际情况的天棚辐射计算模型，可对天棚辐射系统承担负荷能力进行精确的计算。 1.2、 天棚辐射原理与室内高舒适性的关系

? 辐射换热对舒适性的意义

使用天棚辐射系统的房间，人体舒适性不再以室内气温为评价目标，而要以辐射作用温度作为评价指标，即所谓的体感温度（举例说，冬季室外气温很低，但在阳光下人体感觉却很舒适），辐射作用温度是考虑围护结构与室内空气温度的综合影响。

人体热平衡主要是新陈代谢、人体做功、蒸发、对流、辐射几个方面。其中辐射的比例高低与人的舒适性有很大的关系。辐射比例适当增大，能提高人体的舒适性。人体舒适性可采用PMV-PPD指标进行定量分析。

辐射可改变因为置换新风带来的室内温度分层，使室内空气分布更均匀。增加人体舒适性。

由于混凝土辐射板及建筑结构的蓄冷蓄热作用使得室温对于负荷变化的波动极小,即使空调系统关闭获室内人数突增也不会出现室温的明显升高。

? 置换新风对舒适性的意义

置换新风技术依据的是净化空调技术，该通风方式可保证室内空气及时的更换，下送风在地面形成空气湖，从地板逐步向上扩散，把室内空气从长到下逐步送到排放口。置换效果评级指标为空气龄。

天棚辐射系统+置换新风的室内舒适性可定量分析，本公司根据实测数据，采用CFD技术模拟室内温度场分布、垂直方向空气温差，室内空气置换效果，采用室内舒适指标PMV-PPD,置换效果指标空气龄进行定量分析。 1.3、 天棚辐射系统的蓄热蓄冷性与节能性

从某种意义上来讲，天棚辐射系统与建筑的围护结构是一个蓄冷蓄热装置，外保温是一个蓄冷装置的封壳。天棚埋管中冷热水循环，把冷量与热量储存在这个装置中。使围护结构内壁温度保持一个温度，为人体提供一个辐射环境，提高人体舒适度。在实际运行中，启动时间与恢复时间是重要的参数，我们可以数值分析软件对这个蓄热蓄冷装置进行非稳态模拟，计算出启动时间与恢复时间。

楼板辐射供冷系统之所以节能，其主要体现在对冷源设备安装容量的降低

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