庞亚灵¹，曲晟¹，张建忠²   
1.江苏绿色都建建筑设计研究院有限公司  
2.南京市建筑设计研究院有限公司 

    【摘  要】以南京某会所空调系统 为例，介绍了顶棚辐射板供冷（暖）和转轮除湿新风机组相结合的空调系统设计方案，探讨了顶棚辐射板供冷（暖）空调形式的温湿度独立控制策略。重点介绍了顶棚辐射板供冷（暖）系统的特点及安装方式、转轮除湿新风机组、空调冷热源系统及温湿度独立控制系统的设计要点。并根据该空调系统的实际运行情况进行了经验总结，可供同类空调系统的优化设计参考。 

    【关键词】顶棚辐射供冷（暖）；转轮除湿；温湿度独立控制

Abstract: Take the air conditioning system of a Club in Nanjing as example, introduces the air conditioning system design of ceiling radiant panel cooling (heating) combines with rotary wheel dehumidification fresh air system, discusses the control strategy of temperature and humidity independent control of ceiling radiant panel cooling (heating) air-conditioning. Mainly introduces the feature and Installation way of the ceiling radiant panel cooling (heating) system and the design points of the rotary wheel dehumidification fresh air unit, air-conditioning cold and heat source system and temperature and humidity independent control system. And summarizes the experience according to the actual operation of the air conditioning system, provides a reference for the similar project optimal design.
Key words: ceiling radiant panel cooling (heating), rotary wheel dehumidification, temperature and humidity independent control

0 引言

    随着能源消耗和节能环保问题的日益突出，以及人们对办公和居住环境要求的不断提高，辐射空调和温湿度独立控制系统在空调系统的应用也逐渐普遍。目前常用的辐射空调形式有混凝土埋管、毛细管网、金属吊顶板等多种形式，与之相结合的新风处理形式也有冷冻除湿、溶液除湿、转轮除湿等多种形式。但目前常用的辐射空调形式在实施的过程也存在着各种各样的问题：供冷（暖）时启动速度慢，单位面积供冷（热）量小，和装修难以配合等。而顶棚辐射板供冷（暖）系统从一定程度上解决了常规辐射空调系统存在的以上问题，具有更广阔的应用前景。

    本文以南京某会所空调系统为例，介绍了顶棚辐射板供冷（暖）空调系统的设计，该系统新风采用转轮除湿方式和顶棚辐射系统相结合，实现该会所空调系统的温湿度独立控制。

1 工程概况

    该会所位于南京市区，上下两层，一层高3.3米，二层为坡屋面，总建筑面积390m²。建筑物为既有建筑，进行节能改造，使用功能为休闲接待会所。

2 空调系统形式

    该工程采用温湿度独立调节的空调技术，利用新风降温除湿控制室内湿度，高温冷水（16℃）降温控制室内温度。冷热源采用地源热泵系统，新风除湿采用转轮除湿，高温末端采用顶棚辐射板。该系统显著提高了室内温湿度的控制精度，使得空调系统的综合能效比得到进一步的提高，达到了高效、节能、舒适的目的。

3 设计计算参数

    空调负荷包含室内负荷和新风负荷。室内负荷为室内显热负荷和潜热负荷。新风机组承担新风负荷和室内潜热负荷，同时负荷高峰时，新风机组可承担部分室内显热负荷。顶棚辐射系统承担室内显热负荷。

    3.1 室内外计算参数

    （1）室外计算参数

    夏季：干球温度34.8℃，湿球温度28.1℃；冬季：干球温度-4.1℃，相对湿度76%

    （2）室内设计参数

    夏季：干球温度25℃，相对湿度50%；冬季：干球温度20℃，相对湿度40%

    3.2 维护结构节能改造

    对既有建筑保温进行了节能改造：屋顶采用8cm聚苯乙烯保温板保温，外墙采用5 cm聚苯乙烯保温板保温；外窗采用6高透光Low-E+12氩气+6透明双层窗，断桥隔热铝合金窗框，自遮阳系数0.5。

4 冷热源及系统设计

    该会所和其他建筑物共用冷热源系统。冷热源采用地源热泵系统，地源热泵主机采用常规夏季7/12℃（冬季45/40℃）供回水温度，通过板式换热器二次换热为会所辐射末端和新风机组提供16/19℃（冬季42/39℃）供回水温度。

    水系统为变水量系统，水泵采用变频泵，根据供回水主管道之间的压差调节水泵频率。同时供水主管道间设压差旁通阀，在水泵最小频率时，保证系统正常运行。

    系统原理图见图1。

5 转轮调湿新风机组

    新风机组采用转轮除湿新风机组，该机组将低温再生转轮除湿系统，直接膨胀蒸发制冷系统和冷冻水冷却空气系统结合成一台独立紧凑的新风调湿机组。

    新风机组运行流程见图2。

    新风进入该机组首先经过表冷器降温，随后经制冷系统的蒸发器再次降温，最后低温的处理空气经过转轮进行除湿，除湿后空气经送风机送入室内，新风温度可至22℃，含湿量可至7.5g/kg。而转轮的再生风通过制冷系统的冷凝器加热至45℃即可实现转轮的再生，省去了高温再生转轮再生风加热的能量。该机组能效比高，除湿能力强，又能够利用空调系统冷水，可靠性高，运行费用低。

    本项目设置了一台处理风量为2000m³/h的新风机组供一层和二层共同使用。机组需处理新风本身的热湿负荷及室内的潜热负荷，同时根据实际运行的情况可调节机组是否承担室内显热负荷。

    本工程为改造工程，由于建筑空间原因，室内排风无法接至新风机组进行热量回收，因此无法考虑排风的能量回收。在一层和二层分别设置了一台排风机，直接排至室外，新风机和排风机连锁控制。

6 顶棚辐射末端

    本项目采用了一种新型的顶棚辐射系统。该顶棚辐射系统由顶棚辐射板，汇总管道，集分水器，露点控制系统等组成一套安全、舒适的供冷供暖系统。

    该顶棚辐射板为标准产品，产品宽度一致，长度可以根据使用需求定制。该标准产品是由De10×1.3mm的硅烷交联聚乙烯（PEX-b）阻氧管固定在薄钢板上面的成型产品。安装时，先在在顶面安装龙骨支架，然后将辐射板固定在龙骨支架上，外面敷设一层石膏板吊顶。

    辐射板安装示意图见图3。

    辐射板集管为De20×2.0mm铝塑复合管，集管与辐射盘管采用金属三通连接，辐射板连接遵循先并联，后串联原则，串联个数以保证辐射板阻力小于2m为宜，每路集管以并联4~5路辐射板为宜，同程连接。每一回路集管连接于附件的集分水器，每个集分水器连接的回路不宜多于8路。辐射板连接方式见图4。

    该辐射板安装使用方便，夏季供水温度可至16℃，低于毛细管辐射系统（18℃左右），因而供冷能力大，启动速度快。同时辐射板可以结合室内装修板，对室内装修影响较小。

    本项目一层分为大厅、办公室、会诊室、按摩间、备餐间等功能房间，每个房间根据面积大小，设置一个或者两个顶棚辐射回路。每个房间设温控器及最不利点设露点探测器，可联合实现各个房间温度控制及露点保护。

    二层为大空间，屋面坡屋面。顶棚辐射板沿坡屋面布置，共设置21个回路，分4个集分水器。在最不利点设置4个温控面板及露点探测器，实现整个大厅的温度控制及露点保护。

7 自动控制要点

    7.1 分室温控

    各个房间内设单独的辐射板回路，每个回路设电动两通阀。房间内设温控面板，根据温控面板的设定温度控制供水回路上电动两通阀的通断，来维持室内温度恒定。

    7.2 室内湿度控制

    由室内回风湿度传感器控制新风风阀打开或者关闭到最小状态。

    7.3 室内防结露控制

    在个房间回路上装设露点探测器，当露点探测器检测到露点温度接近二次水的供水温度时，通过房间内温控面板（带露点控制功能）及时关闭该房间回路上的电动两通阀，当露点探测器信号解除时，开启相应回路上的电动阀。 

    7.4 二次侧供水温度控制

    根据二次侧供水温度传感器调节一次侧供水电动两通调节阀的开度。

    7.5 新风机组送风温度控制

    根据新风机组出口送风温度传感器，调节新风机组表冷器上电动调节阀的开度。

    7.6 新风机组和辐射系统启动控制

    夏季系统运行时，先开启新风机组10分钟（具体时间可人工设定），10分钟后比较回风温湿度值对应的露点温度和设定的辐射供水温度：回风温湿度值对应的露点温度低于辐射供水温度设定温度0.5℃时，即可开启辐射水泵；否则继续开启新风机组进行除湿，10分钟后再进行判定。
冬季新风系统和辐射系统可同时开启。

8 空调系统运行效果

    该项目竣工验收后即投入运行使用，目前已经过一个供冷季和供暖季的正常运行。室内温湿度均能够满足设计要求。

    在夏季供冷工况时，辐射板供水温度15~16℃，转轮除湿新风机组根据室内负荷情况，自动调节送风状态参数，部分时间承担室内显热负荷。室内温度达到设计温度25℃时，测得串联最多回路（6块辐射板），从冷水进水侧到出水侧辐射板的表面温度分别为：18.6℃，19.1℃，19.5℃，20.2℃，20.6℃，21℃。可以看出串联辐射板的表面温度随着数量的增加而递增，因此设计时不宜将多块辐射板串联成一组，以免引起室内各个区域温度分布不均。

    在冬季供暖工况时，辐射板供水温度41~42℃，转轮除湿新风机组处理到室内等焓状态点。室内温度达到设计温度20℃时，测得串联最多回路（6块辐射板），从热水进水侧到出水侧辐射板的表面温度分别为：33.2℃，32.9℃，32.4℃，32.3℃，31.9℃，31.5℃。可以看出冬季的情况和夏季情况相似，辐射板的表面温度也随着串联块数的增加呈线性递减。

9 经验总结

    9.1 高温型地源热泵冷水机组

    本项目由于特殊原因和其他末端系统共用地源热泵主机，采用了中间换热器为辐射系统提供高温冷水16℃，因此整个系统的节能性不能凸显出来。在同类项目中应采用专门的高温型地源热泵机组，机组运行效率高，节能效果明显。

    9.2 顶棚辐射末端

    本项目采用的顶棚辐射末端设备为标准模块化产品，安装方便，供冷供暖能力强，易于和装修配合，是一种新型的辐射空调形式。在本项目中（改造项目，维护结构热工性能不能达到新建项目标准）能够达到设计要求参数，在新建项目拟采用辐射空调系统时可予以推广。但是该产品目前价位较高，工程安装成本偏高。
在系统的运行过程中经过对辐射板壁面温度的检测，发现辐射板串联过多的回路中，末端壁面温度在夏季高于始端近2℃。因此建议，辐射板的串联篇数不宜过多，否则容易造成室内温度分布不均，一般串联个数以保证辐射板阻力小于2m为宜。

    9.3 转轮除湿新风机组

    本项目采用了低温再生的转轮除湿机，利用制冷系统冷凝器的散热45℃即可实现转轮的再生，充分利用系统本身的能量，系统运行能效比高，运行费用低。同时又根据项目的实际情况，利用了系统能够提供的7℃冷冻水，减少了系统中制冷系统的装机容量，降低了机组的投资费用。

    由于本项目是改造项目，新风系统无法考虑排风的热量回收。在同类项目的设计中，应考虑室内排风的能量回收，可提高新风机组的能效比，降低运行费用。

    9.4 总结

    顶棚辐射供冷（暖）系统和转轮除湿新风机组相结合的温湿度独立控制系统，室内温度分布均匀，舒适度高，具有可实施性。

    系统设计时，应采用高温型热泵机组，提高机组的运行性能，避免采用板式换热器二次换热，造成能量损失。新风系统应对排风进行能量回收，提高新风机组运行效率。

参考文献

    [1] 刘晓华 江亿 张涛 著. 温湿度独立控制空调系统（第二版）.北京:中国建筑工业出版社，2013.5
    [2] 陆耀庆主编.实用供热通风设计手册.北京:中国建筑工业出版社,2008
    [3] GB500736-2012民用建筑供暖通风与空气调节设计规范
    [4] 赵义荣主编.简明空调设计手册.北京: 中国建筑工业出版社,1998
    [5] 江苏省住房和城乡建设厅科技发展中心 编著. 江苏省绿色建筑应用技术指南. 江苏科学技术出版社，2013.4

    备注：本文获评为第21届暖通空调制冷学术年会优秀论文，收录于《建筑环境与能源》2018年10月刊总第15期（第21届暖通空调制冷学术年会文集）。版权归论文作者所有,任何形式转载请联系作者。