地板供冷／置换通风复合空调系统的可行性探讨

・４・　２００２年第４期　

地褫供冷／置换通风复合空调系统帕可行性搽ｉ习　

李先中☆　王子介　刘传聚　

（同济大学）　（南京师范大学）　（同济大学）　

［摘要］随着地板辐射供暖的迅速推广，地板辐射供冷的可行性备受关注，本文探讨了地板辐　

射系统和置换通风系统相结合用于夏季供冷的可行性。　

［关键词］地板辐射供冷置换通风冷负荷温度梯度可行性　

０引言　

目前，地板供暖因其节能、舒适、不占用室内使用　

面积等突出特点，已在北方地区居住建筑中获得大面　

积使用，但由于该系统用于夏季供冷时尚存在若干问　

题，其应用受到限制。本文拟对地板辐射系统用于夏　

季供冷时，与置换通风系统结合使用的可行性作一些　

探讨。下图为辐射地板／置换通风复合空调系统的示　

意图。　

ｌ　二　

田　

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一　Ｊ　Ｊ　Ｉ　ｌ　｛ｌ　

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一　…］　ｉ　。＿　＿ｌ　ｊ　进水Ｌ＿ｊ　

１新风与卫生条件　

单独采用地板供冷系统室内没有新风送人，空气　

条件要受到影响。增加置换通风系统后，由地板供冷　

系统承担室内显热负荷，置换通风系统送人新风满足　

人员卫生要求及承担室内湿负荷，从而满足人们对新　

风的需求。置换通风系统将新风直接送人工作区，新　

风由于密度较大而下沉到地面，并扩散到整个室内地　

面，在地板上形成一层较薄的空气湖，地面冷气流遇　

到室内的热源（人员及设备）时产生向上的对流，使得　

作置简压：☆李先中，男，１９＇７８年４月生，同济大学在读硕士，２０００９２　收稿日期：２ＯＯ２—０４—２０　新风在热源的浮升作用下向室内上部流动，形成室内　

空气流动的主导气流。置换通风的一个重要特点是　

会产生热力分层现象，即会出现一个上部混合区和下　

部单向流动的清洁区。上部区域是紊乱的混合区，下　

部区域则为向上的热气流区和周围清洁空气区，清洁　

空气区的空气参数和送风空气近似相等，与传统的混　

合通风相比，新鲜空气在工作区得到了较好的利用。　

实验表明，置换通风的换气效率通常介于０．５—０．６７　之间，通风效率介于１００％　２００％之间ｕ　Ｊ，通风效果　

要明显优于混合通风。　

２地面结露问题　

单纯的地板供冷系统当供水温度较低或者室内　

湿度较高时，在地板表面容易出现结露现象。为防止　

这一现象的发生，要求地板表面的温度高于室内空气　

露点温度。因而室内湿负荷较高时，要求的供水温度　

就较高，地板辐射承担室内冷负荷的能力将受到削　

弱，甚至不能满足室内冷负荷的需要。一些标准推荐　

室内的设计相对湿度上限为６０％一７０％（ＩＳ０１９９４；　

ＡＳＨＲＡＥ１９９２，１９８９），在室内空气温度２６℃时，露点　

温度相应为１７℃一２０ｏＣ；德国标准规定绝对湿度的　

上限为１１．５　ｇ／Ｉ【ｇ，露点温度相应为１６℃。这表明地　

板的温度应高于１６℃或２０℃。另外，当门窗开启　

时，室外的热湿空气进入，接触到低温地板也容易产　

生结露现象。　

置换通风系统的存在将大大降低发生结露现象的　

可能性。新风的送人有可能使室内维持正压，阻止室　

外热湿空气的进入。另外，置换通风方式的特点之一　维普资讯 http://www.cqvip.com 建筑热能通风空调　・　５　・　

是可以在地板的表面形成一层空气湖，用一层露点温　

度较低的比较干燥的空气将地板覆盖，就将可以阻止　

室外渗入的热湿空气与低温地板直接接触，同时也可　

以保证足够低的供水温度以满足室内冷负荷的需要。　

３冷负荷　

目前有的意见认为地板供冷系统能够承担的冷　

负荷比较小，不能满足室内冷负荷的需要，下面将对　

地板供冷系统和置换通风系统结合之后能够承担的　

冷负荷大小进行分析。　

３．１地板供冷系统可以减少室内冷负荷　

地板供冷系统中地板主要通过辐射和对流作用　

与房间进行热量交换。平均辐射温度成为影响室内　

热舒适的重要参数，平均辐射温度ｎ和空气温度Ｌ　

的共同作用可以反映在作用温度Ｔｎ上：　

手　

式中ｈ　——人体对流换热系数　

ｈ。——人体辐射换热系数　

当室内空气流速较低时（低于０．２　ｍ／ｓ），平均辐　

射温度和室内空气温度的差异将小于４℃，此时作用　

温度近似等于空气温度和平均辐射温度的平均值，这　

意味着两者对于室内热舒适的影响是同等重要的。　

如果地板温度降低５　，其他表面的温度假定不　

变，则平均辐射温度将会降低２℃，因平均辐射温度　

和空气温度对作用温度的影响是同等的，将地板温度　

降低５℃就相当于把室内空气的温度降低２℃。即　

由于辐射的作用，人体的实际感受温度会比室内实际　

温度降低２℃，从而在相同的热感觉的前提下，和传　

统空调相比，地板供冷系统的设计，可以将室内设计　

温度提高２℃。以南京为例夏季室外计算温度为３５　

ｃＣ，如室内设计温度为２５　，则计算温差为１０￣Ｃ，按　

室温升高２℃计算，计算温差为８￣Ｃ，冷负荷仅为常　

规计算的８０％；若室内计算温度进一步升高，则其冷　

负荷与常规冷负荷之比可进一步下降。　

３．２地板供冷相对于顶板供冷具有更高的辐射供冷　

量　

采用地板供冷，相对于天花板供冷而言，其对流　

换热量较小，但如果据此认为地板供冷不如天花板供　

冷有效则有待商榷。对辐射供冷系统，辐射换热是主　

要部分，而影响辐射换热的一个重要参数是人体和辐　射冷表面之间的角系数。该值的大小取决于人员和　

冷表面之间的距离以及冷表面的面积。在面积相同　

时，地板相对于其它冷表面（墙壁，窗户，天花板等）而　

言对人体有着更高的角系数。对一个处于６ｍ×６ｍ　

房间中央的人员，采用站姿时对地板的角系数为　

０．３７，坐姿时对地板的角系为０．４０，与人体对半个房　

间的角系数０．５进行比较，可以看出其有效性。作为　

对比，人体对天花板的角系数一般为０．１５～０．２０，由　

此可以看出，地板温度降低１　ｏＣ带来的平均辐射温度　

的降低相当于把天花板温度降低２．５℃。所以虽然　

地板供冷系统中，地板与室内空气的对流换热相对于　

天花板与室内空气的对流换热要小，但其辐射换热能　

力的增强却远不止于此。　

３．３置换通风可提高地板供冷的能力　

一般情况下，地板和房间的换热系数为７．５　Ｗ／　（ｍ２・Ｋ）［引。如果地板表面温度为２０℃，房间作用温　

度为２８℃（相当于常规空调下室内设计温度２７￣Ｃ），　

地板供冷量为６０Ｗ／ｍ２，只可满足一般要求。而置换　

通风系统送入干燥空气降低室内空气露点温度的同　

时可以保证采用较低的供水温度降低地板温度，当地　

板温度降到ｌ８℃，供冷能力已可达７５　Ｗ／ｍ２，加上置　

换通风系统本身也可承担一定的冷负荷（约２０Ｗ／　

ｍ２），完全可满足一般住宅的要求。　

需要指出的是，辐射供冷象辐射供暖一样具有　

“自调节”功能，当室内辐射负荷加大，例如，当日射直　

射辐射量较大时，地板或者房间墙壁内表面温度升　

高，将大幅度提高地板与房间围护结构其余表面的辐　

射换热量。此时地板供冷的能力可能高达１００～１５０　Ｗ／ｍ２［７Ｊ。　

４地板供冷的热舒适性　

４．１室内空气温度梯度　

目前对于地板供冷／置换通风系统热舒适方面的　

担忧主要反映在房间的负温度梯度上。地板供暖在　

冬季给人以头凉脚暖的感觉，符合人体卫生学要求，　

同一套系统用于夏季供冷将丧失这一优点。据国际　

标准ＩＳ０７７３０的推荐值，在０．１　ｍ与１．１　ｍ之间的温　

差不能超过３￣Ｃ，此时人体的舒适性可以得到保证。　

目前国外对置换通风系统已有很多的研究，国内也有　

工程应用，诸多的理论研究和工程实践表明，这一温　

差是可以得到保证的。置换通风系统的送风温度可　维普资讯 http://www.cqvip.com ・６・　２００２年第４期　

以低至ｌ８℃，而地板供冷系统的地面温度一般不会和消除室内湿负荷需要的最小空气量，送风量较小，　

低于这一温度（ＡＳＨＲＡＥ提出对坐着的轻体力劳动室内平均空气流速ｖ较小；送风速度较低（一般为　

者，地面适用的温度为ｌ８℃一２６℃），因而地板供冷０．２５　ｍ／ｓ），室内空气紊流度Ｔｕ较小，瞬时空气流速ｖ　

中的对流成份约为２０％　ｊ，并不会使房间的负温度也小。从式中可以看出，气流速度和紊流强度相对于　

梯度增大，地板表面温度分布一般也比较均匀，不会传统空调送风的降低，有助于减小吹风风险。　

对室内温度梯度造成显著的影响。文献［５］指出，采　…。　用地板供冷的房间温度场分布均匀，温度梯度为１．５　一～　

～２　Ｋ／ｍ，在管路布置合理的前提下，房间温度的区　综上所述，地板辐射／置换通风复合系统在用于　

域偏差和纵向的温度梯度主要取决于负荷变化。　夏季供冷时可以弥补单独地板供冷的不足，同时结合　

４．２辐射换热具有更好的热舒适性　了置换通风的优势，使得地板采暖系统用于夏季供冷　

地板供冷／置换通风复合系统在提高室内空气品具有一定的可行性，可以推动地板采暖／供冷这一舒　

质方面有许多固有的优势。在舒适条件下，人体产生适节能的空调方式在全国范围内推广。　ＢＥＥ　

的全部热量，是以一定的比例散发的：大致为对流散　龛睾　吉掌　热占３０％，辐射散热占４５％，蒸发散热占２５％。从中　丐义陬　

可以看出辐射换热对人体的舒适感是很重要的。而ｌ李龙宇・李强民．置换通风的原理及应用．通风除尘，ｌ９９６（１）　板　／置　风复　系统中的地板辐射供冷就弥２，　…　补了传统空调中以对流制冷为主的不利因素，增加了　、２００１年全国置换通风应用研讨会论文集　人体的辐射热量，有助于提高室内舒适度。　４：Ｆ－Ｔ－ｇｑ＂、地板辐射供冷可行性研究分析．江苏省暖通空调制冷　４．３　吹风感问题　２００１年学术交流年会论文资料集　

据国际标准　。　３ｏ，吹风风险（Ｄｒａｕ曲ｔ　Ｒｉｓｋ）　．‘　供暖应用技　定义为：　术规程　

ＤＲ＝（３４一ｔ且）（ｖ—Ｏ．０５）０．６２（Ｏ．３７ｖ一　ｒｕ＋３．１４）　７　ＢｊｍＴｌｅ　Ｗ．Ｏｌｅｓｅｎ．Ｐ。ｓｓｉｂ出　ｅｓ　ａｎｄ　Ｌｉｍｉｔａｔｉｏｎｓ　ｏｆ　Ｒａｄｉａｎｔ　Ｆｌｏｏｒ￣ｏｏｌｉ“ｇ．　（　＜０．０５　ｍ／ｓ时，取一ｖ：０．０５；ＤＲ＞１００％时，取　０３（　）：４２—４８（　９９７，Ｐａｒｔ・　）　

ＤＲ＝１００％）　ｃｅ。ｒ－ｄ　Ｓｐａｃｅ　ｂｙ　ｎ００　一１１１ｅ０　∞ａ　Ｑ　０Ｉｌ０ｆ　Ｄ击ｎｉｄ０Ｉ１．　式中ｔ。——当地空气温度；　ＡＳＨＲＡＥＴｒａｎｓａｃｔｉｏｎ：ｓ舯　ａ　ＤＡ一００—８—２　

、广＿－瞬时空气流速；　９　Ｕ・Ｂｕｓｗｅｉｌｅｒ・Ａｉｒ　Ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｉｎｇ　ｗｉｔｈ　ａ　Ｃｏ￣ｉｎａｆｉｏｎ　ｏｆ　Ｒａｄｉａｎｔ　ｃｏａｔｉ，Ｄｉｓ・　平均空气流速ｐｌａｃｅｍｅｎｔ　ｖ饥ｍ　・ａｎｄ　Ｄ商　枷Ｃｏｏｌｉｎｇ・Ａｓ职ＡＥ　Ｔ。瑚　：Ｓｙｍ・　

ｒｕ—素流皴。　ｌｏ‘酬Ｇ　ｅ．　ａｒ－ｄ　Ｅｖ８ｌ　一　置换通风系统仅向房间送入满足人员卫生要求　Ｇｍｖｅｃｔｉｖｅ　Ｓｙｓｔｅｍ．ＡＳＨＲＡＥＴｒａｎｓａｃｔｉｏｎ：ｓｙｍｐｏｓｉａ　ＭＮ…００　１３　２（Ｒｅ　

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