地冷室內降溫的全新模式探究

高忠義　遼寧營口市萬弘建筑工程有限公司

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地冷室內降溫的全新模式探究

高忠義遼寧營口市萬弘建筑工程有限公司

摘要：隨著人們對室內溫度控制要求提高，優化設計室溫控制新模式，實現地冷降溫，獨具發展趨勢。針對基于地冷技術的室內降溫問題，從多個方面進行分析研究，分析地冷室內降溫的可行性，并為構建室內降溫新模式尋求新技術方法支持，以便實現地冷室內降溫。

通常多應用空調、開窗通風等手段，實現室內降溫?；诋斍翱萍嫉奶嵘?，可以改進室內降溫模式，以冷水循環的方式給小區集中室內供冷,使用大型冷水機工業化集中制冷，并利用風電發電特性和供冷方式相同的特點作為電源驅動，不僅可以提高制冷系統運行效率，也可以緩解夏季高溫室內將來帶來的電負荷，緩解能源緊張狀況，發揮節能環保作用，實現地冷降溫。

1　地冷室內降溫優勢

地冷可以冷水循環方式，來實現室內降溫；也能夠利用冷風機盤管、冷水片等形式，實現地冷降溫。以下主要探討以地板供冷模式實現室內降溫的優勢。

1.1有效發揮降溫作用

地冷降溫，利用傳導、輻射交換熱量，即地板傳導、輻射供冷，可以依靠冷地板和其維護結構表面，使其與人體之間產生輻射換熱，實現房間供冷。當前地冷室內降溫中，由于室內空氣溫度在低于30℃，可保證室溫和地板溫度差為5℃[1]。同樣，在地冷降溫系統中，出于對熱舒適性的考慮，冷地面溫度不應低于19℃，這樣限制冷地面供冷能力。才可以具備實用效果，不僅可以降低房間的圍護結構溫度，還會增加人體的輻射散熱量，才能發揮有效作用。

1.2改善居住環境

目前使用空調都是將室內的熱量傳導室外?？照{外機周圍溫度明顯增高，加劇了本來炎熱夏季氣溫，對周圍環境產生了不利影響，再者空調可能存在噪音，對聲音敏感的人而言，噪音在40～60 dB，就會有明顯感覺甚至影響正常生活。應用地冷室內降溫，可以通過冷水循環地板供冷，并不會存在著噪音問題，不僅節能，還可以為室內用戶提供舒適性強的制冷體驗，降溫的同時，也滿足用戶需求，改善室內居住環境。

1.3發揮環保經濟效益

地冷降溫可以實現集中工業化制冷，顯著改善傳統地冷分散制冷的能源損耗?？筛鶕L力發電特性以及供冷運負荷運行相符特點，利用風力發電或其他清潔能源，為大型制冷機供電。并且，也可以利用潮汐，做低溫冷卻介質，實現對大型冷水機組的冷凝器循環系統降溫，節省冷卻凝器循環系統所需的能源消耗，并使進入用戶室內入口的水溫達到地冷降溫目的；這樣在夏、冬兩季，均可以提高地冷制冷系統的運行效率，緩解夏季高溫帶來的電負荷突增，緩解電力能源緊張狀況，節能環保。

2　研實現室內地冷降溫的可行性

（1）優化設計地冷降溫系統，不僅可以提高地板冷表面和室內空氣傳熱系數，也可以提高冷地板供冷能力；從而可以避免地板結露，保證進戶入口水溫有較低溫度達到降溫目的[2]。（2）實現地冷室內降溫，可以有效的改善地冷降溫室內環境條件，提高降溫效果；同時，也能夠降低室內空氣的露點溫度，發揮降溫作用。（3）安裝置換通風系統，能夠在地板近地面形成干燥的空氣層，通過應用空氣湖作用，從而防止室外熱濕空氣與冷地板接觸，有效預防地板結露現象的發生。（4）可以提高排風與送風的溫度差，擴大了地板供冷系統的使用地域，改變了住宅建筑內只能靠送風降溫的情況[3]。同時，實現地冷室內降溫，可以避免室內用戶產生空調病問題，避免了人在室內睡眠中引起不適，可以提供穩定房間溫度，具備舒適度。

3　分析構建地冷室內降溫模式的方法

3.1地冷降溫結構設計

室內地板供冷，其地板供冷埋管方式和地板采暖相同，同時，鑒于地板供冷單位面積較小，以夏季作為布管標準，自下而上從而絕緣層、混凝土層、水泥砂漿找平層、地板層布管，如圖1所示。

圖1　地板供冷結構

同時，可以將地板和房間主體熱濕空氣隔離，避免地板結露。每根導冷性水管的一端分別與分水器給水口聯結，導冷性水管的另一端分別與分水器回水口聯結[4]，還可以在居室的墻面上安裝冷水片，分水器的每個給水口、回水口都各裝有一個控制閥門，分水器的總進水口和總回水口分別通過進水管、回水管。

3.2模擬室內降溫數值

采用 兩方程模型進行求解，浮升力模型采用非線性Boussinesq密度?？刂品匠痰耐ㄓ眯问綖椋?/p>

式中：φ、Γφ、Sφ分別表示通用變量以及廣義擴散系數、廣義源項。

本文主要采用采用有限差分法，應用該數值解法，計算有限容積。

簡化邊界條件：送風口送風速度低，近似認為為不可壓縮流體，空氣物性為常數；考慮重力因素；對于浮升力的作用，采用Boussinesq密度假設方法[5]；對于傳熱墻壁和地板表面采用第一類熱邊界條件，給定溫度；人體和燈具采用第二類熱邊界條件，給定熱通量，不考慮門窗的影響；考慮重力因素的影響，設定重力加速度的大小和方向。

3.3劃分幾何模型與網格

利用CFD軟件對室內降溫方案進行分析模式，針對不同的送風風速以及不同的地板表面溫度進行模擬研究，有效分析送風風速、地板表面溫度的影響，以便可以優化設計節能、舒適的地冷室內降溫系統?？梢詰脟鴥葮藴兽k公室的幾何模型，長寬高分別為6 m、4 m、3 m，模擬單個人體坐姿模式，人體模型尺寸取為0.4 m、0.4 m、1.1m位置處于房間正中央，具體見圖2。

劃分網格采用六面體結構化網格，在X、Y、Z方向上的節點間距均取0.05 m，為了增加計算的精確性，在送風口、室內熱源、和回風口處進行局部加密，在熱源、送風口和回風口處的節點間距均取為0.02，生成了462 534個網格，模型的網格劃分見圖3所示。

圖2　幾何模型

圖3　網格劃分

3.4效益分析

地冷室內降溫中，在熱源附近，低速和低溫的空氣遇熱上升，擾動熱源周圍的空氣，并使熱源周圍產生回流，使對流換熱增強，最終把熱源的熱量通過上升氣流帶入房間的頂部，然后通過回風口或者排風口移出室內[6]。房間在豎直方向上溫度分布存在著熱力分層，近地板處溫度較低，離天花板越近溫度越高，熱源附近的區域溫度相對要高一些，結合了置換通風后，室內的高溫區域處在房間的最上端，在回風口或者排風口的抽吸作用下，室內熱源散發出的熱量被帶走，起到了良好的置換作用。地冷室內降溫中，由地板表面溫度為20℃可以知道，在臨近地面處的溫度梯度較大，有將近3℃的溫差。并且不同地板溫度對復合空調系統的影響也不同。因此實際地冷降溫，可以滿足人體的熱舒適性要求，可以在此前提下選擇合適的設計方案，提升地冷室內降溫效益。

4　探析地冷室內降溫模式實踐策略

4.1實踐案例

某住宅小區，測試的房間面積約為18㎡，該房間的地冷室內降溫中，降溫模式中，對于地埋管采用雙回路的布置方式，這樣可以得到盡量均勻的地面溫度。同時，在該模式中，地冷冷源應用國產的分體式風冷熱泵機組，額定制冷量可以達到5.8 kW；并且，還為該機組配用全封閉渦旋式壓縮機，壓縮功率2.34 kW。地冷室內降溫全新模式中，在地冷室內降溫方面，其軸流風機功率0.1kW。室內的新風，需要先通過除濕機降溫減濕之后，才可以由置換通風器送入到室內。同時，在地冷室內降溫之中，確保置換通風器可送風均勻，送風的速度應該低于0.5 m/s。地冷室內降溫之中，對于補償的套間，則可模擬外界大氣環境，安裝暖風機與加濕器，確保實驗的可行性，檢驗地冷室內降溫模式的可行性。

4.2實踐過程

可以將住宅小區用管路相互聯結成網絡，使用大型冷水機組工業化集中制冷，以減少單機運行損耗、提高效率，使定期保養和維修其工作效率明顯改善。同時對載冷劑運行設備采取一些降溫措施，如隔冷、防腐、防泄，并加上日常維護，最大限度地減少對周圍環境的影響；冷卻箱及管路設置在海水（江水）最低水位線以下[7]。地冷室內降溫中，保證冷卻裝置及海水（江水）管路充滿水，并能在潮汐（江水順流而下）過程中能形成海水（江水）循環流動，利用風力（光伏）發電做動力電源，電源和大型制冷機組兩地之間通過通信系統實時監測和相互控制，也就是說風力和光伏發電時大型制冷機組負荷開始工作運行，停發時其負荷停止工作運行，不對電網系統的電力和負荷情況產生影響。室內冷循環水設計如圖4所示。

可攤平室內水泥地面碎石，并可以根據室內面積大小，將幾根地板導冷性水管并列的均勻鋪在碎石上，在表面鋪設導冷地板形成地冷。通過壓縮機的制冷劑流量與通過設備的流量相等時，以及壓縮機所產生的能量頭與制冷設備的阻力相適應時制冷系統的工況才能保持穩定。冷水機及其他附屬設備設置在地下室車間里，保證這些設備避免陽光的直接照射，工作在較為低溫的環境，降溫箱﹑載冷劑箱﹑冷卻箱以及地下水井或者儲水池都能高效工作，還可在居室的墻面上安裝冷水片，分水器的每個給水口、回水口都各裝有一個控制閥門，控制其開、合；再有設置一戶一伐作為及流量計量，給商業運營提供簡單有效的的控制手段。還可把小區住宅風力（光伏）發電，作為大型離心式制冷機組設備運行電源，實行實時監測、通信調度，有效地控制風力（光伏）發電與冷卻機組運行負荷平衡，降低運行成本，經濟方便。

圖4　室內冷水循環系統

4.3實踐結果

主要以一樓的房間做為本次的實驗對象，其補償套間溫度達到34℃，房間相對濕度可以達到69%，對于此時放進的露點溫度，可以達到27.6℃。然后，可以根據上一年度氣象參數的顯示結果，進行對比，針對于室外的露點溫度，當溫度高于27℃中時，其溫控百分比就是4%。對于本次實驗之中，可以自動的運行地冷降溫系統中的熱泵，及系統自啟?？刂?，當地冷降溫中，出水溫度高于17℃之時，就可以啟動壓縮機；地冷室內降溫全新模式中，當溫度低于14℃時，就要確保地冷降溫壓縮機停轉。并且在改進的地冷室內降溫模式之中，應用除濕機，當室內環境的濕度大于 55%之時，就會自動的啟動設備除濕機，當空氣濕度小于45%時，這個系統的除濕機就會自動的停止。地冷室內降溫全新模式中，低溫制冷機出水溫度在0.5～20℃；該地冷室內降溫模式設計簡單，符合實際，節省了能源。

4.4實踐效益分析

應用改進后的地板供冷系統，不僅可以有效降低房間內溫度，同時對于該地冷降溫中，還將會聯合置換通風系統，可以進一步降低房間溫度。設計地冷室內降溫新模式，不僅可以取得較好房間空調降溫效果。工作區內的空氣溫度，可以達到24.6～26.4℃；同時，在本實驗中還發現，如果在房間內，其各處的露點溫度是不一致的，房間下低于房間上部的露點溫度。故此，在實際中，地板供冷，可以使得房間內形成豎直溫度梯度，保證人體舒適性，并符合相關的標準要求。對于地冷室內降溫中，可以保證進戶入口水溫有較低溫度達到降溫目的；并利用網絡化智能通信手段和現代化的通信技術相互進行實時監測與通信調度，使大型冷水機組和風力發電之間建立起供配關系，不對原電網系統的電力和負荷供配狀況產生影響；并且置換通風，可以在房間之內產生豎直的溫度梯度。對于本實驗之中，降低負荷，產生實際應用價值。

5　結語

綜上所述，實現地冷室內降溫全新模式，研制出低溫冷水循環系統，實現節能減排，可以有效改善室內居住環境，降低室溫。優化設計地冷系統中的冷交換裝置，使室內循環水可以保持在約5℃，有效控制室溫，實現地冷室內降溫，發揮實際應用價值。

參考文獻

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[2] 金星,張小松,曹熔泉，等.地板輻射供冷系統的數值模擬[J].太陽能學報,2010,31(6):732-737.

[3] 宣永梅,王海亮,黃翔，等.地板輻射與置換通風空調系統運行參數[J].土木建筑與環境工程,2012,34(6):115-119.

[4] 張東亮,劉明會,芮應翔，等.干式與濕式地板輻射做法結合下送風供冷系統性能比較實驗研究[J].建筑科學,2013,29(12):55-59.

[5] 宮克勤,劉新,王卓智，等.地板輻射供冷/供暖系統經濟性對比分析[J].暖通空調,2015,(1):78-81.

A New Mode Discovery of Indoor Underground Cooling

Gao Zhongyi
Liaoning Province Yingkou City Wanhong Construction Engineering Limited Company

Abstract:With improving people indoor temperature control requirements, it is an important trend to optimize indoor temperature control new design mode and achieve underground cooling. Focused on indoor underground cooling problems, the article analyzes feasibility of indoor underground cooling from many aspects and looks for new techniques to build up new mode of indoor cooling to realize indoor underground cooling.

Key words:Indoor Cooling, Underground Cooling, New Mode, Cold Water Recycling

DOI:10.13770/j.cnki.issn2095-705x.2016.02.009

關鍵字：室內降溫；地冷；新模式；冷水循環