北方工业大学土木工程学院 佟思辰 郁文红
【摘 要】本文论述了主动式冷梁在办公类建筑空调系统的节能中的重要性。但由于主动式冷梁的特殊工作原理导致冷梁的制冷、制热能力低，特别是对于空调外区和内区冷热负荷差异大的玻璃幕墙建筑，如果只采用冷梁空调系统方案，需要在外围护结构（玻璃幕墙）处增加地板对流散热器，才能保证室内空调的热舒适性和实现建筑节能。同时提出了安装地板对流散热器时的注意事项及防止冷梁空调系统结露的控制措施，为该技术在办公类建筑中的应用提供设计参考。
【关键词】地板对流散热器;室内环境热舒适性;冷梁空调系统;建筑节能
Abstract:This paper discusses the importance of active chilled beams be an application for building energy conservation of the air conditioning system of an office building. Due to the special working principle，the cooling capacity of the chilled beams is low, especially for the glass curtain wall building with large difference in the outer and inner area of the air-conditioning system. If the chilled beams only applications in air conditioning system，the floor convector should be added in the glass curtain wall to ensure the thermal comfort of indoor air-conditioning and the realization of building energy conservation. Suggests that precautions for floor convector and chilled beams. This paper can help its applications in air conditioning system of an office building.
Key words: floor convector; thermal comfort; chilled beams system; building energy conservation
0 引言
随着建筑中央空调技术的快速发展，作为空调系统末端装置的冷梁（包括主动式和被动式）在民用建筑特别是办公类玻璃幕墙建筑中得到了实际工程应用。与传统的全空气空调系统和风机盘管+新风系统的空调系统末端装置相比，冷梁空调系统属于空气－水诱导器系统，采用的是诱导室内回气（二次风）的工作原理实现室内空气的处理，因此冷梁具有高舒适度、能耗低、噪声低、设备寿命长等显著优点。对于民用办公类建筑，绝大多数会出现办公人员密度大，工位密集的情况，工位布置在玻璃幕附近的情况十分普遍，这就对室内空调系统提出了更高的要求和挑战。但由于冷梁的特殊工作原理导致冷梁的制冷、制热能力低，特别是对于空调外区和内区冷热负荷差异大的玻璃幕墙建筑，如果只采用主动式冷梁+新风系统的空调系统方式，将无法保证空调外区特别是玻璃幕墙附近的空调效果，玻璃幕墙会影响附近的办公工位无法舒适地正常使用。在这样的空调系统中，增加起辅助作用的地板对流散热器是十分必要的。
1 主动式冷梁与地板对流散热器
对于办公类民用建筑，空调系统的末端装置有全空调系统的变风量VAV箱、风机盘管+新风系统和空气-水诱导器系统三种。冷梁空调系统就是属于空气－水诱导器系统的一种。主动式冷梁主要由箱体、面框架、一次风接管、出风槽、可拆卸诱导格栅/孔板等组成，如图1所示。其夏季工作过程大致如下：经过处理的一次风（新风）进入冷梁箱体后经喷嘴喷出，产生局部负压，使得室内空调二次风（空调回风）通过盘管被吸入，被盘管冷却的空调二次风与喷嘴喷出的一次风混合后送入室内。冬季向换热器中送入热水，以相似的原理向室内送风进行供热[1]。冷梁空调系统具有舒适度高、能耗低、噪声低、设备寿命长、成本低等优点[2]。由于冷梁运行时诱导空气的模式下不需要使用风机，导致了冷梁的二次风盘管的空气流速较低，这也使得冷梁的制冷、制热能力偏低。
图1 主动式冷梁
地板对流散热器，又称地沟散热器、地板嵌入式散热器，如图2所示。地板对流散热器是将散热元件整装于地板管槽内的一种空调末端设备。根据工作原理，地板对流散热器又可以分为自然对流型、强制单热型及强制冷暖两用型。与常用的风机盘管采用离心风机不同的是，强制型地板对流散热器采用贯流式风机，因而地板对流散热器的体积小，特别是在机体的高度方面。在夏季工况下，空调系统的地板对流散热器必须配备凝结水管路系统。空调系统中冷梁+地板对流散热器+新风系统与风机盘管+新风系统的优缺点比较，如表1所示。
图2 地板对流散热器
表1 冷梁+地板对流散热器+新风系统与风机盘管+新风系统的比较
2 地板对流散热器的辅助效果
主动式冷梁作为一种在室内环境热舒适方面较好的末端装置，正在工程中得到逐步的推广和应用。由于冷梁的制冷、制热能力偏低这一特殊性，在工程设计中就不能再完全照搬风机盘管+新风系统的空调系统设计经验，需要对采用在冷梁+新风的空调系统模式中增加地板对流散热器辅助冷梁空调系统。
在冷梁+新风的空调系统中，设置地板对流散热器的目的是为能够显著消除玻璃幕墙等外围护结构的冷热负荷，以此来解决内外区负荷差异大的问题，改善围护结构的内表面温度，提高空调房间室内环境的热舒适性。同时设置在外区玻璃幕墙处还可解决冷热辐射和冬季玻璃幕墙结露等问题[3]。
为验证地板对流散热器的辅助效果，对地板对流散热器的夏季供冷工况和冬季供暖工况进行实测。实测工程项目是北京中关村环保科技示范园内某办公类建筑，办公区空调系统按内外区分别设置。内区采用主动式冷梁，新风逐台接入末端设备；外区采用四管制的风机盘管，冷凝水单独引出，采用地板管槽式对流散热器。用热线式风速风量计对各实测点的风速进行测量；用分体式温湿度计对各实测点和出风口的温度及相对湿度进行测量。
2.1 夏季供冷工况下地板对流散热器的辅助效果实测
在夏季供冷工况下，对地板对流散热器运行实测，实测结果如表2～4所示。
表2 地板对流散热器夏季供冷工况送风测试结果
表3 地板对流散热器对应玻璃幕墙的夏季供冷工况垂直温度分布测试结果
表4 夏季供冷工况下围护结构内表面温度对比测试结果
从表2～4可以看出冷梁+地板对流散热器+新风的空调系统的围护结构内表面温度较常规的风机盘管+新风的空调系统低，并且降低温度效果明显。十分有效降低了来自外围护结构（特别是玻璃幕墙）的夏季太阳辐射，使室内空调的热舒适性较好，尤其显著提高了玻璃幕墙附近工位的热舒适性。
2.2 冬季供暖工况下地板对流散热器的辅助效果实测
在冬季供暖工况下，对地板对流散热器运行实测，实测结果如表5～7所示。
表5 地板对流散热器冬季供暖工况送风测试结果
表6 地板对流散热器对应玻璃幕墙的冬季供暖工况垂直温度分布测试结果
表7 冬季供暖工况下围护结构内表面温度对比测试结果
虽然在冬季供暖工况下，冷梁空调系统不开启工作，但从表5～7可以看出，地板对流散热器+新风的空调系统的围护结构内表面温度较常规的风机盘管+新风的空调系统仍高，有效利用了来自外围护结构（特别是玻璃幕墙）的冬季太阳辐射，有效的保证了室内空调的热舒适性，尤其显著提高了玻璃幕墙附近工位的热舒适性。
对于办公类空调建筑而言，夏季降低和冬季提升围护结构内表面温度是十分重要的。传统的风机盘管+新风空调系统，虽然能够通过空调送风达到冬季和夏季的室内空气温度湿度要求。但由于围护结构（特别是玻璃幕墙）的冷热辐射作用使得玻璃幕墙附近工位上的办公人员实际所感受到的空调舒适性并不高。通过工程实测结果，可以验证冷梁+地板对流散热器+新风的空调系统十分有效地解决了玻璃幕墙带来的办公人员不舒适感。
上述进行实测的冷梁+地板对流散热器+新风的空调系统工程项目，主动式冷梁只承担了30%的夏季室内空调显热负荷（干工况运行），其余显热负荷和全部湿负荷由新风机组和地板对流散热器承担。这一比例分配具有较好的工程参考价值，可推广应用于其他类似的工程实例中。
3 地板对流散热器的注意事项
地板对流散热器对于冷梁+新风的空调系统而言是一种很好的辅助设备。但设计使用中应该注意以下问题：
（1）地板对流散热器所采用的是贯流式风机，虽然采用冷梁空调系统后对大开间办公室而言风机的总数会较风机盘管系统少很多，但对地板对流散热器的噪声问题要重视和严格参数控制，不能让地板对流散热器的噪声抵消掉冷梁+新风空调系统噪声低的优越性。
（2）地板对流散热器是要在夏季供冷工况下承担室内湿负荷，地板对流散热器的凝结水需采用暗装方式，因此对空调凝结水管路的管径和坡度要求比较高，否则夏季凝结水会溢出地面。
（3）即使采用了具有消除室内湿负荷的地板对流散热器，冷梁空调系统自身的一系列防结露措施都需要保留并严格执行，对空调房间的密封性要求也不能降低，夏季供冷工况下外窗还是不允许被随意开启。
由于自控专业和空调专业不是一个专业，在冷梁的自控技术控制要求上容易出现衔接上的偏差。湿度控制要求是空调专业提出的，而具体控制的具体实现是自控专业完成的。如果自控专业对冷梁的自控要求理解不到位，就会出现错误的控制模式，造成整个空调系统的运行出现偏差。冷梁空调系统的自控检测要求，如表8所。
表8 冷梁空调系统的自控检测要求
4 结语
主动式冷梁空调系统具有高舒适度、能耗低、噪声低、设备寿命长等显著优点，在当今的绿色建筑、节能减排的大背景下是一项非常值得推广的新技术。但由于冷梁的特殊工作原理导致冷梁的制冷、制热能力低，特别是对于空调外区和内区冷热负荷差异大的玻璃幕墙建筑，如果采用冷梁空调系统方案，需要在外围护结构（特别是玻璃幕墙）处增加地板对流散热器设备，才能更好的保证室内空调的热舒适性并有效实现建筑节能。
参考文献：
[1]柳仲宝,李嵘.主动式冷梁在绿色建筑中的设计与应用[J].暖通空调,2015,45(01):19-23.
[2]宋应乾,龙惟定,吴玉涛.冷梁技术在办公建筑中的应用与设计[J].暖通空调,2010,40(11):52-56+70.
[3]张向前,李洋,仝征.主动式冷梁在绿色办公建筑中的应用[J].建筑技术,2012,43(06):544-546.
备注：本文收录于第21届暖通空调制冷学术年会（2018年10月23～27日，中国·三门峡）论文集。版权归论文作者所有，任何形式转载请联系作者。
