摘要：輻射供冷空調(diào)的末端易結(jié)露是限制其供冷能力和實(shí)際工程應(yīng)用的重要科學(xué)問(wèn)題。本文綜述了目前輻射供冷末端防結(jié)露技術(shù)的研究進(jìn)展，主要從末端供冷表面處理、調(diào)控末端供水溫度、獨(dú)立送風(fēng)除濕措施、新材料技術(shù)等四方面進(jìn)行綜述。對(duì)當(dāng)前防結(jié)露研究存在的不足進(jìn)行探討，提出利用新材料技術(shù)可以解決結(jié)露問(wèn)題和提升供冷能力，對(duì)輻射供冷空調(diào)末端防結(jié)露的研究方向進(jìn)行了展望。

　　關(guān)鍵詞：輻射空調(diào)輻射供冷末端防結(jié)露新材料

　　相關(guān)論文投稿刊物：暖通空調(diào)創(chuàng)刊于1971年，是中國(guó)建筑科學(xué)類核心期刊，國(guó)家期刊獎(jiǎng)最高獎(jiǎng)項(xiàng)獲獎(jiǎng)期刊，中國(guó)暖通空調(diào)行業(yè)惟一的中央級(jí)科技期刊，由建設(shè)部主管，亞太建設(shè)科技信息研究院、中國(guó)建筑設(shè)計(jì)研究院、中國(guó)建筑學(xué)會(huì)(暖通空調(diào)分會(huì))聯(lián)合主辦。

　　傳統(tǒng)空調(diào)方式多以空氣為供冷和換熱介質(zhì)，通過(guò)向室內(nèi)送入熱濕處理后的空氣并與室內(nèi)進(jìn)行熱濕交換，實(shí)現(xiàn)對(duì)室內(nèi)溫濕度的控制，但空氣載熱量小、風(fēng)機(jī)耗能大，有吹風(fēng)感、風(fēng)機(jī)噪音等問(wèn)題，使得傳統(tǒng)空調(diào)系統(tǒng)能耗高、熱損大、室內(nèi)舒適性差。近年來(lái)，以輻射為主要傳熱方式的輻射空調(diào)引起了廣泛關(guān)注，其具有熱濕獨(dú)立控制、溫濕均勻舒適度高、節(jié)能等優(yōu)點(diǎn)。2002年美國(guó)能源部把輻射空調(diào)列為15項(xiàng)重點(diǎn)發(fā)展的節(jié)能空調(diào)技術(shù)之一[1­2]，我國(guó)于上世紀(jì)90年代引入輻射供冷技術(shù)，并對(duì)其性能和熱舒適性等開(kāi)展了大量研究。但輻射空調(diào)仍存在一些問(wèn)題[3­4]：如輻射換熱末端裝置表面易結(jié)露，單位面積供冷量不足等，其中空調(diào)末端的結(jié)露問(wèn)題嚴(yán)重影響了輻射空調(diào)的應(yīng)用[5]。本文針對(duì)輻射空調(diào)末端防結(jié)露研究進(jìn)行綜述，提煉關(guān)鍵問(wèn)題并對(duì)防結(jié)露研究方向提出建議。

　　1輻射供冷空調(diào)防結(jié)露研究進(jìn)展

　　輻射供冷空調(diào)是指由墻壁、地板、吊頂中的盤(pán)管內(nèi)冷媒冷卻而形成的供冷表面通過(guò)與人體、家具等熱表面輻射傳熱來(lái)調(diào)節(jié)室內(nèi)溫度，并使之處于人體舒適范圍的一種空調(diào)方式[6]。與傳統(tǒng)空調(diào)形式相比，輻射供冷空調(diào)舒適性好，節(jié)能效益高。但輻射供冷空調(diào)的主要問(wèn)題就是輻射空調(diào)末端表面易結(jié)露[7]，當(dāng)冷輻射板表面的溫度低于室內(nèi)空氣露點(diǎn)溫度會(huì)產(chǎn)生結(jié)露現(xiàn)象[8]，這大大限制了輻射供冷末端表面溫度，削弱輻射制冷供冷能力，影響輻射制冷的應(yīng)用[9]。為此，國(guó)內(nèi)外眾多學(xué)者針對(duì)輻射供冷空調(diào)末端結(jié)露問(wèn)題做了大量的研究工作。

　　1.1基于末端供冷表面處理的防結(jié)露研究

　　李逸姝[10]將輻射板豎直放置，底部放置冷凝水槽，使輻射板表面結(jié)露可沿槽表面滑落至水槽，一定程度上緩解了結(jié)露造成的影響。孔祥雷[11]在輻射末端設(shè)置“疏導(dǎo)結(jié)露”部件，將冷凝水收集并集中排放，避免了冷凝水凝聚滴落和對(duì)供冷表面換熱的影響。通過(guò)“排水裝置”及時(shí)排除結(jié)露產(chǎn)生的冷凝水雖然可減小結(jié)露對(duì)輻射供冷的影響，但表面處理不僅工藝繁瑣，難以推廣使用，而且無(wú)法根本解決結(jié)露問(wèn)題。

　　張順波[12]采用一種含空氣層的模塊化冷輻射板，以低導(dǎo)熱的空氣層作為溫度平衡介質(zhì)，提高了冷輻射板表面的溫度分布均勻性，降低了冷輻射板結(jié)露風(fēng)險(xiǎn)。但實(shí)際建筑輻射供冷面積大[13]，溫度分布均勻?qū)崿F(xiàn)難度大。Tang等[14]借鑒荷葉表面超疏水性仿生原理，針對(duì)輻射末端表面進(jìn)行了疏水處理，降低冷板表面親水性，結(jié)果表明超疏水表面可降低末端結(jié)露風(fēng)險(xiǎn)，但是通過(guò)表面處理改變冷板供冷面表面能的程度有限，無(wú)法根本解決結(jié)露問(wèn)題。

　　1.2基于末端供水控制的防結(jié)露研究

　　Ryu[15]分析了某建筑地板輻射供冷系統(tǒng)的優(yōu)化策略，并對(duì)控供水溫度、控供水流量?jī)煞N策略的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行評(píng)價(jià)，不僅通過(guò)控供水溫度提高輻射表面溫度穩(wěn)定性并且附加除濕通風(fēng)系統(tǒng)，可有利于降低結(jié)露風(fēng)險(xiǎn)。Wang[16]等通過(guò)數(shù)值模擬與實(shí)驗(yàn)研究分析冷凍水供水量對(duì)冷輻射空調(diào)性能與結(jié)露狀況的影響，通過(guò)反饋算法計(jì)算滿足PMV前提的最低輻射供冷表面溫度，再借此調(diào)節(jié)冷凍水供水量，進(jìn)而降低結(jié)露風(fēng)險(xiǎn)。

　　Simmonds[17]和毛磊等[18]研究了幾種不同供水溫度對(duì)吊頂輻射供冷末端結(jié)露特性的影響，結(jié)果表明輻射供冷表面溫度與供水溫度相關(guān)，可通過(guò)提高供水溫度降低結(jié)露風(fēng)險(xiǎn)。Doosam[19]對(duì)地板輻射供冷系統(tǒng)的控制策略進(jìn)行模擬與實(shí)驗(yàn)分析研究，采用室外復(fù)位控制來(lái)調(diào)節(jié)向輻射地板供應(yīng)的冷凍水的溫度，然后利用室內(nèi)溫度反饋控制來(lái)響應(yīng)內(nèi)部負(fù)荷的變化，不僅可以解決輻射供冷表面結(jié)露，還提高了對(duì)室內(nèi)負(fù)荷變化的響應(yīng)能力。

　　1.3基于獨(dú)立送風(fēng)除濕措施的防結(jié)露研究

　　通過(guò)獨(dú)立送風(fēng)除濕裝置對(duì)新風(fēng)或室內(nèi)空氣進(jìn)行除濕處理[20]，降低室內(nèi)空氣含濕量，可有效降低輻射供冷末端表面的結(jié)露風(fēng)險(xiǎn)。輻射供冷一般可與置換通風(fēng)，地板送風(fēng)和貼附射流三種新風(fēng)除濕方式結(jié)合。

　　1)與置換通風(fēng)相結(jié)合Kang等[3]分析了冷輻射表面的結(jié)露原因，研究了置換通風(fēng)對(duì)輻射供冷空調(diào)的影響，結(jié)果表明置換通風(fēng)與輻射供冷相結(jié)合不僅可優(yōu)化空氣品質(zhì)，更能解決結(jié)露問(wèn)題。錢(qián)佳瑋等[21]采用數(shù)值分析方法，分別對(duì)單獨(dú)采用置換通風(fēng)，頂板輻射供冷和兩者復(fù)合情況下的室內(nèi)熱環(huán)境進(jìn)行了研究，結(jié)果表明采用置換通風(fēng)加頂板輻射供冷復(fù)合系統(tǒng)的舒適性最好，冷板表面結(jié)露的可能性更小。

　　2)與地板送風(fēng)相結(jié)合Zhang等[22]研究了吊頂輻射供冷與地板送風(fēng)結(jié)合的復(fù)合空調(diào)形式，結(jié)果表明地板送風(fēng)可在地面附近形成“空氣湖”，避免濕空氣與低溫地板接觸以防結(jié)露。Francisco等[23]研究一種將地板輻射供冷與地板送風(fēng)相結(jié)合的新型末端裝置，結(jié)果表明該裝置不僅能提高室內(nèi)舒適度，增強(qiáng)供冷能力，而且有效防止結(jié)露現(xiàn)象。

　　3)與貼附射流相結(jié)合Jin[24]等研究貼附射流對(duì)輻射供冷室內(nèi)濕度分布的影響，并分析預(yù)除濕對(duì)結(jié)露的影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明貼附射流不但在冷輻射板表面形成干燥空氣隔層，而且預(yù)除濕可降低室內(nèi)空氣含濕量，都可有效防止結(jié)露現(xiàn)象發(fā)生。趙忠超[25]采用數(shù)值模擬法研究了豎壁貼附射流輻射空調(diào)性能，結(jié)果表明貼附射流在冷輻射板表面形成干燥空氣隔層，有效防止結(jié)露現(xiàn)象發(fā)生。Kong[26]分析了某建筑貼附射流輻射供冷復(fù)合空調(diào)的貼附射流送風(fēng)系統(tǒng)與預(yù)除濕控制綜合策略，試驗(yàn)結(jié)果表明，復(fù)合空調(diào)不僅室內(nèi)舒適度較高，而且有效避免結(jié)露，一定程度上優(yōu)于輻射供冷加置換通風(fēng)系統(tǒng)。

　　1.4基于特性材料的防結(jié)露研究

　　王晉生[27]采用對(duì)輻射供冷空調(diào)與室內(nèi)熱表面間輻射換熱波段透過(guò)率較高的高分子薄膜材料在輻射末端建立中空夾層，使供冷表面與室內(nèi)空氣隔離,通過(guò)高分子薄膜中空夾層提高與空氣的接觸面溫度，避免表面結(jié)露，但是影響了供冷表面的制冷量。Teitelbaum[28]等通過(guò)對(duì)三種不同的薄膜材料進(jìn)行傅里葉光譜分析，并對(duì)薄膜測(cè)試板進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明在環(huán)境溫度32益、相對(duì)濕度70%的環(huán)境下，5益冷板表面溫度可達(dá)26益，該材料可在無(wú)結(jié)露的前提下保證輻射供冷正常運(yùn)行，基于該研究的輻射冷卻產(chǎn)品可以在熱環(huán)境中滿足使用要求并且不需要額外的除濕設(shè)備。

　　2當(dāng)前研究存在的問(wèn)題和探討

　　2.1當(dāng)前研究存在的問(wèn)題

　　目前輻射末端防結(jié)露研究，仍然存在著一些不足之處。1)末端供冷表面處理可緩解冷輻射板表面的結(jié)露問(wèn)題，但對(duì)輻射供冷板的制作工藝要求高，批量生產(chǎn)難度大，推廣前景小，而且改善幅度有限，仍屬權(quán)宜技術(shù)。2)借助新風(fēng)系統(tǒng)解決輻射供冷結(jié)露問(wèn)題不僅增加了輻射空調(diào)系統(tǒng)整體的設(shè)計(jì)難度，而且增加了新風(fēng)系統(tǒng)所負(fù)擔(dān)的冷負(fù)荷，相對(duì)減小了輻射供冷負(fù)荷，輻射供冷系統(tǒng)節(jié)能效益降低。

　　3)控供水溫度、控供水流量?jī)煞N調(diào)控策略對(duì)制冷機(jī)組，供回水系統(tǒng)及控制系統(tǒng)的要求較高，增加了整個(gè)空調(diào)系統(tǒng)的運(yùn)行負(fù)荷，并加大了維護(hù)難度，間接地影響了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。4)通過(guò)溫濕度傳感器的反饋調(diào)節(jié)對(duì)輻射供冷表面進(jìn)行溫度限制雖然可緩解結(jié)露問(wèn)題，但是人員進(jìn)出及開(kāi)、關(guān)門(mén)窗影引起的室內(nèi)濕度波動(dòng)會(huì)造成額外的結(jié)露風(fēng)險(xiǎn)，穩(wěn)定性大大降低，輻射供冷空調(diào)系統(tǒng)的制冷能力也受限制，并沒(méi)有從根本上解決結(jié)露問(wèn)題。綜合前人研究進(jìn)展而言，單純地從輻射空調(diào)系統(tǒng)自身和新風(fēng)系統(tǒng)角度解決輻射供冷結(jié)露問(wèn)題效果不明顯，節(jié)能效益不高，并沒(méi)有從本質(zhì)上解決輻射供冷末端的結(jié)露問(wèn)題。

　　2.2一種新型防結(jié)露方式探討輻射供冷末端與室內(nèi)熱表面熱量交換以輻射換熱為主，輻射換熱波段集中在8~12滋m的長(zhǎng)波輻射內(nèi)[29­31]，王晉生[27]和Teitelbaum[28]都采用對(duì)輻射都以對(duì)長(zhǎng)波透過(guò)率高新型薄膜材料為研究基礎(chǔ)，基于輻射傳熱機(jī)理，實(shí)驗(yàn)分析新型材料對(duì)結(jié)露問(wèn)題的影響，新型材料可以有效提高輻射空調(diào)末端與空氣接觸面溫度，從而防止供冷表面結(jié)露，并且對(duì)輻射換熱影響較小。

　　從傳熱過(guò)程分析該防結(jié)露方式，采用對(duì)輻射換熱波段的透過(guò)率較高材料后可提高輻射供冷表面與空氣接觸面溫度，室內(nèi)空氣與材料下表面進(jìn)行對(duì)流換熱，而輻射供冷表面透過(guò)材料與熱表面進(jìn)行輻射換熱，理論上實(shí)現(xiàn)了對(duì)流傳熱與輻射傳熱分離。雖然所采用的新型材料削弱了輻射空調(diào)供冷表面與室內(nèi)空氣的對(duì)流換熱部分，但可通過(guò)降低供水溫度，使得與空氣接觸面的溫度降低至常用的輻射供冷末端表面溫度，這樣不僅達(dá)到正常情況下的對(duì)流換熱量，避免了結(jié)露，而且增大了供冷表面與室內(nèi)熱表面的輻射換熱溫差，增大了輻射換熱量，整體上提高了輻射供冷空調(diào)的制冷能力。目前應(yīng)用這類新材料技術(shù)解決輻射供冷結(jié)露問(wèn)題和分析輻射供冷空調(diào)傳熱過(guò)程的研究較少，基于新材料技術(shù)解決輻射供冷末端結(jié)露問(wèn)題是一個(gè)新方向，具有相當(dāng)大的研究前景。

　　3結(jié)論與展望

　　針對(duì)輻射供冷空調(diào)首要的輻射末端結(jié)露問(wèn)題進(jìn)行分析，本文通過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)外輻射供冷末端防結(jié)露相關(guān)研究現(xiàn)狀及目前研究存在的不足進(jìn)行分析，從新材料技術(shù)角度提出了一種防結(jié)露新方向，并對(duì)今后輻射空調(diào)末端結(jié)露問(wèn)題研究方向進(jìn)行展望。1)從空調(diào)末端供冷表面方面，改善供冷表面溫度均勻性，制定結(jié)露冷凝水的排除裝置。2)從送風(fēng)系統(tǒng)方面，優(yōu)化送風(fēng)系統(tǒng)氣流組織，采用預(yù)除濕降低室內(nèi)濕度。3)從系統(tǒng)運(yùn)行方面，通過(guò)傳感器調(diào)控供水參數(shù)控制供冷表面溫度，優(yōu)化系統(tǒng)運(yùn)行方案。4)從傳熱機(jī)理方面，借助新型高性能材料、輻射傳熱理論、智能控制方法等相關(guān)研究的進(jìn)一步發(fā)展，從傳熱機(jī)理或新材料上解決末端結(jié)露問(wèn)題是該領(lǐng)域的重要發(fā)展方向。

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