北方工業大學土木工程學院 佟思辰  郁文紅

       【摘  要】本文論述了主動式冷梁在辦公類建筑空調系統的節能中的重要性。但由于主動式冷梁的特殊工作原理導致冷梁的制冷、制熱能力低，特別是對于空調外區和內區冷熱負荷差異大的玻璃幕墻建筑，如果只采用冷梁空調系統方案，需要在外圍護結構（玻璃幕墻）處增加地板對流散熱器，才能保證室內空調的熱舒適性和實現建筑節能。同時提出了安裝地板對流散熱器時的注意事項及防止冷梁空調系統結露的控制措施，為該技術在辦公類建筑中的應用提供設計參考。

       【關鍵詞】地板對流散熱器;室內環境熱舒適性;冷梁空調系統;建筑節能

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

       隨著建筑中央空調技術的快速發展，作為空調系統末端裝置的冷梁（包括主動式和被動式）在民用建筑特別是辦公類玻璃幕墻建筑中得到了實際工程應用。與傳統的全空氣空調系統和風機盤管+新風系統的空調系統末端裝置相比，冷梁空調系統屬于空氣－水誘導器系統，采用的是誘導室內回氣（二次風）的工作原理實現室內空氣的處理，因此冷梁具有高舒適度、能耗低、噪聲低、設備壽命長等顯著優點。對于民用辦公類建筑，絕大多數會出現辦公人員密度大，工位密集的情況，工位布置在玻璃幕附近的情況十分普遍，這就對室內空調系統提出了更高的要求和挑戰。但由于冷梁的特殊工作原理導致冷梁的制冷、制熱能力低，特別是對于空調外區和內區冷熱負荷差異大的玻璃幕墻建筑，如果只采用主動式冷梁+新風系統的空調系統方式，將無法保證空調外區特別是玻璃幕墻附近的空調效果，玻璃幕墻會影響附近的辦公工位無法舒適地正常使用。在這樣的空調系統中，增加起輔助作用的地板對流散熱器是十分必要的。

1 主動式冷梁與地板對流散熱器

       對于辦公類民用建筑，空調系統的末端裝置有全空調系統的變風量VAV箱、風機盤管+新風系統和空氣-水誘導器系統三種。冷梁空調系統就是屬于空氣－水誘導器系統的一種。主動式冷梁主要由箱體、面框架、一次風接管、出風槽、可拆卸誘導格柵/孔板等組成，如圖1所示。其夏季工作過程大致如下：經過處理的一次風（新風）進入冷梁箱體后經噴嘴噴出，產生局部負壓，使得室內空調二次風（空調回風）通過盤管被吸入，被盤管冷卻的空調二次風與噴嘴噴出的一次風混合后送入室內。冬季向換熱器中送入熱水，以相似的原理向室內送風進行供熱[1]。冷梁空調系統具有舒適度高、能耗低、噪聲低、設備壽命長、成本低等優點[2]。由于冷梁運行時誘導空氣的模式下不需要使用風機，導致了冷梁的二次風盤管的空氣流速較低，這也使得冷梁的制冷、制熱能力偏低。

 
圖1 主動式冷梁

       地板對流散熱器，又稱地溝散熱器、地板嵌入式散熱器，如圖2所示。地板對流散熱器是將散熱元件整裝于地板管槽內的一種空調末端設備。根據工作原理，地板對流散熱器又可以分為自然對流型、強制單熱型及強制冷暖兩用型。與常用的風機盤管采用離心風機不同的是，強制型地板對流散熱器采用貫流式風機，因而地板對流散熱器的體積小，特別是在機體的高度方面。在夏季工況下，空調系統的地板對流散熱器必須配備凝結水管路系統?？照{系統中冷梁+地板對流散熱器+新風系統與風機盤管+新風系統的優缺點比較，如表1所示。

圖2 地板對流散熱器
表1 冷梁+地板對流散熱器+新風系統與風機盤管+新風系統的比較

2 地板對流散熱器的輔助效果

       主動式冷梁作為一種在室內環境熱舒適方面較好的末端裝置，正在工程中得到逐步的推廣和應用。由于冷梁的制冷、制熱能力偏低這一特殊性，在工程設計中就不能再完全照搬風機盤管+新風系統的空調系統設計經驗，需要對采用在冷梁+新風的空調系統模式中增加地板對流散熱器輔助冷梁空調系統。

       在冷梁+新風的空調系統中，設置地板對流散熱器的目的是為能夠顯著消除玻璃幕墻等外圍護結構的冷熱負荷，以此來解決內外區負荷差異大的問題，改善圍護結構的內表面溫度，提高空調房間室內環境的熱舒適性。同時設置在外區玻璃幕墻處還可解決冷熱輻射和冬季玻璃幕墻結露等問題[3]。

       為驗證地板對流散熱器的輔助效果，對地板對流散熱器的夏季供冷工況和冬季供暖工況進行實測。實測工程項目是北京中關村環?？萍际痉秷@內某辦公類建筑，辦公區空調系統按內外區分別設置。內區采用主動式冷梁，新風逐臺接入末端設備；外區采用四管制的風機盤管，冷凝水單獨引出，采用地板管槽式對流散熱器。用熱線式風速風量計對各實測點的風速進行測量；用分體式溫濕度計對各實測點和出風口的溫度及相對濕度進行測量。

       2.1 夏季供冷工況下地板對流散熱器的輔助效果實測

       在夏季供冷工況下，對地板對流散熱器運行實測，實測結果如表2～4所示。

表2 地板對流散熱器夏季供冷工況送風測試結果

表3 地板對流散熱器對應玻璃幕墻的夏季供冷工況垂直溫度分布測試結果

表4 夏季供冷工況下圍護結構內表面溫度對比測試結果

       從表2～4可以看出冷梁+地板對流散熱器+新風的空調系統的圍護結構內表面溫度較常規的風機盤管+新風的空調系統低，并且降低溫度效果明顯。十分有效降低了來自外圍護結構（特別是玻璃幕墻）的夏季太陽輻射，使室內空調的熱舒適性較好，尤其顯著提高了玻璃幕墻附近工位的熱舒適性。

       2.2 冬季供暖工況下地板對流散熱器的輔助效果實測

       在冬季供暖工況下，對地板對流散熱器運行實測，實測結果如表5～7所示。

表5 地板對流散熱器冬季供暖工況送風測試結果

表6 地板對流散熱器對應玻璃幕墻的冬季供暖工況垂直溫度分布測試結果

表7 冬季供暖工況下圍護結構內表面溫度對比測試結果

       雖然在冬季供暖工況下，冷梁空調系統不開啟工作，但從表5～7可以看出，地板對流散熱器+新風的空調系統的圍護結構內表面溫度較常規的風機盤管+新風的空調系統仍高，有效利用了來自外圍護結構（特別是玻璃幕墻）的冬季太陽輻射，有效的保證了室內空調的熱舒適性，尤其顯著提高了玻璃幕墻附近工位的熱舒適性。

       對于辦公類空調建筑而言，夏季降低和冬季提升圍護結構內表面溫度是十分重要的。傳統的風機盤管+新風空調系統，雖然能夠通過空調送風達到冬季和夏季的室內空氣溫度濕度要求。但由于圍護結構（特別是玻璃幕墻）的冷熱輻射作用使得玻璃幕墻附近工位上的辦公人員實際所感受到的空調舒適性并不高。通過工程實測結果，可以驗證冷梁+地板對流散熱器+新風的空調系統十分有效地解決了玻璃幕墻帶來的辦公人員不舒適感。

       上述進行實測的冷梁+地板對流散熱器+新風的空調系統工程項目，主動式冷梁只承擔了30%的夏季室內空調顯熱負荷（干工況運行），其余顯熱負荷和全部濕負荷由新風機組和地板對流散熱器承擔。這一比例分配具有較好的工程參考價值，可推廣應用于其他類似的工程實例中。

3 地板對流散熱器的注意事項

       地板對流散熱器對于冷梁+新風的空調系統而言是一種很好的輔助設備。但設計使用中應該注意以下問題：

       （1）地板對流散熱器所采用的是貫流式風機，雖然采用冷梁空調系統后對大開間辦公室而言風機的總數會較風機盤管系統少很多，但對地板對流散熱器的噪聲問題要重視和嚴格參數控制，不能讓地板對流散熱器的噪聲抵消掉冷梁+新風空調系統噪聲低的優越性。

       （2）地板對流散熱器是要在夏季供冷工況下承擔室內濕負荷，地板對流散熱器的凝結水需采用暗裝方式，因此對空調凝結水管路的管徑和坡度要求比較高，否則夏季凝結水會溢出地面。

       （3）即使采用了具有消除室內濕負荷的地板對流散熱器，冷梁空調系統自身的一系列防結露措施都需要保留并嚴格執行，對空調房間的密封性要求也不能降低，夏季供冷工況下外窗還是不允許被隨意開啟。

       由于自控專業和空調專業不是一個專業，在冷梁的自控技術控制要求上容易出現銜接上的偏差。濕度控制要求是空調專業提出的，而具體控制的具體實現是自控專業完成的。如果自控專業對冷梁的自控要求理解不到位，就會出現錯誤的控制模式，造成整個空調系統的運行出現偏差。冷梁空調系統的自控檢測要求，如表8所。

表8 冷梁空調系統的自控檢測要求

4 結語

       主動式冷梁空調系統具有高舒適度、能耗低、噪聲低、設備壽命長等顯著優點，在當今的綠色建筑、節能減排的大背景下是一項非常值得推廣的新技術。但由于冷梁的特殊工作原理導致冷梁的制冷、制熱能力低，特別是對于空調外區和內區冷熱負荷差異大的玻璃幕墻建筑，如果采用冷梁空調系統方案，需要在外圍護結構（特別是玻璃幕墻）處增加地板對流散熱器設備，才能更好的保證室內空調的熱舒適性并有效實現建筑節能。

參考文獻：

       [1]柳仲寶,李嶸.主動式冷梁在綠色建筑中的設計與應用[J].暖通空調,2015,45(01):19-23.
       [2]宋應乾,龍惟定,吳玉濤.冷梁技術在辦公建筑中的應用與設計[J].暖通空調,2010,40(11):52-56+70.
       [3]張向前,李洋,仝征.主動式冷梁在綠色辦公建筑中的應用[J].建筑技術,2012,43(06):544-546.

       備注：本文收錄于第21屆暖通空調制冷學術年會（2018年10月23～27日，中國·三門峽）論文集。版權歸論文作者所有，任何形式轉載請聯系作者。