
冷辐射地板系统是以冷地板作为末端的一种空调系统,它将冷水通过埋设于地面楼板上部的碎石混凝土或水泥砂浆层内的盘管把地板冷却,并以地板表面作为辐射换热面,从而实现制冷的空调方式。由于地板表面温度较低,当室内湿空气接触其表面就可能会产生结露现象,然而结露现象正是导致影响该系统推广应用的一个主要原因之一。因此,本文以采用双回型交联铝塑复合管(XPAP)布置方式的混凝土地板辐射空调系统为研究对象,较为全面的进行结露状态实验,并在此基础上对冷辐射地板系统结露现象的防治做了相应的探讨与研究。
1.结露现象的产生原因、分类及危害
建筑结露通常分为“表面结露”和“内部结露”两类。所谓表面结露是指当室内的湿空气碰到低于露点温度的壁面时,水蒸汽就凝成水珠附着于其上;所谓内部结露是指水蒸汽在分压差力的作用下通过墙体和屋顶时,被阻挡在低温部位,建筑结露应理解为固体材料以及孔隙中的结露现象。用地板辐射供冷时,当地板表面温度低于室内露点温度时,会产生表面结露现象。结露不仅会影响建筑物的美观,而且会加速建筑材料的破坏,使装饰材料发霉、变质,加速金属物品的老化,对建筑物的使用功能影响很大。所以必须采取措施,避免结露形象的发生。
2.影响结露的主要因素
(1)相对湿度
相对湿度是导致地板结露的一个重要因素,相对湿度高,水蒸汽的分压力就大,露点温度就较高,会使得在板表面温度与露点温度之间的温差小,甚至高于地板表面温度,即产生结露现象。
(2)通风量
一般来说,通风是指向室内送入处理过的新风和从室内排出空气,即送风和排风。此时地板供冷系统承担室内显热负荷,通风系统送入新风满足人员卫生要求、承担室内湿负荷及部分冷负荷。通风量较小时,不能有效的降低室内的相对湿度,可能会引起结露现象,而通风量较大时,可能会给室内提供过多冷量,造成室内温度较低,同时增加了日常运行费用。所以有效控制新风量可以在防止地板结露的前提下降低日常运行费用。
(3)冷负荷
由于受到露点温度与人体舒适性的限制,地板表面温度不能太低,这样制冷能力就要受到限制,如果没有附加降温除湿的空气处理系统,地板辐射空调系统仅适合低冷负荷及湿负荷很小的建筑,例如办公室、医院等。
3.结露状态实验及结果分析
为进行低温地板辐射供冷的特性研究,特在我院研制了冷辐射地板系统的实验台,本实验室位于办公楼一层,尺寸(长×宽×高)为5.5m×3.8m×3.7m,三面内墙,一面朝东外墙,一扇东向铝合金外窗,其尺寸(宽×高)为1.9m×2.5m,两盏40瓦日光灯、办公用品一套(包括办公桌椅、资料柜、电脑等),还配有热电偶,用于测试温度。地板结构剖面图参见图1,平面布置图参见图2。

所有的温度测量都采用铜-康铜热电偶,并在测试前用标准水银温度计进行标定,误差不超过±0.2℃,将温度信号传入计算机,利用专用的软件进行大规模的数据采集与数据处理;相对湿度采用电动通风干湿表进行测量,误差不超过0.2℃。
3.1 冷水地板初始运行阶段的结露状态实验。
由于在冷却地板系统刚刚启动时,经过冷水机组的冷水立即流入地面下的盘管,冷量通过混凝土层传到了地板表面,使其温度迅速降低,而此时室内空气温度并没有地板表面温度下降的快,其露点温度也相应的下降较慢,所以此时地板表面温度比较容易低于露点温度从而发生结露现象。这部分湿负荷称之为启动湿负荷。本次试验通过测试室内温度及相对湿度来得到露点温度,并把它与地板表面温度相对比得到表1。
表1初始运行阶段的地板表面温度与室内露点温度表
|
时间 |
室内温度/℃ |
相对湿度 |
露点温度/℃ |
地板表面温度/℃ |
理论结露情况 |
观察结露情况 |
|
10:00 |
26.7 |
91.6% |
25.0 |
25.9 |
无 |
无 |
|
11:00 |
26.1 |
91.6% |
24.6 |
25.2 |
无 |
无 |
|
11:30 |
26.0 |
91.6% |
24.5 |
24.6 |
无 |
无 |
|
12:00 |
25.8 |
91.6% |
24.3 |
23.9 |
有 |
轻微 |
|
12:30 |
25.8 |
91.4% |
24.3 |
23.5 |
有 |
有 |
|
13:00 |
25.7 |
91.3% |
24.2 |
23.1 |
有 |
有 |
|
13:30 |
25.6 |
91.3% |
24.1 |
22.8 |
有 |
严重 |
由表1可以看出当室内相对湿度为91%左右时,地板辐射供冷系统运行一个半小时后,就出现了结露现象,为防止这一现象发生,要求地板表面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,所以在没有附加降温除湿的空气处理系统,由于有制冷能力的限制,地板辐射空调系统仅适合低热负荷的建筑,例如办公室、医院、居民楼等。Fanger和McIntyre认为,在舒适的温度范围内,湿度对人体温暖感的影响很小,当相对湿度为20%~70%时,人体几乎感觉不出湿度的变化[1]。考虑到室内空气质量,国际标准ISO7730推荐的相对湿度值在30%与70%之间。若室内空气温度26℃时,相对湿度在60%~70%之间时,对应的露点温度相应为17.6℃~20.1℃;这样表面地板温度应高于20℃。
同时由表1还可以看出,由于热惰性的存在,室内空气温度降低较慢,所以该系统存在启动慢的缺点,较适合长时间连续运行。
3.2 冷水地板持续运行阶段的结露状态实验。
应用冷辐射地板系统时,我们不但要保证系统启动时地板表面不结露,还要保证系统连续运行时地板表面不结露。因此本实验使该系统连续运行并达到稳定运行状态,测试地板表面温度并把与室内露点温度的比较结果列于表2,从而考察系统在连续运行时地板表面结露的状况。
表2持续运行阶段的地板表面温度与室内露点温度表
|
时间 |
室内温度/℃ |
相对湿度 |
露点温度/℃ |
地板表面温度/℃ |
理论结露情况 |
观察结露情况 |
|
14:00 |
25.4 |
91.1% |
23.9 |
22.5 |
有 |
严重 |
|
14:30 |
25.3 |
91.1% |
23.8 |
22.3 |
有 |
严重 |
|
15:00 |
25.3 |
91.0% |
23.7 |
22.1 |
有 |
严重 |
|
15:30 |
25.2 |
90.8% |
23.6 |
22.1 |
有 |
严重 |
|
16:00 |
25.3 |
90.7% |
23.7 |
21.9 |
有 |
严重 |
|
17:00 |
25.3 |
90.5% |
23.6 |
21.7 |
有 |
严重 |
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