大空间建筑地板辐射供冷系统数值模拟

侯博　屈长杰　狄浩

摘要：建立大空间建筑地板辐射供冷系统模型，对大空间建筑地板供冷房间热过程及负荷计算进行研究，并与传统对流式空调系统进行能耗比较。模拟结果表明：辐射供冷系统比传统对流式空调系统节约一次能源29.15%，节能优势明显。采用地板辐射供冷，可降低围护结构内表面温度，从而加大了人体的辐射散热量，同时地板辐射供冷没有冷气流的感觉，也没有噪声，避免了传统空调因吹风而引起的不适。综上所述，地板辐射供冷提供了一种节能、舒适、经济、健康的降温方式。

关键词：地板辐射供冷；数值模拟；

0前言

随着我国城市化进程的不断发展，我国交通枢纽的建筑规模呈加速上升的趋势。我国未来将有约1亿平方米的机场、车站、大型会展及体育场馆等高大空间类建筑。机场、车站的建筑围护结构以大面积透光玻璃幕墙为主，通常为高大空间，进深大，旅客等候区域的层高多为10米以上，甚至超过20米，旅客客流量大且人员密度变化大。这些特点造成了机场、车站室内热环境的特殊性，比如地板表面太阳辐射强度高、围护结构壁面温度高、仅近地面人员活动区域需要空调控制等。这类建筑通常采用全空气射流喷口送风空调系统，全面控制4-6米高度内的室内热湿环境。这种传统空调系统存在冬季“热风下不来”的问题，热舒适性差；以空气作为介质输送冷、热量，系统输配能耗高；要求的冷水温度低，限制冷源利用效率；风管占用空间大，甚至需要设置管道夹层，增加土建部分投资。空调系统的能耗越来越高，已占到了整个建筑物能耗的60%-70%，因此，设计优化节能的大空间建筑、配置优化匹配的空调系统以及对空调系统的运行进行优化控制对降低整个大空间建筑物的能耗，乃至降低整个城市和国家的能耗有着十分重要的意义，而优化合理的空调系统的重要基础之一便是大空间建筑空调负荷的准确计算。

能源资源的短缺制约着我国今后社会和经济的持续发展。人类为了追求短期内的高速发展消耗了大量的资源，同时破坏了生态环境。因此，可以提倡全社会节能减排，以缓解目前的能源危机和环境危机，节能减排一方面可以缓解能源紧缺严峻的形势，另一方面可以保护日益被破坏的生态环境。据资料统计，建筑能耗占社会总能耗的比例超过三分之一。在发达国家，这一比例已经高达40%，成为能源消耗大户。因此减少建筑能耗意义重大。近年来，辐射供冷以其降低空调负荷、减少输送能耗、提高制冷供热效率、节能以及舒适性高的突出优势，在种类繁多的空调末端设备当中脱颖而出，成为大空间建筑首先考虑的空调系统形式之一。

1

数学模型及其求解

1.1模型的建立

模型长、宽、高为：377m*125m*16 m，整个建筑模型构成一个热工区域。建筑面积4.7万m²。辐射系统是在地板中，通过循环环路将高温冷热水通入水管，以降低/升高围护结构温度，达到调节室内温度的空调系统。它的数学模型包括辐射系统的控制模型和传热模型。

1.2计算的设置

采用energyplus软件分别对地板辐射供冷系统和传统对流式空调系统进行数值模拟。室外气象参数采用西安地区（寒冷B区），夏季空调室外计算干球温度为35.1℃，夏季空调室外计算湿球温度为25.8℃；冬季空調室外计算温度为-5.6℃。夏季供冷约4个月（5月初至9月底）；冬季供暖约4个月（11月10日至次年3月15日）；过渡季约4个月。空调使用时间一般为06：00-24：00。人员密度：10，²/人

灯光：30w/m²设备：10w/m²

2计算结果及对比分析

地板辐射供冷系统全年消耗一次能源约为5231307.63kWh对流式空调系统全年消耗一次能源约为6756259.5kWh结果见下图。

从图中可知，地板辐射供冷系统比传统空调系统节约一次能源29.15%，故采用地板辐射供冷系统较为节能。这是因为夏季辐射管内供水温度与风机盘管相比，温度相对高，提高了制冷机组的COP值，能源利用效率有所提升；辐射板通过辐射换热直接作用于人体表面，在相同室内温度条件下，换热/冷能力要强于常规对流换式空调，空气对流强度的减弱也减少了门窗的开启和室外空气渗透负荷；房间大部分负荷都由辐射地板承担，所需送风量较少，且采用置换通风比传统的独立新风节能，通风效率高，风机耗能大幅度减少；作用温度可以提高1-2℃，水泵的输送能耗也随之下降，总体来说节能优势明显。

3结语

由上述模拟结果可以发现，地板辐射供冷系统节能优势较为明显，对于大空间建筑，地板辐射系统结合置换通风消耗的能量较低，并提供了更高程度的舒适性。采用辐射供冷，降低了围护结构内表面的温度，加大了人体辐射散热量，提高舒适性；冬夏季共用一套室内系统，大大减少了初投资；也更有利于地板供暖系统的推广应用。