吴炳阳 刘光远 杨卫波

传统的空调系统普遍采用温湿度耦合的控制方法，使得本可以利用高温冷源带走的热量与除湿一起共用低温冷源进行处理来满足舒适度的要求，造成能量利用品质的浪费;另外还存在冷表面滋生霉菌、对流吹风感强、风机盘管的噪声等问题。毛细管顶板辐射系统 20世纪末起源于欧洲发达国家，在提高环境的舒适性和节约能源两方面具有独到之处。由于顶板辐射供冷(供暖)技术实现了系统供冷(供暖)与通风功能的分离，其室内空气参数的控制有别于传统空调系统，从而在设计、施工及运营维护方面与传统空调有很大差异。下面对毛细管顶板辐射系统应用中应注意的一些问题进行讨论。

1 系统原理及组成

顶板辐射供冷(供暖)加置换通风复合空调系统以水作为冷(热)媒，置换通风系统承担通风换气的任务，满足室内空气品质的要求，并消除室内的全部潜热负荷和湿负荷并承担部分显热负荷，其余的显热负荷由辐射顶板承担。辐射和对流是顶板辐射的主要换热方式，以辐射换热为主导[1]。毛细管辐射空调系统是以毛细管为主要传热装置，以水为冷(热)媒，与冷热源、水循环系统、新风调湿系统和自控系统构成以冷、热辐射为主要特征的供冷、供暖空调系统[2]。

2 设计

2.1 室内计算温度选择

目前，在我国暖通空调工程中，常采用冷负荷系数法计算空调冷负荷。辐射供冷(供暖)系统的负荷计算仍然沿用传统空调的负荷计算方法，但应注意辐射空调系统的室内计算温度可以直接选用作用温度。当采用辐射供冷(供暖)时，室内空气设计温度可以提高(降低)1℃～2℃。

2.2 新风系统

当辐射吊顶用于供冷时，由于冷却顶板系统不能消除室内的潜热负荷(湿负荷)，空调房间的湿负荷必须由新风系统承担。另外，根据室内空气品质、正压及排风的要求，必须向室内供给新风。因此可以利用通风系统有组织的送入处理过的新风来消除室内潜热负荷，避免表面结露，改善室内卫生条件，进一步提高供冷能力。由于只需承担部分热负荷，所以送风量小于全空气空调系统，通常采用独立新风系统。

2.2.1 送风方式及送风量的确定

顶板辐射常与置换通风相结合，置换通风的通风效率、换气效率高于混合通风，且置换通风可以降低辐射顶板造成的温度梯度提高热舒适性。新风量满足以下要求:1)满足室内卫生条件; 2)承担室内湿负荷要求。两者中的较大者作为最小新风量的取值。

2.2.2 送风风速、送风温度及送风口尺寸的确定[3]

为满足工作区的热舒适性要求:-0.5≤PMV≤0.5、吹风风险不满意率PD≤10%、工作区的温度梯度t1.1-t0.1＜3℃，t0.1(min)≥20℃，建议复合空调系统的送风速度不超过 0.3m/s、送风温度不低于 19℃。而在不改变送风量的前提下，缩小风口尺寸或增大风口尺寸对室内热环境的影响很小，风口尺寸的选择应主要考虑风口的初投资和室内安装布置的方便。

2.2.3 热湿处理

常见的新风系统由全热交换器、表冷器、显热交换器、送风风机、排风风机及预热装置组成。室外新风先经过全热交换器，与排风进行全热交换后进入表冷器冷却除湿，最后经过显热交换器等湿加热后满足送风要求送入室内。室内排风经过显热交换器对新风进行等湿加热后再经全热交换器全热回收后排向室外。在冬季，若室外新风的干球温度低于 0℃，进入全热交换器后会发生结霜的现象。为了避免这个问题的产生，系统设置了预热装置。

国内目前独立新风处理方式大致还有以下几种:针对高温高湿地区提出的“全热回收 +直接膨胀”的新风处理方法[4]、新风转轮除湿、冷却加转轮固体吸附除湿、太阳能液体除湿、表冷器加热管热回收新风处理[5]。

2.3 供水方案的选择

辐射顶板一般采用 16℃/18℃的高温冷源，一方面如果使用制冷机的话，可以将其COP值提高20%左右[6];另一方面使得低品位热源，深井水，湖泊水及在过渡季节通过冷却塔的冷却水都有成为免费冷热源的可能。由于除湿的需要，独立新风系统对供水温度的要求与传统空调相同甚至更低。为此，需要提供两路冷冻水系统，一路 16℃/18℃供毛细管辐射板使用，一路 7℃/ 12℃供独立新风系统使用。以下是常见的供水方案。

方案一:并联冷水系统(见图 1)。辐射板与空气处理机组共用一套冷水机组，冷冻水设两个系统，一路水温较低(7℃/ 12℃)，供给空气处理机组;另一路与毛细管辐射板的回水相混合，得到相对较高的供水温度(16℃/18℃)，满足毛细管辐射板的供水要求。这种方法设计简单，便于控制。

方案二:串联冷水系统。辐射板与空气处理机组共用一套冷水机组，从冷水机组出来的冷冻水先供给空气处理机组，空气处理机组的回水与毛细管辐射板的回水混合作为毛细管辐射板的供水。这种方法提高了循环水泵的输水系数，节省水系统的设备投资和运行能耗，但实际运行时较难控制。

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方案三:通过板换并联的冷水系统。在方案一的基础上再设置换热器，一路水温较低(7℃/12℃)，直接供给空气处理机组;另一路通过换热器使毛细管辐射板的回水从 18℃下降到 16℃。这种方法系统简单、初投资较低，但是冷水机组的供回水温差小于其他方案，故运行费用较高。

方案四:独立冷水系统(见图2)。一套冷水机组产生7℃/12℃的冷冻水供给空气处理机组;另一套冷水机组产生 16℃/18℃的冷冻水供给毛细管辐射板。该方案分别设置冷水机组充分发挥了毛细管辐射板供回水温度较高的优势，可以有效降低机组运行能耗，同时为冷却顶板系统使用替代冷源提供了可能，但会增加系统初投资。

从系统能耗的比较，方案一与方案二的能耗大致相等，若以方案一的能耗为100%计，方案三的能耗为101.42%，方案四的能耗为 93.07%[7]。方案四提高了冷水机组的供回水温度，提高了COP值，系统能耗最低，设计时优先考虑此种方案。

一般认为，毛细管辐射板末端能与地源热泵冷水机组很好的结合。一方面，地源热泵机组能够解决冬天采暖的热源问题，无需再另外设置热源;另一方面，由于毛细管辐射板冬天供暖工况的供回水温度为 35℃/31℃，而传统采暖方式的供回水温度为60℃/50℃，使得地源热泵机组在采暖季节运行时的COP值较传统采暖方式有所提高。设计时优先考虑地源热泵技术与方案四相结合的冷热源方案。

2.4 毛细管辐射板的选型

根据厂家提供的毛细管供冷(热)能力参数曲线，统筹敷设面积(必须小于可敷设面积)及毛细管安装间距，使毛细管辐射板的供冷(热)量大于所承担的设计冷(热)负荷与裕量系数的乘积。

3 施工

系统的施工安装工艺与常规空调系统无异，但是由于送风量的减少，置换通风系统施工费用要比常规空调系统的少。毛细管网与装饰面层结合时可以随面层形状安装，对装饰影响很小。安装了毛细管网的面层温差范围一般在 20℃以内，不会因采暖制冷产生热胀冷缩变形引起面层开裂，但是需要防止面层空鼓。一般采取聚合物砂浆结合钢丝网或玻纤网的装修做法。施工中应防止不良的装修和使用习惯，不允许在安装毛细管的地板、墙面或吊顶上钉钉、打洞或钻孔。

4 运营维护

运营方式对于体现该系统的节能优势有着至关重要的作用。在启动毛细管辐射板系统前先开启空气处理系统，对房间空气进行除湿和冷却，当室内空气参数不会使冷却顶板结露时，再开启毛细管辐射板系统。在有可使用的低品位热源时，应尽量利用低品位热源。一般毛细管网系统的寿命周期超过 50年。损坏时，维修非常简单，只需挖开墙面采用热熔方式封闭受损毛细管。

5 结语

1)传统空调方式不断地受到热舒适性、室内空气品质和节能的三大挑战，研究开发新型的洁净健康并且节能的空调系统是今后的重点。毛细管辐射空调系统以其舒适、节能、安装方便、节约空间、环保等诸多优点会成为未来高舒适性空调的主要发展方向。

2)由于毛细管辐射板一般采用 16℃/18℃的高温冷源及31℃/35℃低温热源，这就要求设备生产厂家开发出适合该系统的小温差大流量的冷水机组，同时也要求设计人员对可替代的低品位热源进行应用研究。

3)地源热泵技术与毛细管辐射空调相结合能进一步降低系统的运行费用，具有良好的应用前景。

[1] 王子介.低温辐射供暖与辐射供冷[M].北京:机械工业出版社，2004.

[2] 马玉奇，刘学来.海御国际公寓辐射顶板系统设计[J].制冷与空调，2008，22(3):98-100.

[3] 袁 锋.顶板辐射—置换通风复合空调室内热环境研究[D].西安:西安建筑科技大学，2007.

[4] 严卫东，马 骞，韩 旭.毛细管辐射式空调系统在高温高湿地区的新风处理方案探讨[J].制冷与空调，2009，23(6): 45-48.

[5] 王玉平.地板送风与冷却顶板结合的空调系统在高级办公建筑中的应用[D].上海:上海交通大学，2008.

[6] 左 涛.独立新风结合吊顶冷辐射板空调系统(DOAC+ CRCP)的应用[J].制冷空调与电力机械，2006(5):61-64.

[7] 孙丽颖，马最良.冷却吊顶供水方式对系统运行能耗的影响[J].暖通空调，2003，33(1):107-109.