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)露問題和提升供冷能力，對輻射供冷空調(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，是中國建筑科學(xué)類核心期刊，國家期刊獎最高獎項(xiàng)獲獎期刊，中國暖通空調(diào)行業(yè)惟一的中央級科技期刊，由建設(shè)部主管，亞太建設(shè)科技信息研究院、中國建筑設(shè)計(jì)研究院、中國建筑學(xué)會(暖通空調(diào)分會)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，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]，我國于上世紀(jì)90年代引入輻射供冷技術(shù)，并對其性能和熱舒適性等開展了大量研究。但輻射空調(diào)仍存在一些問題[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)露問題嚴(yán)重影響了輻射空調(diào)的應(yīng)用[5]。本文針對輻射空調(diào)末端防結(jié)露研究進(jìn)行綜述，提煉關(guān)鍵問題并對防結(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、吊頂中的盤管內(nèi)冷媒冷卻而形成的供冷表面通過與人體、家具等熱表面輻射傳熱來調(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，國內(nèi)外眾多學(xué)者針對輻射供冷空調(diào)末端結(jié)露問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供冷表面換熱的影響。通過“排水裝置”及時排除結(jié)露產(chǎn)生的冷凝水雖然可減小結(jié)露對輻射供冷的影響，但表面處理不僅工藝繁瑣，難以推廣使用，而且無法根本解決結(jié)露問題。

　　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)，但是通過表面處理改變冷板供冷面表面能的程度有限，無法根本解決結(jié)露問題。

　　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，并對控供水溫度、控供水流量兩種策略的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行評價(jià)，不僅通過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]等通過數(shù)值模擬與實(shí)驗(yàn)研究分析冷凍水供水量對冷輻射空調(diào)性能與結(jié)露狀況的影響，通過反饋算法計(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)，可通過提高供水溫度降低結(jié)露風(fēng)險(xiǎn)。Doosam[19]對地板輻射供冷系統(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

　　通過獨(dú)立送風(fēng)除濕裝置對新風(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)露問題。錢佳瑋等[21]采用數(shù)值分析方法，分別對單獨(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]等研究貼附射流對輻射供冷室內(nèi)濕度分布的影響，并分析預(yù)除濕對結(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]采用對輻射供冷空調(diào)與室內(nèi)熱表面間輻射換熱波段透過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]等通過對三種不同的薄膜材料進(jìn)行傅里葉光譜分析，并對薄膜測試板進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明在環(huán)境溫度32益、相對濕度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)前研究存在的問題和探討

　　2.1當(dāng)前研究存在的問題

　　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)露問題，但對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、控供水流量兩種調(diào)控策略對制冷機(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)通過溫濕度傳感器的反饋調(diào)節(jié)對輻射供冷表面進(jìn)行溫度限制雖然可緩解結(jié)露問題，但是人員進(jìn)出及開、關(guān)門窗影引起的室內(nèi)濕度波動會造成額外的結(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，并沒有從根本上解決結(jié)露問題。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)露問題效果不明顯，節(jié)能效益不高，并沒有從本質(zhì)上解決輻射供冷末端的結(jié)露問題。

　　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的長波輻射內(nèi)[29­31]，王晉生[27]和Teitelbaum[28]都采用對輻射都以對長波透過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)分析新型材料對結(jié)露問題的影響，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，并且對輻射換熱影響較小。

　　從傳熱過程分析該防結(jié)露方式，采用對輻射換熱波段的透過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)行對流換熱，而輻射供冷表面透過材料與熱表面進(jìn)行輻射換熱，理論上實(shí)現(xiàn)了對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)空氣的對流換熱部分，但可通過降低供水溫度，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)露問題和分析輻射供冷空調(diào)傳熱過程的研究較少，基于新材料技術(shù)解決輻射供冷末端結(jié)露問題是一個新方向，具有相當(dāng)大的研究前景。

　　3結(jié)論與展望

　　針對輻射供冷空調(diào)首要的輻射末端結(jié)露問題進(jìn)行分析，本文通過對國內(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，并對今后輻射空調(diào)末端結(jié)露問題研究方向進(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)露問題是該領(lǐng)域的重要發(fā)展方向。

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