中央空调吊顶冷辐射系统浅析

中央空调吊顶冷辐射系统浅析
摘要：本文主要针对中央空调吊顶冷辐射系统的工作原理、设计和应用进行分析，并评价了中央空调吊顶冷辐射系统的优势和局限性，指出其还有待完善的地方。

关键词：中央空调；吊顶冷辐射；节能；舒适
引言
随着生活水平的不断提高，人们开始追求品质生活，对居住环境的舒适度和空气品质也相应提出了更高的要求。

另一方面，建筑节能为顺应时代潮流，成为现代建筑业发展的一个基本趋势。

中央空调就是顺应这种时代需求而被技术人员研究开发出来的新型空调，并以其舒适、环保节能的优点，渐渐取代传统空调走入寻常百姓家。

而吊顶冷辐射是中央空调实现这种功能的重要系统，吊顶冷辐射板承担室内的显热负荷而且不用担心结露问题，这就使得室内在保证良好空气品质的同时，具有高舒适性和节能性。

二、吊顶冷辐射系统的工作原理
（一）中央空调吊顶冷辐射系统的定义
中央空调吊顶冷辐射系统是指通过降低辐射板表面温度形成冷辐射面，依靠冷辐射面和围护结构或室内空气进行热交换，以达到调节空气目的的一种空调系统。

吊顶冷辐射系统由冷却塔、新风处理机、冷却顶板、诱导风口和管道系统及自动控制系统组成。

（二）中央空调吊顶冷辐射系统的工作原理
中央空调吊顶冷辐射系统是通过对流和辐射方式来消除冷负荷，由于辐射换热的存在，房间内所有表面将被直接冷却下来，使得房间内的平均辐射温度较低，同时降低了房间内垂直温度梯度，给人们提供较高的舒适感。

中央空调吊顶冷辐射系统分析
（一）中央空调吊顶冷辐射系统的设计
吊顶冷辐射系统有着自身的特点，其设计不同于常规空调系统，设计时具
体步骤如下：
室内参数设计：室内参数包括冷辐射板的形式、冷辐射板单位面积供冷
能力、房间的显热和潜热冷负荷等参数。

这些参数有的可以从制造商或是其
他来源单位了解到，有的就必须通过计算得出。

吊顶冷辐射系统室内设计温度可比常规系统高1~2℃，同时要注意冷辐射板的供水温度，通常辐射板供水温度应高于室内露点温度2℃以上，不可使冷辐射板表面结露。

吊顶百分比设计：吊顶百分比是指吊顶冷辐射板占顶板面积的百分比，
所以也叫天花板百分比，设计时一般根据辐射供冷需承担的负荷量和辐射板单位面积供冷能力计算辐射面积，但是由于灯具等设备的存在，辐射板占顶板面积一般不超过70%。

水系统设计：水系统要冷媒参数的基础上进行设计，冷媒参数包括冷媒
进水温度、进出水温差、水流量和流速。

这些参数是根据辐射板的供冷量、管径和室内空气露点温度来确定的。

设计水系统时还要确定水流阻力损失、水泵选型、选择水系统形式等。

辐射板中的管路如果是多路并联，要注意阻力平衡和水温度均匀，保证任何时候在系统的任一支路，流量和水流速必须满足设计要求，否则会造成板面温度不均匀，或达不到冷却要求的温度。

风系统设计：风系统设计包括送风分布器的确定、风机选择、风管设计
布置等。

风系统设计时要根据风系统要承担的负荷和送风量、送风温度及送
风速度等参数进行设计，要注意的是新风量不可取太大,否则将无法体现冷辐射板的优势。

适性评价计算：吊顶冷辐射系统设计时还必须考虑房间使用人的衣着情
况及建筑围护结构热工状况，即人们的舒适度评价也要顾及，在此基础上计算设计条件下的的室内平均辐射温度、PMV指标、PPD指标等。

（二）中央空调吊顶冷辐射系统的应用
中央空调吊顶冷辐射系统起源于西欧，早在几十年前就己出现，但真正得到广泛应用还是近些年。

在冷辐射系统发展的初期阶段，就冷辐射板的安装位置来说，有墙板、地板和吊顶三种，现普遍应用的是吊顶天花板的型式；就冷却顶板中冷媒水管的设置方式而言，常见的冷却顶板结构形式有一体式、单元式和镶嵌式三种；就制冷方式来说，有辐射板式和对流板式两种晰，对流式冷却顶板虽然可提高冷却性能，但以降低舒适性为代价，目前以辐射式冷却顶板的应用最为广泛，其辐射换热量大于对流换热量，可以较好地提高室内的舒适度。

（三）中央空调吊顶冷辐射系统的优势
1）节能优势
①在冷辐射作用下，人体的实感温度会比室内空气温度约低2℃，与传统空调系统相比，采用冷却顶板系统的室内设计温度可以高一些，从而减少了计算冷负荷。

室内设计温度比传统的全空气系统高2~3℃，从理论上讲，可节能20%~30%，具有可观的节能效益。

②由于冷辐射板所用冷媒温度高，这可以提高制冷机的制冷系数，大大减少制冷机的能耗，同时为低温的地面水、地下水等自然冷源的使用提高了可能性，减少环境污染；而且在冬夏两季可以共用一套室内系统，可以节省建筑物用在采暖和制冷上的初投资，又可推进冷热一体化的热泵装置的应用；在一年较长的过渡季，制冷机可以不运行，利用冷却塔进行自然冷却来直接供冷。

③吊顶冷辐射系统具有“自调节”功能。

由于吊顶冷辐射板系统的冷却能力随辐射板冷媒水温与室内空气温度之间的温差的增加而增加，随温差的减少而减少，所以当室外气温升高时,室内气温也开始随之升高，此时冷辐射板的工作温差加大，冷辐射板的制冷量会随之增加，反之亦然。

节能方面的优势可举一例进行说明，图1是加利佛尼亚某一办公室的常规空调系统与吊顶冷辐射中央空调系统的能耗对比示意图，两个空调系统的室内外环境、人员、设备等条件完全相同，从该图可以看出，吊顶冷辐射系统的运行能耗仅为常规系统的57.7%，其中风机和空气输送减少的能耗占大多数。

2）舒适度优势：
①吊顶冷辐射系统具有“自调节”功能，其制冷量在一定范围内随着负荷的变化而变化，当房间负荷大时，其提供的冷量会相应地增大，冷却吊顶的这一特点使得房间温度比较稳定。

一般认为，在舒适条件下，人体产生的全部热量，大约以下述比例散发：对流散热30%，辐射散热45%，蒸发散热25%。

吊顶冷辐射板系统中的顶板辐射作用就弥补了传统空调中以对流为主的不利因素，增加了人体的辐射热量，有助于高室内舒适度。

②提高气流速度可以增加人体的对流、蒸发散热，有利于人体热平衡。

但气流速度过大，会使人产生吹冷风的感觉。

而使用吊顶冷辐射板时，室内只需送入一定量的新风，送风量少，风速低，人体无吹风感，也不存在使用分体式空调时室内机噪声的问题。

（四）中央空调吊顶冷辐射系统的局限性
虽然吊顶冷辐射系统具有节能、舒适等突出优势，但也有局限性，具体表现在：
l)结露问题：当表面温度低于空气露点温度时，吊顶冷辐射般也会产生结露，影响室内卫生条件。

在潮湿地区，室外空气进入室内会增大结露的可能性，因此对门窗密闭性等级要求较高。

2)供冷能力问题：由于露点温度限制,加上表面温度太低,会影响人的舒适感,所以限制了辐射供冷的供冷能力。

3)一次性投资问题：目前国内很少有生产吊顶冷辐射系统末端的厂商，大多依靠进口，这使得冷辐射末端装置的初投资很高。

四、小结
随着人类对舒适性要求的不断提高和空调技术的不断发展，中央空调吊顶冷辐射系统以其能耗低、噪声低、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，随着技术的不断进步将得到越来越广泛的认可和应用。

但单纯的冷辐射吊顶不能满足室内人员对新鲜空气的需求，且冷辐射表面容易结露。

冷辐射吊顶需要与特定的机械送风方式结合使用，才能更好地解决其局限性问题，但吊顶冷辐射系统无论从系统的安全性、舒适性还是节能性上考虑，都有着很多优势，有着巨大的发展潜力，将是今后空调发展的方向之一，值得深入研究。

参考文献
[1]朱鸿志. 独立新风与吊顶冷辐射板相结合的新型空调系统研究[D].南京理工大学,2009.
[2] 钱锋. 冷辐射吊顶+独立新风空调系统的CFD模拟研究——新型空调系统在居室中的运用[J]. 住宅科技,2010,12:22-26.
[3] 左涛,万嘉凤,许宏禊.独立新风加吊顶冷辐射板空调系统的节能性及与气候的
相关性[J].暖通空调, 2008,38(6):150-152。