毛细管平面敷设空调系统运行策略研究

王婷婷



毛细管平面敷设空调系统运行策略研究

王婷婷

（山东省城乡规划设计研究院 济南 250013）

空调的使用随着人民生活水平的提高日益增多。所以，寻找一种既节能又环保的空调系统是当务之急。毛细管平面辐射空调系统便在这种大环境下应运而生，其拥有节能、舒适、空气品质良好等诸多优点。通过一个办公建筑模型，对其间歇运行策略进行了分析。根据负荷平衡关系式估算了夏季工况下的预冷时间，推导出预冷时间与室内参数之间的关系式，并举例计算了办公建筑的预冷时间。

毛细管平面辐射空调；间歇运行；预冷时间

0 引言

间歇运行是指在室内设计参数达到设计参数时，采用缩短空调系统运行时间来满足需求的工况。一般情况下，分为住宅式间歇运行模式和办公式住宅模式两种类型，住宅式间歇运行模式是指在白天上班的时间停止空调运行，而办公式间歇运行模式则正好相反。本文以办公建筑为例分析间歇运行模式。

以一周为例，办公室的使用情况一般为周一—周五的8:00～12:00和14:00～18:00，为简单起见，将上班时间假定为8:00～18:00。所以一周上班的时间仅占一周的26.8%，所以，办公室间歇运行的节能潜力巨大。办公建筑空气调节温度如下表所示。

表1 办公室空气调节温度

1 预冷时间分析

1.1 基本概念

从系统启动时刻至建筑内房间温度降至舒适温度上限的时刻，定为当天的预冷时间；从系统停止时刻至建筑内房间温度升至舒适温度上限的时刻，定为当天的升温时间。

由于建筑物的热惰性，室内温度变化不能瞬时升降，而是一个相对缓慢的过程。为了实现在上班点达到设计温度，需要提前开启机组预冷使温度降低，但是预冷时间的长短直接影响到室内温度能否达到要求及节能率，建筑物的蓄热特性又会使得建筑物在停机之后不会瞬时升温，所以下班之前提早停机也是节能的必要措施，遵循优化控制的思想确定系统启停时间，即保证上班期间（8:00～18:00）室内温度维持在设定温度范围内实现系统运行时间最小化的优化目标。

表2及图1描述了办公建筑间歇控制全天室温变化情况，以预冷一小时，提前半小时停机为例，典型工作日室内设定温度本文取27℃，上下波动±1℃为正常，对应舒适温度上限28℃，下限26℃。

表2 办公建筑间歇控制室温变化表

图1 办公建筑间歇控制室温变化图

1.2 预冷时间估算

提前开机使室内温度预冷才能满足舒适性要求，但是该提前多长时间才是本文研究的重点，即预冷时间的确定。接下来我们根据空气平衡和热平衡的原理，推导估算预冷时间。

本文以辐射顶板+新风系统为例来进行推导，夏季负荷平衡如下图2所示。

图2 辐射顶板+新风系统冷量平衡图

新风送入的冷量：

则：

（2）

同理，排风带走的冷：

由于室内物体、墙体而产生的室内冷量：

（4）

辐射板的供冷量是将建筑物的设计负荷乘以一个修正系数1.2，如下式：

围护结构传热量4在设计工况下等于计算冷负荷，当空调系统刚起动时，小于冷负荷，因为室内温度和室外差别较小，但我们可以采用设计冷负荷进行换算。根据北京地区带有玻璃幕墙的办公室估算指标o=80W/m2，冷负荷计算温差为33.2～27℃，对于其他地区有：，整理得：

（6）

则：

（8）

将式（1）～（7）代入式（8）得：

整理得：

（10）

其中，（11）

两边积分，并代入初始条件得：

（13）

解得：

反求：

（15）

式中：为送、排风量，m3/h；t为送入空气的温度，℃；t为空调房间的设定温度，℃；t为室外空气温度，℃；t为室内空调开启前温度，℃；Q为建筑冷负荷指标，W/m2；为建筑及室内物体的质量，kg；为瞬时时刻，s；C、C为分别为空气和建筑及物体的平均定压比热，W/kg·℃。

由上式（15）可以看出，空调系统的预冷时间与室内要求温度成反比，与室内初始温度成正比，即要求的室内温度越低，室内初始温度越高，空调系统预冷时间越长。所以一般情况下，周一相比较其他工作日，由于周末的间隔，其预冷时间要稍微久一些。

2 实例分析

下面通过一个实例来估算预冷时间。

以济南市某办公楼某一层为例，采用框架结构，建筑面积500m2，辐射顶板+新风系统，新风送风温度t=20℃，室内初始空气温度t=32℃，室外空气温度t=34.8℃，此办公楼8:00上班，要提前多久开启空调系统，才能保证办公室8:00时室内参数达到要求？

由相关资料查得：普通办公室人均占有的使用面积为4m2/人，考虑到楼道、隔墙等公共建筑，此办公楼的使用人数大约为100人，新风量取30m3/(h·p)，则总新风量为3000m3/h，空气的密度1.293kg/m3，可以推算出新风量=3879kg/h，空气的定压比热C=1.01KJ/(kg·℃)。每平米框架结构的建筑其室内物体及建筑重大约为0.12t/m2，则此500m2的办公建筑总重=60t，近似认为红砖和钢筋混凝土各占一半，红砖比热为1.05kJ/(kg·℃)，钢筋混凝土比热为0.92kJ/(kg·℃)，则此办公建筑的平均定压比热C=0.985kJ/(kg·℃)。由于办公建筑对新风量的需求比较大，且济南地区夏季太阳辐射强度比较大，所以我们取济南地区的夏季冷负荷指标o=150W/m2。

将上述查得的值代入式（11）、（12）得：

=7848.48；=108856.188

将、值代入式（14）得：

通过上述计算分析，对于普通办公室，其室内温度由32℃降至27℃大约需要50分钟，但当室内设计温度为30℃时，预冷时间则会缩短，大约需要32分钟。对于实际情况，由于建筑材料、使用情况以及室外天气状况等因素的不同，其预冷时间的计算结果可能和实际情况有出入，其预冷时间可以通过具体实验来进行确定。

3 结论

（1）根据办公建筑的作息时间确定了运行策略—间歇运行模式。

（2）然后根据负荷平衡关系式估算了预冷时间，求解得预冷时间与室内参数之间的关系式为：。

（3）通过一个实例对计算结果进行验证，结果表明，上述公式误差不大。但是不同的建筑，由于其使用情况、结构构造等不同，根据上式得到的计算结果可能和实际情况有一定误差，所以具体的建筑还要通过具体的实验验证来确定。

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Research on Operation Strategy of Capillary Plane Radiation Air-Conditioning System

Wang Tingting

( Shandong Urban And Rural Planning Design Institute, Jinan, 250013 )

Air-conditioning systems find wide application with people's living standard improving. So it is particularly important to find an energy-saving and environmentally friendly air-conditioning system. Capillary plane radiation air conditioning system comes into being in this condition, which has so many advantages, such as energy-saving, comfort, good air quality and so on.This paper sets up an office building model to analyze intermittent operation strategy. estimates pre-cooling time according to load balance relationship, derives relation between the pre-cooling time and indoor parameters, and calculates the pre-cooling time of an office building by solving of an example.

capillary plane radiant air-conditioning; intermittent operation; pre-cooling time

1671-6612（2017）03-296-03

TU832.1+6

A

王婷婷（1986.02-），女，研究生，工程师，E-mail：ttw2513@126.com

2016-02-19