主动式冷梁在办公建筑中的应用与分析

李恺杰 李瑞捷 张 莉

（大连大学 建筑工程学院，辽宁 大连116622）

主动式冷梁是辐射空气调节换热系统末端设备，国外研究是从20 世纪80 年代开始，目前这项技术已成熟，在很多建筑中得到了应用。但在我国还没有得到普及，本文以大连地区一所三层办公楼为研究对象，根据其建筑结构和性能参数研究了主动式冷梁系统形式是否适应我国的建筑和气候的特点，将其与风机盘管系统进行对比，探讨主动式冷梁系统的性能参数及能耗大小，讨论其节能效果，为今后主动式冷梁在我国不同地区、各类建筑形式中的应用以及相关产品的开发和研究提供理论参考，为冷梁技术的推广应用奠定基础。

1 空气调节末端简介

辐射空调换热系统分为辐射式和对流式，辐射式常见有吊顶式，对流式包括冷却吊顶和冷梁系统，冷梁系统由主动式冷梁和被动式冷梁组成。冷梁作为一种新型的辐射对流式空调末端，其主体是一个翅片管冷却盘，当空气通过铝制翅片间隙，即进行对流换热。由于外形酷似横梁，故得此名。

1.1 被动式冷梁

被动型冷梁末端依靠完全自然对流原理进行夏季制冷，热气流上升冷气流下沉，会使室内产生循环气流。从末端流出的空气会形成两股相反方向的气流，沿着吊顶流向冷梁的两侧，然后缓缓的流到用冷场合。由于没有风机的强吹风，提高了用户的舒适性。

1.2 主动式冷梁

主动式冷梁末端用来进行室内热/冷负荷的处理。夏季经处理的主气流进入到冷梁中，通过喷嘴进入冷梁的下端，根据文丘里效应，当高速流动的气流通过阻挡物时，在阻挡物的背风面上方端口附近气压相对较低，从而产生吸附作用，冷梁下端的房间空气受到低压作用而向上流动，在通过换热器得到冷却。冷却后的空气和主气流混合，温度低于房间温度，起到冷却室内空气，达到制冷的作用。在冬天换热器中流动的是热水，满足供热的需求。

2 计算模型建立

2.1 建筑模型

以大连某办公楼。该楼层平面长34.5 米，宽7.8 米，高度为10.5 米，办公用房15 间，办公人数为每个房间8 人，见图1。

图1 建筑构造图

2.2 参数计算模型

采用主动式冷梁空调系统设计方案

2.2.1 大连地区夏季室外空气设计参数：

干球温度td=28.4℃；湿球温度tw=25℃2.2.2 夏季室内空气设计参数：

温度：t1=22～24℃；相对湿度：ψ=40-60% ；风速：v≤0.3m/s

2.2.3 本次实验室内设计参数：

温度：tn=23℃；相对湿度：ψ=50% ；新风量：每人所需最小新风量30m3/h

根据计算条件：大连市室外空气焓值hw=91.44KJ/Kg，含湿量dw=20.69g/kg，空气密度ρ=1.2kg/m3，房间室内空气设计的状态点的露点温度tf=16.92℃，为了防止结露，冷冻水的进水温度一定要高于露点温度，故本次设计的供水温度设计为17-20℃。湿负荷，日办公时间为15 个小时，房间为一层五间，二层四间，三层六间进行计算。

wmax——工质的最大有用功，kJ/kg；

T——环境温度℃；

T0——工质进口温度，℃；

Cp——定压比热，kJ/(kg·℃)。

3 计算结果与分析

3.1 建筑能耗对比

通过参数计算模型计算，可得出整栋楼层的显热冷负荷为Q=153475w，加湿量为61066g/d。风机盘管与主动式冷梁系统参数计算见表1。

表1 风机盘管与主动式冷梁系统参数计算表

通过数据对比可知：在换热效率上，冷梁系统比风机盘管系统提高10.5%-19.3%；在加湿量上，冷梁系统比风机盘管系统提高15%左右；但由于冷梁换热时对供水的要求较高，水泵等装置的功耗会有所增加；在总能耗密度上，冷梁系统比风机盘管系统提高约9%的效率。

通过这样的功耗对比，可看出冷梁比传统风机盘管系统更加节能环保。

通过模拟建筑中相关的计算，得到：

表2 风机盘管与主动式冷梁系统效率对比表

表2 风机盘管与主动式冷梁系统效率对比表

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由表中数据可见，多次改变供、回水温度，同时控制温差变量，从效率的结果看来，末端的设备冷梁比起风机盘管效率更高，说明主动式冷梁系统比传统空调系统有节能、高效等先进优点。

4 结论

本次研究主要针对主动式冷梁系统和传统空调末端系统进行了对比，在构建了建筑模型后，我们采用了如下各方法和软件模拟实验：

4.1 在建筑能耗上，我们构造参数计算模型，进行主动式冷梁的数值计算。从表1 的结果得知，单位面积能耗对比中，主动式冷梁比传统空调系统有着更佳的节能水平。

以上各模拟计算结果均可说明，主动式冷梁系统拥有在节能、环保、舒适、健康等方面比传统空调系统更加先进的优点。