自然通风下辐射供冷系统结露瞬态特性及运行控制策略研究

Faced the urgent demand for reducing building energy consumption and improving the quality of environment, the radiant cooling system combined with DOAS was put forward and promoted, due to it has the great potential of energy-saving and can make the indoor environment more comfortable and healthy for people. The main problems preventing the development of radiant cooling system are the coupling control of system and condensation phenomenon occurred on the radiate cooling panel. In this project, the transient variation characteristics of indoor temperature and humidity fields during the natural ventilation in a limited time and the change law of indoor temperature and humidity fields influenced by the coupling effect between the outdoor air and indoor fresh air dehumidification system will be studied deeply, by simulating and actual operation testing. The principle of condensation on radiate cooling pane and the condensation characteristics influenced by natural ventilation will be analyzed. The operation characteristics of radiant cooling system combined with DOAS under different control modes will be researched theoretically and experimentally and the optimum control method will be discussed. The research findings of this project can provide the powerful support for application and generalization of radiant cooling system.

人们对减少建筑能耗和提高环境质量的迫切要求，促使了辐射供冷及独立新风系统提出和发展，其区别于传统空调系统的优势在于具备较大节能潜力的同时，还可促进室内环境更加舒适健康。目前影响辐射空调推广应用的核心问题是辐射板的结露问题以及辐射空调系统的耦合控制问题。本课题通过对辐射供冷及独立新风耦合系统实际运行的测试以及理论仿真，深入分析系统在自然通风下室内湿度场的瞬态变化特性以及室外空气和室内新风除湿系统耦合作用下室内温、湿度场的变化规律，探讨辐射板结露的机理以及自然通风对辐射板结露的影响规律。对各种不同的调控方式下的辐射供冷及独立新风耦合系统运行特性进行深入的理论和实验研究，探索针对多目标优化的系统最佳运行策略。本课题的研究进一步提高了辐射空调系统的舒适性、节能性和安全性，为辐射空调系统的应用与推广提供强大的技术支持。

在实际建筑中建立了辐射供冷及独立新风耦合系统，首次在实际运行应用的辐射空调系统中进行了自然通风下辐射板结露研究。主要研究内容为：实验研究不同工况下，自然通风对房间内温湿度场演变的影响规律以及停止自然通风后辐射系统的自恢复能力；建立动态仿真模型，模拟研究自然通风状态下室外高温、高湿空气与室内空气的混合效应,以及在新风除湿系统运行情况下室内温湿度场随时间的变化规律；建立基于TRNSYS软件的仿真模型，对比分析系统运行的稳定性、人体热舒适性以及节能性，得出天棚辐射末端形式的最优控制方案。主要取得以下成果：.1、通过对结露的机理分析可知：湿空气的含湿量是结露发生的源，辐射板表面温度低于其周围空气露点温度是引发结露过程的导火索，而辐射板材料的粗糙度及疏水特性影响了产生露珠的难易程度。.2、建立了吊顶辐射板的物理和数学模型，模拟计算了吊顶辐射板的辐射能力，分析了不同管径和不同管间距对辐射能力的影响，发现管间距对辐射能力的影响要大于辐射管径。.3、建立了金属吊顶辐射空调系统的应用和测试平台，系统具备风量调节、水温调节、分区控温、露点保护以及数据采集等各种运行功能。.4、通过对自然通风下室内温湿度场的实验研究发现，室内湿度的扩散性要好于温度，室内湿度分布更均匀；开窗后室内的水蒸气分压力接近室外，但是在实测的工况条件下辐射顶板未发生结露现象；关窗后室内湿度逐渐恢复到开窗前。.5、通过模拟发现，室外参数是影响自然通风下室内温湿度场的主要因素；新风风量达到一定数值后对室内湿度的影响比较小，新风量的大小决定了开窗通风后室内湿度场恢复期的长短。.6、提出了变风量辅助的变水温控制方式，该方式能够在保证舒适度和节能性的前提下，更好的避免结露。. 本课题的研究成果进一步提高了辐射空调系统的舒适性、节能性和安全性，为辐射空调系统的应用与推广提供强大的技术支撑。