劉猛++王旭弟

摘要：選取重慶某住宅臥室進行實測分析，在供水溫度為20、18、16 ℃，室外天氣為晴天、多云、陰天（雨）工況下，研究毛細管地板供冷房間溫度、地板供冷量、地板結露特征。供水溫度為20、18、16 ℃時，室內(nèi)最高溫度27.6 ℃，最大供冷量分別為23、33、32 W/m2。開始結露時間為10：30—14：50之間，其中80%區(qū)域開始結露的時段為11：00—13：00之間，室內(nèi)氣流渦旋區(qū)最早出現(xiàn)結露。供水溫度為18 ℃時，除濕能明顯改變地板結露現(xiàn)象；供水溫度為16 ℃時，除濕能改變大部分地板結露現(xiàn)象，室內(nèi)氣流渦旋區(qū)仍為結露區(qū)，但結露時間延后1 h以上。地板結露區(qū)域與室內(nèi)氣流組織有關，毛細管鋪設位置應避開房間氣流漩渦區(qū)。

關鍵詞：濕熱地區(qū)；毛細管；地板供冷；室內(nèi)溫度；供冷量；結露

中圖分類號：TU831.3文獻標志碼：A文章編號：16744764（2017）01000106

收稿日期：20160825

基金項目：國家重點研發(fā)計劃項目（2016YFC0700301、2016YFC0700303）

作者簡介：劉猛（1979），男，教授，博士生導師，主要從事綠色建筑技術、建筑節(jié)能研究，（Email）liumeng2033@126.com。

Received：20160825

Foundation item：China National Key R & D Program （No.2016YFC0700301， 2016YFC0700303）

Author brief：Liu Meng（1979）， professor， doctoral supervisor， main research interests： green building and energy efficiency， （Email） liumeng2033@126.com.Experimental analysis of terminal performance for floor

cooling with capillary tubes in hothumid area

Liu Meng， Wang Xudi

（Key Laboratory of the Three Gorges Reservoir Regions EcoEnvironment， Ministry of Education；

National Centre for International Research of Lowcarbon and Green Buildings，Ministry of Science &

Technology， Chongqing University， Chongqing 400045， P. R. China）

Abstract：Indoor temperature， cooling capacity and condensation characteristic of capillary tubes for floor cooling were specially investigated with 20 ℃，18 ℃，16 ℃ inlet water temperature. Experiment was carried out in a bedroom in Chongqing in sunny， cloudy and overcast weather condition. The results showed that the highest indoor temperature was 27.6 ℃， the maximum cooling capacity were 23 W/m2，33 W/m2，32 W/m2 respectively. Adverse condition of condensation was happened between 10：30 to 14：50， among which 80% area started condense from 11：00 to 13：00. Indoor air eddy area was very easy to be condensed. The dehumidifier could reduce condensation dramatically with 18 ℃ inlet water， but eddy area was still condensed with 16 ℃ inlet water， The condensation area was related to indoor air distribution， the capillary tubes should be installed avoid air eddy area.

Keywords：hothumid area；capillary tubes；floor cooling；cooling capacity；condensation

毛細管輻射供冷具有較高的舒適性及節(jié)能性能，然而，在濕熱地區(qū)應用受到很大限制，主要原因是空氣濕度較大，壁面的露點溫度較高，壁面容易結露進而供冷量受到很大限制。供水溫度對供冷量有重大影響，輻射板與熱源表面直接換熱，供水溫度可提高到16 ℃以上[1]。天津火車站采用地板供冷，地板溫度在23 ℃狀況下的供冷量為30 W/m2[2]。實測供水溫度16 ℃時，金屬板及石膏板的最大供冷量分別為48、60 W/m2[3]。供冷量是否足夠，室溫是一個表征量。有實驗表明，當輻射地板供冷供水溫度高于12 ℃時，室內(nèi)溫度維持在24.6～26.5 ℃[4]；輻射吊頂表面溫度為22 ℃時，房間溫度為24 ℃[5]。

地板溫度分布不均勻及房間氣流組織的影響，導致局部區(qū)域存在結露風險。因此，輻射板空氣邊界層露點溫度對結露有重要影響[6]，且對房間密封性有一定要求[7]。沈陽夏季新風送風溫度18 ℃、含濕量12.1 g/kg即可減小室內(nèi)相對濕度[8]。在熱濕地區(qū)采用轉輪除濕機加輻射吊頂?shù)目照{方式，在轉輪除濕機除濕量0.89～2.673 kg/h、供水溫度6～10 ℃時，吊頂表面溫度為14～18 ℃，在相對濕度小于70%時，或表面18～20℃時吊頂表面不會結露[910]。地板溫度降低到露點溫度時，并不會馬上結露，有一定過冷度[11]。通常輻射板除了地板外還有高性能混凝土冷墻[12]、冷梁[13]、天花板[14]等，但冷吊頂比冷地板更易結露，冷吊頂?shù)哪Y速率為冷地板的3.5倍、冷墻壁的1.25倍[15]。

對濕熱地區(qū)毛細管地板供冷的測試分析有助于形成該技術在濕熱地區(qū)推廣應用的方法，因此，筆者采取實測分析方法，探討濕熱地區(qū)毛細管地板供冷在不同供水溫度下能維持的室內(nèi)溫度大小、達到的供冷量狀況及結露特征。

1測試平臺介紹

1.1測點布置

選擇重慶某住宅臥室，實驗測點包括空間溫濕度測點、地板溫度測點、圍護結構表面溫度測點，所有參數(shù)均按照《民用建筑室內(nèi)熱濕環(huán)境評價標準》（GB/T 50785—2012）基本參數(shù)測量方法進行?？臻g測點包括豎向0.6、1.1、1.7 m溫濕度測點各3組，按房間對角點分布。距地0.1 m溫濕度測點7個。距地1.1 m黑球溫度3組，按房間對角點分布。依據(jù)地板大小及標準布置7個地板測點（F1F7）。依據(jù)標準在北窗布置1個溫度測點，北門布置1個溫度測點，內(nèi)墻N1、N2各布置1個測點，東墻依對角線布置3個測點，西墻依對角線布置2個測點，南向推拉門上布置1個測點，南墻布置1個測點，屋頂依對角線布置3個測點。

1.2測試儀器

儀器精度及測量范圍均按照《民用建筑室內(nèi)熱濕環(huán)境評價標準》（GB/T 50785—2012）測試儀器精度要求選用，

1.3測試方案

測試主要從不同供水溫度、不同室外天氣狀況及是否除濕幾個因素分析供冷性能。選擇冷水供水溫度為20、18、16 ℃。按照濕熱地區(qū)夏季室外特點將室外天氣分為晴天、多云天、陰（雨）天。測試期間供水溫度及室外條件見表2，所有數(shù)據(jù)均來源于實測。

表2實測工況列表

Table 2List of field study condition供水

溫度/℃日期室外天氣供冷期室外溫度/℃最高最低平均供冷期室外

相對濕度/%是否

除濕2018167月18日晴32.827.631.160否7月17日多云31.625.829.568否7月21日陰（雨）28.826.727.686否7月29日晴33.228.231.360否7月28日多云32.326.430.065否8月5日陰（雨）30.022.026.276否7月30日晴34.327.731.957是8月30日多云30.825.428.668是8月29日陰（雨）28.525.026.282是8月6日晴32.926.930.360否9月3日陰（雨）32.025.729.768否7月19日多云30.725.428.874否8月13日晴33.627.431.572是7月31日多云32.127.329.761是9月1日陰（雨）30.525.628.172是

2室溫及供冷量

毛細管地板供冷量的計算方法依據(jù)《輻射供暖供冷技術規(guī)程》（JGJ 142—2012）的規(guī)定，輻射面?zhèn)鳠崃康挠嬎鉸=qf+qd（1）其中qf=5×10-8[（tpj+273）4-（tfj+273）4]（2）式中：q為輻射面單位面積傳熱量，W/m2；qf為輻射面單位面積輻射傳熱量，W/m2；qd為輻射面單位面積對流傳熱量，W/m2；tpj為輻射面表面平均溫度，℃；tfj為室內(nèi)非加熱表面的面積加權平均溫度，℃；tn為室內(nèi)空氣溫度，℃。qd=0.87（tpj-tn）1.25（3）式中：tn為室內(nèi)空氣溫度，℃。

采用式（1）～（3）即可計算供冷量大小。圖1～3分別為20、18、16 ℃供水條件下的供冷量和室溫對比，無論室外何種天氣，運行期間地板供冷量可分為3個階段：第1階段（開機后40～60 min）供冷量無明顯變化，20、18、16 ℃在該階段的持續(xù)時間為40～60 min，供冷量為5～10 W/m2之間。20 ℃供水條件下，室溫為25～26.8 ℃；18 ℃供水時室溫為24.8～26 ℃；16 ℃供水時室溫為25～25.8 ℃。第2階段（上一階段后持續(xù)2～3 h），供水20 ℃供冷量可增長到17 W/m2，室內(nèi)溫度最高為26.5 ℃；供水18 ℃及16 ℃時供冷量可增長到25 W/m2，室內(nèi)溫度最高分別為27.6、26.9 ℃；第3階段（上一階段到關機）供冷量達到最大，供水溫度為20、18、16 ℃時最大供冷能力23、33、33 W/m2，室溫在該階段達到最大且穩(wěn)定，供水20、18、16 ℃時維持的室溫最高分別為26.8、27.6、26.9 ℃。

圖1供水溫度為20 ℃時的供冷量

Fig. 1Cooling capacity of 20 ℃ inlet water圖4所示為特征溫差與供冷量之間地板供冷性能曲線，其中，最大供冷性能曲線為Q=3.406 2Δt+1.192 8式中：Q為地板單位面積供冷量；Δt為地板特征溫差。

圖2供水溫度為18 ℃時的供冷量

Fig.2Cooling capacity of 18 ℃ inlet water圖3供水溫度為16 ℃時的供冷量

Fig. 3Cooling capacity of 16 ℃ inlet water供冷能力曲線顯示，當供水溫度為20～22 ℃時，最大供冷量為16.9～22 W/m2；供水溫度為18～20 ℃時，最大供冷量為22～29 W/m2；供水溫度為16～18 ℃時，最大供冷量為30～41 W/m2。圖4毛細管網(wǎng)地板供冷性能曲線

Fig. 4Cooling capacity curve of floor

cooling with capillary tubes3結露時空分布特征

將所有工況的結露狀況匯總見表3。非除濕工況下，所有供水溫度下地板均會結露，結露嚴重程度各異；除濕工況下供水溫度為18 ℃的陰雨天有少量結露，供水溫度為16 ℃均會結露。出現(xiàn)結露現(xiàn)象的區(qū)域中開始結露時間集中在10：30—14：50之間，其中80%的區(qū)域開始結露時間段為11：00—13：00。如圖5所示，F(xiàn)1、F2、F3、F6（氣流渦旋區(qū)）測點在所有結露區(qū)域中均會全部或部分出現(xiàn)，且為整個地板中最早出現(xiàn)結露的區(qū)域，其他區(qū)域開始結露時間均滯后甚至不會出現(xiàn)結露現(xiàn)象。

表3結露特征匯總

Table 3Summery sheet of condensation characteristic供水

溫度/℃日期室外天氣是否

除濕是否

結露開始結露

時間結露

區(qū)域最早結露區(qū)域2018167月18日晴否是13：20—14：50全部37月17日多云否是12：20—13：101、2、337月21日陰（雨）否是12：00—12：401、2、3、5、6、71、2、37月29日晴否是13：50—14：102、32、37月28日多云否是11：40—14：201、2、3、5、6、71、2、3、68月5日陰（雨）否是10：30—13：30全部1、2、3、67月30日晴是否8月30日多云是否8月29日陰（雨）是是11：30—13：301、2、61、2、68月6日晴否是12：10—12：301、22、39月3日陰（雨）否是11：00—13：401、2、3、5、6、71、2、3、67月19日多云否是10：50—12：20全部1、2、3、68月13日晴是是11：40—13：501、2、3、5、6、71、2、3、67月31日多云是是12：00—13：001、2、31、2、39月1日陰（雨）是是13：20—14：201、21、2

4結露因素分析

對數(shù)據(jù)分析后發(fā)現(xiàn)影響地板結露的因素主要有供水溫度、室外天氣、室內(nèi)氣流組織、是否進行除濕。

供水溫度及室外天氣的影響。如表3所示，當室外溫度相似，供水溫度降低時開始結露的時間也依次提前；同一供水溫度下，室外溫度降低，地板越早結露，地板溫度為20、18、16 ℃時，室外溫度每降低1 ℃，結露時間提前0.3、0.2和0.3 h。

氣流組織的影響。實驗房間朝向見圖5，圖中箭頭表示室內(nèi)氣流流向，實驗房間門窗的氣密性較差，會形成大約1次/h的自然換氣次數(shù)，重慶山地夏季風向為東北風，室外空氣經(jīng)門窗滲透進入房間，風速在1 m/s以下，風速較弱風壓較小，較小的風壓只會保證氣流進入房門3～4 m的位置即形成氣流渦旋，不會繼續(xù)深入。因此，可將室外空氣經(jīng)門窗滲透進入房間3～4 m的地板區(qū)域確定為氣流渦旋區(qū)。渦旋區(qū)攜帶室外高溫空氣且濕量集聚，導致該區(qū)域空氣露點溫度較高，遇到冷地板形成結露的條件，因此測點1、2、3、6（氣流渦旋區(qū)）區(qū)域最早結露。

圖5實驗房間測點布置及夏季風向

Fig. 5The wind orientation and test

points layout of study room是否除濕的影響。除濕采用開啟除濕機的方式，圖6和圖7分別為供水16 ℃及18 ℃時除濕與非除濕工況對比。圖中FHT為非除濕工況室外平均溫度，HT為除濕工況室外溫度。供水16 ℃，除濕后部分區(qū)域開始結露時間延后，陰天測點1、2、3開始結露時間分別延遲0.7、0.9、1.7 h，陰（雨）天測點1、2開始結露的時間分別延遲3.1、2.6 h；除晴天室外超高溫天氣外，地板部分區(qū)域除濕后結露現(xiàn)象消失，如多云天測點5、6、7，陰雨天測點3、4、5、6、7。

供水溫度為18 ℃時，多云天除濕和非除濕工況室外溫度相同，圖中僅顯示一種工況下的溫度。除濕后只有陰（雨）天測點1、2、6有結露現(xiàn)象，且結露時間較非除濕工況下分別延后2.9、1、1.3 h。

圖6供水溫度為16 ℃除濕和非除濕工況結露時間地點對比

Fig.6Comparison of condensation in 16 ℃

inlet water condition圖7供水溫度為18 ℃除濕和非除濕工況結露時間地點對比

Fig.7Comparison of condensation in 18 ℃

inlet water condition5結論

1）供水溫度為20 ℃時，最大供冷量為23 W/m2，室溫可維持在25～27 ℃之間，最早結露時間為11：40；供水溫度為18 ℃時，最大供冷量為33 W/m2，室溫可維持在24.4～27.6 ℃之間，最早結露時間為10：30；供水溫度為16 ℃時，最大供冷量為33 W/m2，室溫可維持在25.1～26.9 ℃之間，最早結露時間為10：40。所有供水溫度下最早結露地點均為氣流渦旋區(qū)。

2）在同一供水溫度下，室外溫度越低，地板越早結露；當室外溫度相似，供水溫度降低時，開始結露的時間也依次提前。所有結露區(qū)域最早開始結露的時間集中10：30—14：00之間，其中80%開始結露時間段在11：00—13：00之間。

3）室內(nèi)氣流渦旋區(qū)為整個地板最早出現(xiàn)結露的區(qū)域，其他區(qū)域結露時間均滯后，甚至不會出現(xiàn)結露現(xiàn)象。

4）室外溫度過高，即使除濕機除濕也不能改變地板結露。當供水溫度較高，為18 ℃時，除濕機除濕能明顯改變地板結露現(xiàn)象；當供水溫度降低到16 ℃時，除濕機除濕能改變大部分地板結露現(xiàn)象，室內(nèi)氣流渦旋區(qū)為除濕工況下的結露區(qū)域，結露時間較非除濕延后1 h以上。

5）濕熱地區(qū)利用毛細管地板供冷方法：若無采取除濕措施，則供水溫度不低于20 ℃，若采取可靠除濕措施，則供水溫度不低于16 ℃，采用水溫控制良好（±1 ℃）的機組，且盡可能利用墻面及吊頂多面供冷；提高圍護結構的保溫特性及房間的氣密性；鋪設位置應避開室外熱風直接滲入房間的位置，或避開室內(nèi)氣流渦旋區(qū)。

參考文獻：

[1] 高志宏，劉曉華，江億. 毛細管輻射供冷性能實驗研究[J]. 太陽能學報， 2011， 32（1）： 101106.

GAO Z H， LIU X H， JIANG Y. Experiment study on cooling capacity of capillarytube radiation aircondition [J]. Acta Energiae Solaris Sinica， 2011， 32（1）： 101106.（in Chinese）

[2] ZHAO K， LIU X， JIANG Y. Application of radiant floor cooling in large space buildingsA review [J]. Renewable and Sustainable Energy Reviews， 2016， 55： 10831096.

[3] 裴鳳，陳華，金梧鳳，等. 不同結構毛細管網(wǎng)輻射板供冷性能實驗研究[J]. 低溫與超導， 2013， 41（7）： 5863.

PEI F， CHEN H， JIN W F，et al. Experimental study of the cooling performance of different structure of capillary mats of radiant panel [J]. Cryogenics and Superconductivity， 2013，41（7）： 5863. （in Chinese）

[4] 張葉，陳超，趙玉清，等. 既有辦公建筑大堂地板輻射供冷供暖系統(tǒng)節(jié)能改造方案可行性研究[J]. 暖通空調， 2010，40（3）： 5660.

ZHANG Y， CHEN C， ZHAO Y Q， et al. Feasibility analysis of energy efficiency reformation of an existing office building lobby with floor panel cooling and heating system [J]. HV & AC， 2010， 40（3）： 5660. （in Chinese）

[5] 婁載強，楊冬，張云婷，等. 頂棚輻射供冷房間的溫度分布探析[J]. 制冷技術， 2013（3）： 5960.

LOU Z Q， YANG Y， ZHANGA Y T， et al. Analysis of temperature distribution of ceiling radiant cooling room [J]. Chinese Journal of Refrigeration Technology， 2013（3）： 5960. （in Chinese）

[6] JIN W， JIA L， WANG Q， et al. Study on condensation features of radiant cooling ceiling [J]. Procedia Engineering， 2015， 121： 16821688.

[7] 黃偉，李繼路，劉謹. 混凝土樓板輻射供冷空調系統(tǒng)在亞熱帶地區(qū)的適用性[J]. 暖通空調， 2012， 42（6）： 4547.

HUANG W， LI J L， LIU J. Applicability of concrete slab radiation cooling air condition system to subtropical zone [J]. HV & AC， 2012， 42（6）： 4547（in Chinese）

[8] LI G， SHE C， WU N， et al. The solution and simulation of the condensation problem of the capillary network system in the Children's Hospital of Shenyang in summer [J]. Procedia Engineering， 2015， 121： 12151221.

[9] BINGHOOTH A S， ZAINAL Z A. Performance of desiccant dehumidification with hydronic radiant cooling system in hot humid climates [J]. Energy and Buildings， 2012， 51（4）： 15.

[10] 李嚴，李念平，嚴繼光. 溫度均勻分布輻射冷頂板的傳熱特性[J]. 土木建筑與環(huán)境工程， 2014， 36（5）： 1622.

LI Y， LI N P， YAN J G. Heat transfer characteristics of a new ceiling radiant cooling panel with uniform temperature distribution in the surface [J]. Journal of Civil， Architectural and Environmental Engineering， 2014， 36（5）： 1622. （in Chinese）

[11] 朱備，翟曉強，尹亞領，等. 毛細管輻射供冷的換熱及結露特性的實驗研究[J]. 制冷技術， 2013（4）： 510.

ZHU B， ZHAI X Q， YIN Y L， et al. Experimental investigation of heat transfer and dew performances of capillary radiant cooling [J]. Chinese Journal of Refrigeration Technology， 2013（4）：510. （in Chinese）

[12] MIKESKA T， SVENDSEN S. Dynamic behavior of radiant cooling system based on capillary tubes in walls made of high performance concrete [J]. Energy and Buildings， 2015， 108： 92100.

[13] MUSTAKALLIO P， BOLASHIKOV Z， KOSTOV K， et al. Thermal environment in simulated offices with convective and radiant cooling systems under cooling （summer） mode of operation [J]. Building and Environment， 2016， 100： 8291.

[14] SU L， LI N， ZHANG X， et al. Heat transfer and cooling characteristics of concrete ceiling radiant cooling panel [J]. Applied Thermal Engineering， 2015， 84： 170179.

[15] TANG H， LIU X， JIANG Y. Theoretical and experimental study of condensation rates on radiant cooling surfaces in humid air [J]. Building and Environment， 2016， 97： 110.