简介： 根据冷辐射吊顶空调的原理，结合笔者亲历的一个国内最大冷辐射吊顶项目工程设计经验，对本项目的冷源、末端冷辐射版、新风系统以及自动控制系统进行阐述与分析，最后通过实际运行的数据表明: 冷辐射吊顶空调节能、舒适效果明显。
前言：星展银行大厦（见图1） 位于上海浦东陆家嘴金融中心，为一座超甲级写字楼，高90m，建筑面积约5万㎡。采用辐射冷吊顶面积约4.6万㎡CRCP(Ceiling Radiant Cooling Panel)+独立新风DOAS(Dedicated Outdoor Air System)相结合的新型空调形式，这是国内最早使用也是至今为止规模最大的冷辐射吊顶项目，项目自2009年竣工投入使用以来，一直运行良好。本文将对本项目的空调系统配置及实测运行能耗进行介绍，供同行参考。
图一
1 辐射吊顶CRCP+独立新风DOAS系统技术
本项目辐射吊顶+独立新风系统主要由冷源设备、辐射冷吊顶、冷梁、新风系统（含排风热回收）、管道输配系统以及自动控制系统组成（见图2）。
辐射是一种高效的传热方式，比对流和导热等传热方式快得多。空调系统使用辐射吊顶进行温度调节，具有以下优点：
辐射换热比蒸发或者对流换热更舒适
辐射吊顶不会引起气流强烈流动，无吹风感(<0.2m/s)
辐射吊顶系统噪声非常低(
辐射吊顶更节省机电空间( ≥250mm)
辐射吊顶可提高主机COP，减少媒介输送能量，节能效果明显
安装方便和调整灵活，维护成本低
辐射供热/冷是一种利用特质内部，如建筑物内部的棚顶、墙面、地面或其它表面进行供热/冷的系统。供热/冷系统中，辐射能占总能量的50%以上的系统方可称为辐射供热/冷系统。按热源表面温度将辐射分为低温辐射、中温辐射、高温辐射，本项目采用的是表面温度低于80℃的低温顶面式辐射换热系统。
1. 1 辐射吊顶
辐射吊顶采暖或降温是将铜盘管敷设在铝制天花板内，通过冷媒的不断循环，加热或对天花板进行降（见图3） ，传热以辐射传热为主，并辅助补充适量新鲜空气的新方法。
冷水在夏季供水温度为15℃，回水温度为17℃，通过2℃温差来吸收室内热量，有效的解决了夏季降温的问题。
而在冬季，盘管内的供水温度为28℃，回水温度为26℃，同样是通过2℃温差来向室内辐射热量。此低温差辐射方式的特点是采暖和制冷的效率高于空气对流，其辐射传热形式无其它传热形式引起的空气对流所造成的不适感。
其均匀的温度创造一最佳的热环境。系统的自身工作原理可以使系统具有很好的温度自动调节性能。
1. 2 冷梁
单位面积制冷能力比辐射吊顶强，适合在那些需要比辐射吊顶制冷量更高的内部区域与辐射吊顶结合使用，还适合在那些有着阳光照射和围护结构热负荷大的周边区域使用（见图4） 。
1. 3 冷源
由于新风系统与冷辐射板的冷冻水温度要求不同，因此，本项目采用了双冷源，即高温水系统(15℃ /20℃)和低温水系统(7℃ /12℃)，本项目夏季空调总冷负荷为3,468kW，设计采用3台制冷量为511kW ( 供冷辐射板) 及3台制冷量为645kW的风冷热泵机组（供新风系统）。采用风冷热泵较好地满足了超甲级写字楼冬季空调供暖的需求，避免设置锅炉或电加热器带来的环保及能耗问题。
1. 4 新风系统
为了保证空调末端设备（辐射吊顶、冷梁、新风送风口）在干工况下运行，新风负荷、全部潜热负荷及部分显热负荷都由新风处理机组承担，为了减少楼层新风机组的盘管面积以及排风能耗损失，在屋面新风与排风总管之间还设置转轮式全热交换器。
1. 5 自动控制系统
当辐射吊顶用于供冷时，辐射吊顶的冷表面直接裸露在工作区的上方，在人员频繁进出房间或外窗开启的情况下，将会引起室内空气温湿度变化，辐射板表面容易结露，长期下去将引起金属板锈蚀，留下水渍，不仅影响美观，而且还导致滋生细菌，如果结露严重的话，水珠还会直接滴到房间内，因此，辐射冷吊顶防结露是系统正常运行的重要保障，这就对控制系统提出了很高的要求，必须严格保证辐射吊顶、冷梁、新风口在干工况下运行，防止冷凝结露，同时又要保证室内的温度及湿度在设定范围内，须在以下三方面进行控制：
（1）建筑物室内湿度控制
新风在空调箱内处理，然后被送入室内以控制整个建筑的室内相对湿度和露点温度，以确保室内舒适的湿度水平以及避免辐射吊顶及冷梁内结露，通常，新风要把室内露点处理到高于吊顶及冷梁进水温度2℃，本项目冷辐射板的进水温度设定为15℃，送进来的新风的露点温度为11℃，通过新风把室内空气的露点温度控制在13℃左右（即24℃的干球温度和50%的相对湿度）（见图5），这样可以使冷辐射板表面的温度高于室内露点温度2℃，避免结露。
（2）建筑物正压控制
维持建筑物一定的正压，一方面避免室外空气渗透到室内而造成不必要的能耗，另一方面以防止窗户或门打开时而造成室内湿度及辐射吊顶凝露控制的失效，本项目维持室内正压是通过安装在回风管路上的压力传感器来控制排风阀开度。
（3）露点检测及控制
露点传感器安装在每个控制区的冷水进水管上，当露点传感器探测到管壁处空气的温度接近室内的露点温度时，发出控制指令关闭冷水阀。（见图6）
2
典型办公室辐射吊顶及新风设计
由于辐射吊顶板的制冷能力相对较低（一般能提供70~80W/㎡的制冷能力），因此，必须充分利用新风的制冷能力，办公区的新风系统除承担卫生、舒适性以及满足天花辐射板不结露的功能外，还负担了一部分室内显热负荷，本项目新风采用可变新回风比设计，BAS系统根据不同工况自动调节新风阀与回风阀门的开度，实现节能运行，以下将以一典型办公室(72㎡，6人)的设计选型进行说明。
（1）房间湿负荷
办公区忽略渗入空气散湿量和水面蒸发散湿量，散湿量计算见表1。
（2）新风送风点参数
新风负担全部的湿负荷，根据室内的余湿量、含湿量以及新风量，计算送状态点的含湿量，为：ds=dn-W/Gρ（式中，ds为新风送风状态点含湿量，g/kg；dn为室内空气含湿量，g/kg；W为室内余湿，g/h；G为新风量，m3 /h；ρ为空气密度，kg/m3）
计算结果见表2。
根据送风状态点含湿量和相对湿度，得出新风送风状态点其他参数，见表3。
（3）新风承担室内冷负荷
根据新风送风状态点参数，计算新风负荷和新风承担的部分室内冷负荷，见表4。
（4）辐射吊顶承担室内冷负荷
辐射吊顶只能在干工况下运行，因此，辐射吊顶只能承担室内的显热负荷，室内显热负荷计算量以及辐射吊顶承担室内冷负荷，见表5。
根据上述计算结果，该办公室选用制冷量为85W/㎡的辐射吊顶板合计47㎡。
3
运行费用分析
项目自2009年投入使用以来，经过2年系统保修期的磨合及调试，目前系统已经正常运行并完全移交物业管理公司，大楼出租率平均维持在90%以上，物业管理公司对最近一年的3~19层办公区冷辐射+独立新风空调系统各部分的电费进行计量统计，情况如下。
（1）本项目3~19层辐射吊顶+新风系统所有需用电的设备
见表6
（2）全年用电量统计
见表7（1~6月份）及表8（7~12 月份）
根据上述统计，可得出全年辐射吊顶+ 新风系统电量组成分布，见图7。
按月统计单位面积用电量，见图8。
从图8 可以看出，1月份的单位面积用电量全年最高，这个也跟辐射吊顶主机和新风系统主机采用风冷热泵有关系，1月份上海的月平均干球温度为4.5℃，热泵在这个气温工作COP很低，因此造成该月空调耗电量大增，到2月份月平均干球温度上升为6.3℃，热泵的COP升高，空调的能耗马上降低，因此在项目设计之初选择冷热源方案时，一定要结合当地的气候条件以及项目的实际状况，进行充分经济技术论证后再定夺。
（3）射吊顶+独立新风空调系统与传统空调系统能耗对比
据统计上海地区6栋纯办公写字楼中央空调系统（冷热源为电制冷+锅炉或风冷热泵，末端采用全空气系统或风机盘管+新风）单位面积年平均能耗为0.567GJ/(㎡·a)，约合157.5kWh电量，根据表7与表8统计本项目单位面积年平均电量为56.85kWh，因此，具有显著的节能效果。
辐射吊顶+独立新风系统的节能优势主要在于以下几方面：
风机能耗：传统的一次回风全空气系统采用新回风混合，末端不设置风机及盘管的系统形式，造成其总风量必定比辐射吊顶+独立新风系统的风量大，因而风机能耗大。
冷水机组能耗：辐射吊顶+新风系统采用双冷源，独立水系统，辐射吊顶采用17℃高温冷水机组，而显著提升了其COP值，热泵机组在冬天制热能耗也大大低于传统的锅炉。
排风热回收：室外新风通过屋顶的热交换机组与室内排风进行全热交换，节约了新风能耗。
4
结语与讨论
辐射吊顶技术是十多年前在欧洲开始推广使用，近年也开始进入中国市场，但是也遇到很大的阻力，主要源于三方面：
结露风险
辐射吊顶制冷能力问题
初投资大
星展银行大厦作为国内最早使用也是至今最大规模使用辐射吊顶+独立新风系统的项目，从决策、设计、施工、调试到最后成功运营，工程技术人员倾注了大量的心血，也获得了不少心得与体会：
（1）项目采用了外循环呼吸式幕墙（又称双层通风幕墙），其外层是单层玻璃与非断热型材组成的玻璃幕墙，内层是由中空玻璃与断热型材组成的幕墙。内外两层幕墙形成的通风换气层的两端装有进风和排风装置，通道内也可设置百页等遮阳装置。冬季时，通过电动阀关闭通风层两端的进排风口，换气层中的空气在阳光的照射下温度升高，形成一个温室，有效地提高了内层玻璃的温度，减少建筑物的采暖费用。夏季时，打开换气层的进排风口，在阳光的照射下换气层空气温度升高自然上浮，形成自下而上的空气流，由于烟囱效应带走通道内的热量，降低内层玻璃表面的温度，减少制冷费用；
（2）防止早上室内气温较高造成辐射吊顶结露，独立新风系统一般需要提前开启2~3小时开启进行除湿，此时室内空调全部由新风系统负担，待室内温度达到设计值，再开启辐射吊顶，不同的项目也可根据实际情况制定最经济运行策略，例如本项目物业管理公司则利用夜间低谷电价把新风开启的时间提前至凌晨3点；
（3）独立新风系统采用变新风比设计，在早上除湿阶段采用100%回风模式，可以大大减少新风能耗和缩短除湿时间；
（4）采用辐射吊顶+ 独立新风系统空调的写字楼项目与传统空调系统( FCU或VAV) 的交楼标准有所不同，采用传统空调系统一般末端的设备及风口都是二次精装时实施，但是采用辐射吊顶由于辐射板的规格、喷淋的开孔定位、灯盘及冷梁的位置等，都需要一次设计配合到位；
（5）防结露控制系统的分区需考虑日后办公室拆分或合并调整的灵活性，不同的功能的房间其室内空气露点温度设定值也不尽相同；
（6）在相同室内净高条件下，辐射吊顶+独立新风系统较少的机电安装空间可以减少建筑层高（至少200mm/层），可以为建筑师提供更大的设计空间和给业主增加经济效益。
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