冷却顶板加置换通风系统中顶板进水温度的影响实验研究

1冷却顶板加置换通风系统中顶板进水温度的影响实验研究简介：本文通过实验研究了冷却顶板加置换通风系统中顶板进水温度的影响。顶板进水温度降低将使室内空气温度、壁面温度都降低。顶板进水温度降低增大了冷却顶板的制冷量，但削弱了置换通风的制冷量。本文的研究使得对冷却顶板加置换通风系统的运行有了部分定量的了解。关键字：送风温差温度梯度出风温度1引言置换通风以较低的速度把新鲜清洁的冷空气从房间下部送入，气流以类似层流的活塞流的状态缓慢向上移动，到达一定高度后，由于受热源和顶板的影响，发生紊流现象，产生紊流区，然后从上部开口排出。置换通风的气流有热力分层现象，在下部为单向流动区，空气有明显的温度梯度和浓度梯度；在上部为混合区，温度场和浓度场比较均匀，接近排风的温度和浓度。新鲜清洁的冷空气先经过人的呼吸区，然后排出，通风有效性好。但由于房间下部存在明2显的温度梯度，容易使人产生脚凉头暖的不适感，所以送风温差不能太大；另外，由于送风速度太大容易使人产生吹风感，所以送风速度也不宜太大。送风温差和速度的这两个限制使得置换通风提供的制冷量就较小，一般难以完全满足房间制冷量的需求。目前解决这一问题的最佳方案被认为是和冷却顶板结合，冷却顶板可以负担显热冷负荷，使置换通风送风量减小，另外由于冷却顶板的辐射作用，可以削减置换通风带来的较大垂直温度梯度，提高人体舒适度[1,2]。目前国内对这种结合的空调系统虽有讨论，但主要在于对国外技术的介绍或评述[1-4]，实验研究很少。本文所涉及的实验对冷却顶板加置换通风系统进行了较全面的测试，限于篇幅，在此处只介绍冷却顶板加置换通风系统中顶板进水温度的影响实验部分。2实验条件2.1实验房间实验房间平时的用途是一个综合布线实训室，尺寸（长×宽×高）为7.07m×5.73m×2.63m，其中高度为地板上表面至顶板下表面的距离。冷却顶板是通过传热片把水管和金属顶板联结成的冷吊顶单元板形式（见图1），每个单元板的尺寸（长×宽）为1.175m×0.575m，冷吊顶单元板之间串联或并联连接。吊顶的平面图见图2，共布置41块冷吊顶单元板，有4块和冷吊顶单元板面积相同的位置布置照明灯具，冷却顶板布置总面积为27.7m2,占吊顶建筑面积的68%。实验房间的平面图见图3，图3中标号1、2、3、34、5、6、7和8是桌子，9、10、11是柜子，部分桌子的前面有凳子，共计15个凳子，每个凳子上坐一人。桌子7上放置采集数据用的计算机和采集板。室内的热源是人员、计算机和采集板、照明灯具。实验房间的南墙朝向和大气相通的外界，距地面0.6m以上全部是玻璃窗，玻璃窗为双层，内有拖地窗帘，外有大面积遮阳棚，太阳光不能直射到南墙。东墙和西墙连接的都是有空调的房间，北墙连接的是走廊。置换送风口为条形风口，设置在北墙下部，为侧送方式。排风口设置在北墙上部。2.2测点布置室内设6组测点测量空气温度梯度，6组测点分别编号为A、B、C、D、E、F，具体位置见图2和图3所示。每组测点有10个，高度分别为0.0，0.15，0.5，0.9，1.1，1.5，1.8，2.1，2.5，2.61m。室内的墙面也设了部分测点，由于条件所限，东墙布置有5个测点，高度分别为0.5，1.1，1.8，2.1，2.5m；北墙设4个测点，高度分别为0.5，1.1，1.8，2.5m；西墙和南墙各设3个测点，高度分别为0.5，1.8，2.5m；因为南墙有拖地窗帘，所以南墙的测点实际是紧贴在窗帘的内表面上。冷却顶板上部墙面也设有一温度测点。进风口、排风口、冷却顶板进水口和出水口都各布置一温度测点。以上所提及的温度测点均为铜——康铜热电偶，连接在温度采集板上，温度采集板又和计算机相连，每分钟采集一组数据，写入指定数据文件。另外还用温度自记仪记录室外大气、邻室、走廊的4温度。置换送风风量通过测试送风口断面上多处风速求得，通过冷却顶板的水量通过把水引出用称重法求得。3冷却顶板温度影响实验实验1：置换通风进风量605m3/h，进风温度22.2℃；冷却顶板进水温度21℃，水量0.288kg/s。实验2：冷却顶板进水温度19.3℃，其余条件均与实验1相同。4实验结果冷却顶板进水温度变化前后，室内空气温度的变化见图4、5、6、7。墙表面温度变化见图8、9，因篇幅所限只表示出了这些测点的温度。5实验结果分析从图4～7可以明显看出冷却顶板进水温度降低后，各组测点温度均降低。实验1的A～F组的所有测点的平均值为26.15℃，实验2的为25.71℃，降低0.44℃。冷却顶板进水温度每降低1℃可使室内空气平均温度降低0.44/（21-19.3）=0.26℃。从图8～9可以看出冷却顶板进水温度降低后，墙表面各组测点温度均降低。实验1的所有墙表面测点的平均值为27.12℃，实验2的为26.85℃，降低0.27℃。冷却顶板进水温度每降低1℃可使墙表面平均温度降低0.27/（21-19.3）=0.16℃。实验1的出水温度为23.1℃，进出水温差为23.1-21=2.1℃；实验2的出水温度为21.8℃，进出水温差为21.8-19.3=2.5℃。因为水量不变，所以冷却顶板的5制冷量提高了（2.5-2.1）/2.1=19%。冷却顶板进水温度每降低1℃可增加19%/（21-19.3）=11%的制冷量。实验1的出风温度为28.1℃，进出风温差为28.1-22.2=5.9℃；实验2的出风温度为27.6℃，进出风温差为27.6-22.2=5.4℃。因为风量不变，所以置换通风的制冷量减少了（5.9-5.4）/5.9=8%。6结束语本文通过实验研究了冷却顶板加置换通风系统中顶板进水温度的影响。实验指出顶板进水温度的降低将使室内空气温度、壁面温度都降低。顶板进水温度降低增大了冷却顶板的制冷量，但削弱了置换通风的制冷量。本文的研究使得对冷却顶板加置换通风系统的运行有了部分定量的了解。参考文献：1周鹏，李强民.置换通风与冷却顶板.暖通空调，1998，28（5）：1-52王倩.冷却顶板与置换通风.洁净与空调技术，2001，（3）：18-203张帆.置换通风加冷却顶板技术评述.建筑热能通风空调，1999,（4）：31-344朱能，刘珊.置换通风与冷却顶板的热舒适性研究.制冷学报，2000，（4）：64-70