一、前言
隨著近年來(lái)國(guó)內(nèi)地板輻射供暖技術(shù)以及熱泵技術(shù)在東北地區(qū)的普遍應(yīng)用。人們對(duì)地板輻射供暖的舒適、便于分戶計(jì)量等特點(diǎn)形成了普遍的共識(shí)。就地板輻射供冷目前有很多學(xué)者在作著理論模型繁的試驗(yàn)和研究探討，作了大量的分析并且取得一定的成果和結(jié)論。針對(duì)如何將地板輻射這樣的傳熱體系作到供暖和供冷相結(jié)合，使得住宅建筑達(dá)到空調(diào)環(huán)境，利用地板輻射完成冬季供暖和夏季供冷的目標(biāo)。筆者經(jīng)過(guò)近年的實(shí)踐和研究證明利用地板輻射和熱泵技術(shù)相結(jié)合，進(jìn)而形成一種空調(diào)環(huán)境系統(tǒng)在住宅建筑中可以廣泛的應(yīng)用。本文將對(duì)地板輻射空調(diào)環(huán)境系統(tǒng)做具體的闡述和可行性分析。
二、地板輻射空調(diào)環(huán)境系統(tǒng)的前提條件和有別于傳統(tǒng)空調(diào)的特點(diǎn)
通過(guò)人體在空調(diào)環(huán)境下的舒適度的研究和探討，得出的結(jié)論是:在供冷狀態(tài)下地板表面溫度高于19℃，供熱狀態(tài)下地板表面溫度低于29℃，是人體舒適度感覺(jué)的良好的區(qū)間值。低于19℃和高于29℃的地板輻射都會(huì)引起人體的不舒適。19℃~29℃地板表面溫度的控制決定了地板輻射空調(diào)環(huán)境的實(shí)現(xiàn)。也決定了其運(yùn)行中的意義。熱泵技術(shù)是能夠滿足這個(gè)條件控制的冷熱源。地板輻射和熱泵技術(shù)相結(jié)合是實(shí)現(xiàn)這一空調(diào)條環(huán)境系統(tǒng)的前提。也就是說(shuō)地板輻射空調(diào)環(huán)境系統(tǒng)的先決條件是有低溫值熱水和高溫值冷水作為系統(tǒng)的冷熱源。通過(guò)地板輻射盤管室內(nèi)末端形式，輔助以空氣調(diào)節(jié)設(shè)施而實(shí)現(xiàn)。其特點(diǎn)如下：
（1）它通過(guò)使用一套地板輻射盤管系統(tǒng)通過(guò)采暖季和空調(diào)季的熱源和冷源介質(zhì)切換，輔助以空氣調(diào)節(jié)來(lái)達(dá)到空調(diào)環(huán)境的功能需要。在現(xiàn)在成熟的地板輻射采暖的技術(shù)基礎(chǔ)之上增加了夏季制冷，通過(guò)增加溫控、空氣置換、流量控制等輔助設(shè)施實(shí)現(xiàn)一種相對(duì)的空調(diào)環(huán)境。
（2）改變了傳統(tǒng)意義上的全空氣系統(tǒng)、半空氣系統(tǒng)的空調(diào)模式。它結(jié)合各種空調(diào)理論上研究模型和結(jié)論。轉(zhuǎn)化成實(shí)際應(yīng)用。
（3）它充分利用了現(xiàn)在熱泵技術(shù)提供的低溫值熱水和高溫值冷水的冷熱源。實(shí)現(xiàn)了環(huán)保節(jié)能。
它與傳統(tǒng)*空調(diào)形式的區(qū)別主要有以下幾個(gè)方面：
（1）地板輻射空調(diào)以輻射換熱為主以對(duì)流換熱為輔。新風(fēng)置換主要為滿足衛(wèi)生需要以及補(bǔ)充冷量的不足，系統(tǒng)的新風(fēng)比全空氣系統(tǒng)風(fēng)量大為減少。大大減少了風(fēng)機(jī)的能耗。整個(gè)系統(tǒng)可以耗費(fèi)較少的能量，將冷量輸送至目的地。而常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)是以對(duì)流換熱為主它通過(guò)輸送同等的冷量則需要大能耗風(fēng)機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)。有關(guān)實(shí)驗(yàn)資料表明,與常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)相比,地板輻射空調(diào)環(huán)境系統(tǒng)可以節(jié)省風(fēng)機(jī)能耗70%~80%.*一項(xiàng)就可以減少空調(diào)系統(tǒng)的峰值用能的30%~40%.
（2）別與傳統(tǒng)空調(diào)系統(tǒng)，地板輻射空調(diào)可以使建筑物具有較強(qiáng)的蓄冷和蓄熱能力，加之目前節(jié)能建筑技術(shù)日益成熟。使得它的節(jié)能效果高于傳統(tǒng)空調(diào)。
（3）不存在“空調(diào)病”的問(wèn)題。因?yàn)榈匕遢椛淇照{(diào) 系統(tǒng)末端是地盤管形式，無(wú)電機(jī)等運(yùn)轉(zhuǎn)元器件，無(wú)噪聲、無(wú)水管結(jié)露，因?yàn)闊o(wú)凝結(jié)水管*了跑、冒、滴、漏的不良現(xiàn)象。尤其是高溫值的冷水運(yùn)行提高人體的舒適性。解決了傳統(tǒng)空調(diào)的低溫值冷水運(yùn)行帶來(lái)的過(guò)冷感覺(jué)。
（4）別與傳統(tǒng)空調(diào)的冷熱源。傳統(tǒng)空調(diào)是冷水機(jī)組和鍋爐提供冷熱源需要兩套設(shè)施，而地板輻射空調(diào)冬夏季共用一套室內(nèi)系統(tǒng)，還可以一套冷熱源—熱泵，不必同時(shí)設(shè)置鍋爐房（或換熱站）和制冷機(jī)，大大減低初投資，提高了設(shè)備利用率。就目前住宅建筑的空調(diào)環(huán)境是柜機(jī)或多聯(lián)機(jī)實(shí)現(xiàn)夏季的供冷，冬季靠地板輻射或散熱器實(shí)現(xiàn)供熱，而地板輻射空調(diào)環(huán)境系統(tǒng)只要輔以單體的熱回收新風(fēng)置換機(jī)就可以具備了空氣置換的功能。
三、地板輻射空調(diào)環(huán)境系統(tǒng)人們普遍認(rèn)識(shí)中的幾個(gè)爭(zhēng)議和誤區(qū)
一）、室內(nèi)置換通風(fēng)時(shí)設(shè)置新風(fēng)的必要性
對(duì)于一般民用住宅，居住人口較少，居住面積較大，對(duì)是否設(shè)置新風(fēng)系統(tǒng)的必要性爭(zhēng)論較大，筆者通過(guò)估算，按每戶平均面積100m2計(jì)算，處理新風(fēng)耗能量約1.35kW左右，如果冷負(fù)荷指標(biāo)按60W/m2考慮，包括冷負(fù)荷冷量、除濕冷量、新風(fēng)冷量約7.5kW左右，新風(fēng)冷量占總供冷量18﹪。因此，筆者認(rèn)為在國(guó)民經(jīng)濟(jì)不太富裕的情況下，采用簡(jiǎn)單的熱回收新風(fēng)置換增加室內(nèi)空氣對(duì)流，提高人體舒適感，在不影響室溫情況下也可短時(shí)間的開(kāi)窗通風(fēng)，*可以解決住宅新風(fēng)置換的問(wèn)題，沒(méi)有必要單獨(dú)設(shè)置一套難以控制的新風(fēng)系統(tǒng)。
二）、冷熱源的選擇
目前輻射供暖在我國(guó)東北地區(qū)，冬季利用燃煤鍋爐、燃?xì)忮仩t，熱電聯(lián)供提供的熱水采暖的較多。隨著分戶采暖的增加，國(guó)家能源、環(huán)保的導(dǎo)向作用，也使能源種類和熱源設(shè)備趨于多樣化，如電熱鍋爐、單元式燃?xì)鉅t，還有熱泵裝置中的地源熱泵、水源熱泵、空氣源熱泵，污水源熱泵等，另外，利用太陽(yáng)能作為地板采暖的熱源正在實(shí)施。由于輻射供暖系統(tǒng)要求水溫低于60℃，因此熱源選擇的范圍較大。夏季冷源也不限于機(jī)械形式制冷，還可采用復(fù)合冷熱源系統(tǒng)。例如熱泵裝置系統(tǒng)、太陽(yáng)能吸收式制冷系統(tǒng)、冰蓄冷供冷系統(tǒng)等。
無(wú)論使用何種冷熱源，首先充分考慮綜合節(jié)能的效益，在低能耗的前提下獲取大冷熱量。同時(shí)也應(yīng)考慮運(yùn)行節(jié)能費(fèi)用。所以綜合性比較冷熱源的形式存在很多需要探討的問(wèn)題。
三）地板輻射供冷認(rèn)為的冷輻射面在腳下，有勃于“腳暖頭涼”的健康原則的誤解。
對(duì)于人體舒適度，有關(guān)研究資料表明：室內(nèi)溫度冬季≥18℃（或20℃）夏季≤26℃室內(nèi)相對(duì)濕度30%~70%，地面溫度18（或19）~29℃，空氣平均流速0.1~0.3M/S。是人體*的舒適環(huán)境。地板輻射空調(diào)環(huán)境的供冷供水溫度為16℃/20℃，地板的溫度一般都超過(guò)20℃。*在舒適標(biāo)準(zhǔn)的控制內(nèi)，穿鞋的腳更不會(huì)感覺(jué)到?jīng)?。因?yàn)橛行嘛L(fēng)置換在工作區(qū)內(nèi)，縱向溫度場(chǎng)很均勻，在0.1M~1.1M溫度差超過(guò)3℃，也不會(huì)有“頭熱腳涼”的不舒適感覺(jué)。這是普遍認(rèn)為的誤區(qū)
四）普遍認(rèn)為冷表面在下，對(duì)流換熱量小的誤解。
地板輻射空調(diào)環(huán)境系統(tǒng)總供冷量是輻射熱量與對(duì)流熱量之和，并且輻射換熱量主要部分，而影響輻射換熱的一個(gè)重要參數(shù)氣體和輻射冷表面之間的角系數(shù)。該數(shù)值的大小取決于人員和冷表面之間的距離以及冷表面的面積。在面積相同時(shí)地板相對(duì)于其他表面（墻壁、窗戶、天花板等）而言對(duì)人體有著更好的角系數(shù)，例如一個(gè)6M*6M的房間*的人員采取站姿時(shí)地板的角系數(shù)為0.311，坐著時(shí)對(duì)地板的角系數(shù)為0.4，人體對(duì)天花板的角系數(shù)為0.15~0.2，所以地板輻射供冷量要大于頂板供冷量。另外，冷地板的對(duì)流換熱量很大程度上取決于熱源，在人體站立的周圍地面的冷空氣受熱會(huì)產(chǎn)生上升氣流，對(duì)流換熱量也在加強(qiáng)。這樣就必然提高了地板輻射供冷的總供冷量，室內(nèi)高負(fù)荷可達(dá)到120~150W/M2。這樣的論述是不是有了實(shí)驗(yàn)的依據(jù)。這是同行業(yè)人士的誤區(qū)。地板輻射空調(diào)環(huán)境系統(tǒng)的夏季供冷從另外一個(gè)層面是建筑物整體蓄冷，不存在冷負(fù)荷增大的問(wèn)題。
四、地板輻射空調(diào)在住宅建筑中的設(shè)計(jì)形式簡(jiǎn)述
（1）地板輻射空調(diào)環(huán)境系統(tǒng)形式
與目前的地板輻射供暖系統(tǒng)基本沒(méi)有太大的變動(dòng)。都是將熱水或冷水經(jīng)管網(wǎng)輸送系統(tǒng)入戶，進(jìn)入室內(nèi)管井，分送至每戶的末端裝置-地盤管。不同的是地板輻射空調(diào)環(huán)境系統(tǒng)要求每戶管道入戶處均設(shè)供冷水、供熱水冷熱計(jì)量、以及室內(nèi)溫度濕度傳感和新風(fēng)置換裝置。做到了一套管道系統(tǒng)及地盤管末端裝置，繼滿足夏季供冷、又能滿足冬季供暖。冷熱源機(jī)房改變了傳統(tǒng)的鍋爐房和冷水機(jī)房改用水源或地源熱泵。
（2）供熱、供冷地表面平均溫度
綜合近年來(lái)的研究成果，對(duì)于供熱地表面平均溫度不宜超過(guò)29℃， 29℃是地面供暖系統(tǒng)地表溫度的極限。供冷地表面平均溫度不應(yīng)高于19℃ 。室內(nèi)空氣溫度應(yīng)控制26℃較宜。在腳與頭部之間的豎向溫差（從0.1～1.1m）應(yīng)低于2℃。 空氣的濕度不應(yīng)高于15g/Kg。冷地表面平均溫度對(duì)室內(nèi)垂直溫差比較小，制冷主要以冷輻射方式進(jìn)行，工作高度從0.1～1.1m之間,溫差低于0.4～ 0.5℃范圍內(nèi)。 地面供冷時(shí)，只要地面溫度相同，地面材料對(duì)于熱舒適的影響可以不予考慮。 夏季冷地表面設(shè)計(jì)溫度的確定，應(yīng)根據(jù)人體舒適性和經(jīng)濟(jì)性雙方面的要求綜合考慮確定,夏季設(shè)計(jì)冷地表面溫度一般為應(yīng)控制在19～20℃。
（3）地板輻射空調(diào)環(huán)境系統(tǒng)供冷、供暖的冷熱源
采用水源或地源熱泵通過(guò)置于室外的水源或埋管換熱器的能量采集系統(tǒng)提供低溫值熱水和高溫值冷水冷熱源。地源熱泵技術(shù)，是利用地下的土壤溫度相對(duì)穩(wěn)定的特性,，通過(guò)消耗電能，在冬天把低位熱源中的熱量轉(zhuǎn)移到需要供熱或加溫的地方，在夏天還可以將室內(nèi)的余熱轉(zhuǎn)移到低位熱源中,達(dá)到降溫或制冷的目的。地源熱泵不需要人工的冷熱源,可以取代鍋爐或市政管網(wǎng)等傳統(tǒng)的供暖方式和*空調(diào)系統(tǒng)。冬季它代替鍋爐從土壤中取熱,向建筑物供暖;夏季它可以代替普通空調(diào)向土壤放熱給建筑物制冷。水源熱泵是利用地下水、地表水進(jìn)行冷熱交換來(lái)作為水源熱泵的冷熱源，冬季把水源的熱量“取”出來(lái)，供給室內(nèi)采暖，此時(shí)為“熱源”；夏季把室內(nèi)熱量取出來(lái)，釋放到地下水、地表水中，此時(shí)水源為“冷源”
在制熱工況下可以提供40℃~55℃的熱水，高溫機(jī)型可以達(dá)到70℃。在制冷工況下可以生產(chǎn)15℃~19℃的冷水，低溫機(jī)型可以達(dá)到8℃。*滿足地板輻射空調(diào)環(huán)境系統(tǒng)的要求，具有巨大節(jié)能效益和環(huán)境效益。
五、地板輻射空調(diào)環(huán)境系統(tǒng)可行分析結(jié)論
地板輻射空調(diào)環(huán)境系統(tǒng)利用一套系統(tǒng)同時(shí)用于夏季供冷和冬季供暖，減少了設(shè)備初投資，提高其使用效率，在節(jié)能性、舒適性，排出室內(nèi)有害氣體從而改善室內(nèi)空氣品質(zhì)方面具有其他采暖空調(diào)系統(tǒng)不能比擬的優(yōu)勢(shì)。具備便于利用自然能源和節(jié)能性冷熱源的優(yōu)點(diǎn)
地板輻射供冷與置換通風(fēng)相結(jié)合以及溫度濕度自動(dòng)化控制可以根本解決結(jié)露問(wèn)題。詮釋了由于人們擔(dān)心地板結(jié)露問(wèn)題，熱舒適性問(wèn)題以及冷地板的供冷能力問(wèn)題和疑慮
具備優(yōu)于傳統(tǒng)空調(diào)人們所關(guān)心的冷熱舒適性問(wèn)題，把地板溫度控制在18～20℃的范圍內(nèi)，在夏季不會(huì)產(chǎn)生腳冷的感覺(jué)，與新風(fēng)置換相結(jié)合，則可以承擔(dān)室內(nèi)的全部冷負(fù)荷。根據(jù)東北不同的地點(diǎn)、區(qū)域、住宅建筑。采取相應(yīng)的設(shè)計(jì)*可以解決各個(gè)方面的問(wèn)題,達(dá)到空調(diào)環(huán)境的各項(xiàng)指標(biāo)。
地板輻射空調(diào)環(huán)境系統(tǒng)運(yùn)用于民用住宅，使得住宅冷、熱源一體化，即節(jié)省工程造價(jià)、節(jié)約能源，又改善室內(nèi)環(huán)境。實(shí)踐證明熱泵系統(tǒng)在整個(gè)服務(wù)周期內(nèi)的平均費(fèi)用將低于傳統(tǒng)的空調(diào)系統(tǒng)。作者認(rèn)為本技術(shù)應(yīng)用前景非常廣闊.為今后進(jìn)一步推廣打下了良好的基礎(chǔ)和經(jīng)驗(yàn)。
