杨慧华 【1】 ，刘俊红 【2】（1 山东建筑大学 热能学院 山东省济南市 250101；2 山东建筑大学 山东省济南市 250101）摘要 通过对主动式冷梁和被动式冷梁的原理与特点,冷梁系统的气流组织形式与适用性等的介绍，围绕主动式冷梁的空气处理过程，得出冷量的计算公式；然后针对当盘管内冷水温度低于空气露点温度时提出了预防系统结露的自动控制方案；最后根据空调箱和冷梁中冷却水的要求及运行过程中可能出现的故障，完善了冷却水系统。关键字 主动式冷梁 被动式冷梁 系统设计 气流组织 露点温度http:/gc.gesep.com/tech/show_3377.htmlStudy and application of chilled beam systemYANG hui-hua1,LIU jun-hong2(1. School of Thermal Energy Engineering, Shandong Jianzhu University, Jinan 250101, China; 2 Shandong jianzhu university, Jinan 250101)Abstract：Through introducting the principle and characteristics of the active chilled beams and the passive chilled beam and the airflow patterns and the applicability, around the air handling process of the active chilled beams, drow the computation formula of Cooling capacity; then, when the temperature of cold water in the coil pipe below the air dew point temperature , the prevention system from dewing automatic control system be put forward ; Finally , through analysising requirements of air conditioning box and cooling water in cooled beam and fault occurred in the process of operation, improve the cooling water system.Key words：Active chilled Beams ;Passive chilled beam ; system design ; air dew ; point temperature引言 冷梁空调送风系统在欧美等地被定位为新时代的绿色空调系统, 符合世界节能减碳的发展趋势，越来越多的被推广应用起来。冷梁送风系统在室内换热方式及热能传送方式上相当于一个空气水空调系统。冷梁只承担室内显热负荷，不承担室内潜热负荷和湿负荷, 它是风机送风之外的另一种选择, 通过调节其进水温度或流量可使实际获得的冷( 热) 量与房间负荷准确匹配。初投资较高, 失控时会产生冷凝水,因此, 如何有效探测、避免和控制制冷状态下吊顶的结露问题以及一旦失控时如何处理冷凝水是影响冷梁发展的重要问题。处理好冷梁的不足之处，冷梁的发展前景将会越来越好。1 冷梁介绍1.1 冷梁的分类冷梁系统是在盘管内的水和管外空气之间的温差驱动下形成气流循环,通过室内空气和盘管之间的对流和辐射来达到空气调节目的的系统。对冷梁有不同的分类方法【1】 ,根据安装方式不同, 可以分成裸露式和镶嵌式两类。裸露式冷梁的热效率高, 但受建筑限制。镶嵌式冷梁美观大方, 但会减少室内获得的冷量。依据是否有室外空气供给, 冷梁还可以分为主动式冷梁和被动式冷梁两种形式。其中被动式冷梁则只能在夏天制冷不能在冬天制热从而不适合应用于热泵系统；主动式冷梁可以完成制冷和制热的功能。1.2 冷梁的工作原理主动型冷梁系统是一种集制冷、供热和通风功能为一体的空调系统【1】，它能够提供良好的室内气候环境及单独区域的控制。一次风主要用来对消除室内湿负荷，同时也可以供热、供冷和保证新风；末端换热盘管用来进行室内热/冷负荷的处理。图 1 为主动型冷梁空调系统示意图。在夏天，经过处理的主气流进入到冷梁中，然后通过喷嘴进入到冷梁的下端。根据文丘里效应，当高速流动的气流通过阻挡物时，在阻挡物的背风面上方端口附近气压相对较低，从而产生吸附作用，冷梁下端的房间空气由于这一作用而向上流动，在通过换热器的时候得到了冷却。冷却后的空气和主气流混合在一起，温度低于房间温度，然后进入到房间中冷却那里的空气。经过如此相同的循环，房间的热量被冷却盘管带走，从而达到了制冷的作用。在冬天换热器中流动的是热水，这样冷梁起到了制热的作用。图 1 主动型冷梁末端工作原理图主动式冷梁的盘管下一般都配有凝水盘, 一旦冷水温度低于露点温度产生结露, 凝结水可由凝水盘收集。凝水盘是由带有空隙凸起和凹槽组成，诱导空气从凸起空隙穿过经过冷水盘进行冷却。凝水盘凹槽里的凝水由单独的凝水管排除。被动型冷梁系统是一种集制冷换热功能的空调系统【1】，该系统要结合独立的一次风系统运行。一次风主要用来对消除室内湿负荷和保证新风。被动型冷梁末端依靠完全自然对流原理进行制冷换热，热气流上升冷气流下沉，会使室内产生循环气流。图 2 为被动型冷梁空调系统示意图。该冷梁系统集舒适、低噪音、节能和低维护的优点于一体。图 2 被动型冷梁末端工作原理图1.3 优点(1) 能力范围广，冷梁具有较高的冷却和加热能力。(2) 安装简易，冷梁设备能轻易地融合到各种材料的吊顶中去。(3) 多喷嘴技术，冷梁设备提供了多个喷嘴位置。每台设备即时在安装到吊顶以后也能简单的调节主气流的流量。(4) 低噪音，经过特殊处理的喷嘴在产生最大效应的同时保持了最小的噪音。(5) 无电机，节省能源。(6) 适应性，冷梁设备可以有不同的长度和宽度，在合理的数量下可以提供项目所需的特殊需求，这就使冷梁几乎适用于所有吊顶。1.4 缺点初投资较高,失控时会产生冷凝水, 因此, 如何有效探测、避免和控制制冷状态下吊顶的结露问题以及一旦失控时如何处理冷凝水是影响冷梁发展的重要问题。由于冷梁出风速度较小,空气循环相对较弱,导致室内的降温速度较慢,降温延时较长, 所以须要提前开机运行；此外, 冷梁送风系统的应用会受到以下因素的限制:(1) 围护结构的气密性不良时会造成室外湿热的空气渗入 ,与冷梁接触可能会产生冷凝水。(2) 因冷梁系统的盘管为干盘管 , 不适用于餐厅、健身房、游泳池等室内潜热负荷比较大而有冷凝风险的场所。(3) 冷梁系统不适用于各等级工业洁净室或生物洁净室等对室内换气次数要求较高的场所。(4) 冷梁系统不适用于化学实验室等室内污染源较多、设有排气柜的场所。2 冷梁送风系统的气流组织分析为了得出冷梁的最佳安装位置,使人有更好的舒适感, 下面对冷梁的气流组织进行分析:冷梁系统贴附射流的贴附长度主要取决于阿基米得数 Ar。参考文献【1】及【2 】利用阿基米德解析冷梁分布性能:(1)阿基米德数的物理意义为浮力与惯性力的比值。在非等温射流的空气分布中除了要考虑惯性力和摩擦力外，还应考虑浮力的影响。(2)送风冷气流下降产生惯性力，室内温度较高形成浮力，若浮力远大于惯性力（Ar10 以上），自然对流将主导使送风冷气流难以下降到工作区。导致局部空间温度偏高。此外,Ar 越小, 射流贴附长度( 射程) 越长; Ar 越大,贴附长度越短。(3)若在外围区靠窗处加强送风形成表面冷却，有助于减少日照热对送风口气流吹离外围区的阻断效应。有效的解决方法为选用产生下吹气流的出风口并提高靠窗处送风速度。图 3【3】 冷梁的气流组织示意图由图 3 从冷梁流出的空气会形成两股相反方向的气流，沿着吊顶流向冷梁的两侧，这样的气流形成了非常好的房间气流组织。沿着吊顶流动的气流形成了科恩达效应从而沿着天花板流动，然后缓缓的流到用冷场合。由于没有风机的强吹风，用户在用冷区域中会感觉到非常的舒适；冷梁形成的空气循环很均匀，给人的感觉是在自然界中，这样就会增加用户的温馨感和自然感，从而提高了生活的质量。其中，左边靠窗处夏季因受日射热及传导热影响，使该区域自然对流明显，空气形成较大浮力，容易产生送风气流被吹离玻璃外窗，这种现象被称为阻断效应，导致外围区局部高温空气分布不良现象。因此空气的射流方向应避免玻璃垂直。3 冷梁系统控制的设计3.1 冷梁的空气处理冷梁系统的一次空气通常是新风,可以使用部分回风。采用新回风混合可以节省能量，但是须设回风，所以风管系统会比较复杂。参考文献【1】和文献【4 】得出冷梁系统的新回风混合的空气处理过程 :图 4 主动型冷梁空气处理过程首先室外新风与室内回风混合得到状态点 Q,由混合点 Q 冷却到机器露点 K;由送风温差 沿室内等湿线得到送风状态点 O,状态点 K 与 O 混合至点 C，沿室内空气热湿比线到达室内状态点 N。具体过程如下：冷梁的设计步骤：（1）在焓湿图上过室内状态点 N,再由送风温差 确定送风状态点 O。（2）由新回风混合比例,得到混合后点 Q, QK 为新回风混合后的处理过程 , 混合后的风须要承担的湿负荷为: , 为含湿量, 为新回风混合后的空气质量 ,由上式得到 ，K 点为 与 U= 95% 的交点。（3）诱导比: ,由此可以确定 C 点。（4）室内余热量 Q 分别由 , 负担,故 。其中一次空气处理箱处理冷量 ;冷量内盘管处理冷量 。决定主动式冷梁系统性能的一个重要参数是诱导比(n), 定义为二次空气流量与一次空气流量之比诱导比的大小反映了在同样的一次空气量情况下,冷梁冷却( 或加热 )能力的大小。诱导比大,其冷却(加热)能力就大。换言之, 为获得一定的冷却 (或加热)能力, 诱导比大的冷梁所需的一次空气量小。但诱导比的大小同样也反映了噪声和一次空气的压力损失的大小。冷梁的诱导比越大, 其一次空气的压力损失也越大。3.2 冷梁配水系统的控制输配水系统是冷梁系统的一个重要组成部分。以主动式冷梁为例, 由于空调箱的冷冻水与冷梁的冷冻水的温度不同,相差较大,所以需要两套冷水机组,即高温冷水机组和低温冷水机组 ,考虑较好的制冷效果,两套冷水机组的供回水温度分别为:7/12, 16 /19 。针对文献【3】中冷梁配水系统的控制图,发现其如果低温水机组发生故障时, 其只能用高温水机组代替低温水机组, 而其自身失去应有的作用，即只有去空调箱的冷却水而没有去冷梁的冷却水。经过改善后，不管哪个冷水机组发生故障，都能保证系统的稳定的运行。其原理如图 5 所示：图 5 冷梁空调水系统正常情况下，两个机组都正常运行，阀门 1、2 、3、4 均关闭，循环泵 A、B 开启；当低温冷水机组出现故障时，用高温冷水水机组来带动整个系统的运行，阀门 2、3 、4 开启，阀门 1 关闭，循环泵 A、C 开启；当高温冷水机组出现故障时，用低温冷水机组来带动整个系统的运行，阀门 1、4 开启，阀门 2、3 关闭，循环泵 A、B 开启。正常情况下, 高温水泵将 16 的高温冷冻水送入冷梁,在房间内吸收热量后, 回水温度升高, 通过回水管进入集水器。冷梁供水管安装有一个电动调节阀,由房间温控器控制电动调节阀的开启度, 当房间温度高于设定值时,增大阀门开启度; 低于设定值时,减小阀门开启度, 以维持房间内温度恒定。诱导新风经过空气处理器处理后通过冷梁