主动式冷梁在办公建筑的节能性研究 摘 要：介绍主动式冷梁空调系统的工作原理，系统特点与适用性。结合办公室建筑具体实例，分析冷梁系统空气处理过程，比较传统空调制冷能力和主动式冷梁后制冷量，重点分析冷梁系统的效率和在办公建筑中实际应用的可行性。关键词：主动式冷梁，制冷能力，节能Study on energy saving of active chilled beam used in office buidingABSTRACT The working principle,system characteristics and applicability are introduced in this aiticle.In combination with office building,we analize the air-process of chilled beam air-conditioning system，traditional air-conditioning refrigeration capacity and active chilled beam air-conditioning refrigeration capacity.The key analysis of this aiticle is the efficiency of chilled beam and the feasibility using in office building.KEY WORDS Active chilled beam Refrigeration capacity Energy saving 冷梁是一次回风风机盘管系统的一种新型的空调末端，其主体结构是一个通冷冻水的冷却盘管，室内空气穿越冷却盘管达到换热的目的，因其外观像横梁，所以称其冷梁。由于冷梁系统所需供水温度比常规空调系统高9左右，水冷螺杆机组出水温度提高1，制冷量提高约5%，COP值将提高3%左右，所以冷水机组工作效率较常规系统高，达到节能效果。同时，冷梁设备无风机运转部件，无冷凝水和噪声，且安装维护简单，不占用空间。20世纪80年代，冷梁空调技术在欧洲萌芽，因其均匀的气流组织，外形美观，结构紧凑，节能舒适的特点，在欧州和美国迅速发展。国内，主动式冷梁技术刚刚起步，但还没有普及。冷梁空调送风系统在欧美地区定位为新时代的绿色空调系统，适用于我国耗能大，利用率低的这一格局。冷梁系统具有明显地节能效益，显著提高办公，生活的空气品质，是一项很有发展前景的空调技术，势必在我国流行起来。1 主动式冷梁的工作原理主动式冷梁系统是基于一次风系统，带新风诱导的气水换热末端装置（结构原理见图1），可以实现制冷，供热和通风，并提供良好的室内气候环境。一次风系统主要消除室内湿负荷，同时降温及保证新风。末端的冷梁盘管进行室内冷负荷处理。图1 主动式冷梁工作原理图本文讨论夏季制冷工况，室内空气和新风静茹一次回风系统处理形成主气流进入冷梁系统，冷梁系统带有喷嘴（文丘里管），一次风通过喷嘴进入冷梁两侧下端。根据文丘里效应，流体流阻挡物时，在阻挡物背风面上方端口附近形成低压，从而产生吸附作用。在冷梁下端的室内空气由于吸附作用通过回风百叶向上方流动，通过冷梁的冷却盘管，在出口处的空腔内混合，达到气水换热的效果。冷却后的二次气流与一次气流在混合区混合，通过风口进入室内，从而使室内温度降低。2 系统空气处理过程 2.1 一次回风系统空气处理以上海市国际大楼某办公室空调系统为例，说明冷梁系统空气处理过程。该办公室面积225m2，室内人数25人，新风量为750m3/h，室内办公室温湿度要求：tn=26，=60%，办公室内冷负荷13.4kW，显热负荷9.2kW,除人员外无其他湿负荷。冷梁系统采用螺杆式冷冻水机组，供回水温度16/19。已知上海地区室外计算干球温度34.0，湿球温度28.2，焓hw=90.819kJ/kg干空气，含湿量dw=22.1g/kg干空气，室外空气密度空气=1.15kg/m3。根据以上的条件，可以得到室内状态点N，tn=26，=60%，焓hn=58.358kJ/kg干空气，含湿量dn=12.6g/kg干空气,露点温度t1=17.48；室外状态点W，tw=34，焓hw=90.819kJ/kg干空气，含湿量dw=22.1g/kg干空气；室内湿负荷为办公室人体的散湿，无其他湿负荷，查实用供热空调设计手册表20.7-3，已知办公室中每人散湿量为123g/h，因此室内余湿25123=3075g/h。设一次回风新回风比为3:4，新风量为750m3/h，经处理的一次风量为L=1750m3/h。根据新回风比，得混合点M的状态,tm=29.5，hm=72.2kJ/kg干空气，dm=16.7g/kg干空气。根据一次回风夏季处理过程，得到冷梁系统夏季处理过程（图2）。 图2 冷梁系统空气处理过程途中MK为一次风处理过程线，一次风需承担的湿负荷 （1） 将数据代入，得=11.07g/kg干空气。K点是处理过程热湿比线与=95%线的交点，根据焓湿图，可知K点状 态：tk=17.5，hk=47.2kJ/kg干空气。新风负荷Qm=1.151750（72.2-47.2）/3600=13.98kW。KN为新风室内送风过程，可分解为一个等湿过程KO和一个等温过程ON，查焓湿图，得到O状态：to=26，ho=56kJ/kg干空气。在消除室内余湿的同时，其所承担的室内显热负荷为Q显=1.151750（56-47.2）/3600=4.92kW2.2 冷梁的空气处理过程决定主动式冷梁系统性能的重要参数是诱导比n，定义n为：二次空气流量与一次空气流量之比。诱导比的大小反应了在相同一次空气量的情况下，冷梁冷却（加热）能力的大小。若诱导比n越大，冷梁冷却（加热）能力就越大，一次空气的压力损失也越大。在相同的冷负荷条件下，诱导比n大的冷梁所需一次空气量小。N-O是等湿降温过程，根据送风温差约为4，则可以得到O点状态点，to=22，ho=55.1kJ/kg干空气。诱导比：n=,取n=3时，可得混合点C点状态点：tc=21.8, hc=53.3kJ/kg干空气。诱导风风量L=31750=5250m3/h。诱导风所承担室内冷负荷Qc=乘以九分之一新回风共同承担的显热负荷Q=Qm+Qc=4.92+5.46=10.38kW，满足9.2kW的空调设计要求。 3 主动式冷梁系统节能性分析与常规变风量空调系统向比较，主动式冷梁空调系统有以下优点：1） 冷梁冷冻水供水温度高，可以选用高温螺杆式冷水机组，冷水机组性能系数COP提高，主机可以节省相对于VAA空调系统15%-30%左右的能量。2） 由于末端没有强吹风风机，气流组织均匀，用户在室内没有吹风感，提高了人员在室内的舒适度，减少了噪音，同时也减少了电机的耗能。3） 由于冷梁系统冷冻水供水温度一般为1417，高于室内露点温度。系统运行时无冷凝水，不会形成冷凝水的二次污染和细菌的滋生，保证人员的健康。4） 冷水机组包括处理一次回风的低温冷水机组，和冷梁的高温冷水机组，前期投资较大。5） 产品体积小，结构紧凑，材料不昂贵，结构也不复杂，一般吊顶安装，不占用地面空间，同样建筑层高的情况下，可以得到更高的室内空间。冷梁自带送回风口，美观简洁。冷梁送风系统使用限制因素如下：1、 外墙开窗设计气密性不良，造成室外湿热空气渗入与冷梁接触产生冷凝。运行时应维持室内一定的正压。2、 对于室内潜热负荷较大的场所，消除室内湿负荷所需要的一次风量远大于室内人员产生的新风量。倘若使用主动式冷梁系统，该场所需要大量一次风消除室内湿负荷，新风负荷非常大，对系统反而耗能增加，例如健身馆，泳池，大型宴会餐厅等。3、 对于换气次数较高的场所，如工业洁净室，生物洁净室不适用。4、 室内污染源较多场所设有排气柜的场所，如化学实验室不适用冷梁系统。变风量系统与冷梁系统定性比较表项目常规变风量系统冷梁系统1一次回风空调箱尺寸较大较小2风管尺寸较大较小3天花板占用空间较大较小4风机耗能较小较大5初设计投资成本较小较大6空气冷凝风险较小较大7再生噪音较大较小8控制系统难度较大较小9人体舒适度较低较高10运转及维护成本较高较低主动式冷梁系统可以用运转节能效益来表示。定义运转节能效益为与全空气VAV空调系统相比，主动式冷梁系统节省能量比率。=，实例证明主动式冷梁系统，确实可以为主机节省高达40%的能量。湿负荷越小，冷梁节能效果越明显，反之湿负荷较大场所，不适合主动式冷梁系统。4 主动式冷梁系统的运行与调节本工程设计参数为：室内设计温度26，相对湿度60%，室内空气露点温度17，为避免房间出现结露现象，通常冷梁高温供水机组供水温度高于室内露点温度12，冷梁的供水温度为18，高于室内露点温度1，回水温度为20。一次风常规低温冷水机组供/回水温度7/12,低温冷冻水承担新风去湿降温，考虑到冷梁系统高温冷水机组的COP值要比常规冷水机组高出许多，一般单独设计高温冷水机组。若冷梁系统占整个空调系统的比例很小，如果单独设计高温冷水机组，需要增设冷冻水泵，螺杆机组等设备，增加了系统初投资，为了节省投资，可以考虑用板式换热器制备高温冷冻水，单造成了系统的复杂，效率的降低。由于室内温、湿度主要由冷梁保证，运行时通过调节一次风风量和冷梁系统的冷冻水流量调节室内温湿度。由于办公室内人数变化不大，新风量基本恒定，一次风管设置定风量阀，控制一次风量。冷梁回水管上设置电动调节阀，根据温度传感器和末端露点温度传感器控制回水管路上电动调节阀的启闭。当露点温度传感器检测到室内温度接近露点温度时，发出电信号关闭回水管路电动调节阀，防止冷梁结露。通过温度传感器感知室内温度，调节电动调节阀的开度，实现对室内温度的控制。当房间温度高于设定值时，增大电动阀的开度；低于设定值时，减小阀门的开启度，主动式冷梁空调水系统如下图3所示。 图3 主动式冷梁空调水系统5 结束语冷梁系统是新时代的绿色空调系统，集节能，美观，控制简单等优势，现在国内外正逐步推广开来。冷梁系统可以是全新风，也可以使新风与部分回风混合，通过调节冷梁系统冷冻水流量达到控制室温的效果。由于冷梁出风速度较小，空气循环相对较弱，降温速度较慢，所以需要提前开机运行。冷梁系统是一个新的系统，至于如何解决冷梁系统的缺点，还需要在实践中不断地探讨。