金梧鳳 王 倩 于志浩

(1 天津市制冷技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 天津商業(yè)大學(xué) 天津 300134; 2國(guó)內(nèi)貿(mào)易工程設(shè)計(jì)研究院 北京 100054)

輻射吊頂供冷房間結(jié)露特性研究

金梧鳳1王 倩1于志浩2

(1 天津市制冷技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 天津商業(yè)大學(xué) 天津 300134; 2國(guó)內(nèi)貿(mào)易工程設(shè)計(jì)研究院 北京 100054)

本文通過實(shí)驗(yàn)研究和數(shù)值模擬相結(jié)合的手段，研究了輻射供冷系統(tǒng)啟動(dòng)階段輻射板表面溫度變化及系統(tǒng)穩(wěn)定階段人體散濕的強(qiáng)度和人員散濕的位置對(duì)結(jié)露特性的影響，結(jié)果表明：在系統(tǒng)啟動(dòng)階段單獨(dú)運(yùn)行輻射供冷系統(tǒng)6 min后就會(huì)發(fā)生結(jié)露現(xiàn)象，所以在系統(tǒng)啟動(dòng)階段要及時(shí)采取有效的預(yù)除濕措施，在此過程中，輻射板表面溫度的降低比人體散濕強(qiáng)度的變化對(duì)結(jié)露的時(shí)間的影響更顯著；在系統(tǒng)穩(wěn)定階段，每增加一個(gè)成年男子輕度勞動(dòng)時(shí)的散濕量，結(jié)露提前12 min左右發(fā)生，人體所在位置的輻射板比其他位置處輻射板先發(fā)生結(jié)露，在防止結(jié)露時(shí)，應(yīng)重點(diǎn)監(jiān)測(cè)人體上方區(qū)域的輻射板的表面溫度。

輻射吊頂供冷；露點(diǎn)溫度；輻射板表面溫度；結(jié)露時(shí)間

輻射空調(diào)供冷系統(tǒng)作為一種新型的溫濕度獨(dú)立控制的空調(diào)系統(tǒng)，避免了傳統(tǒng)空調(diào)系統(tǒng)使用過程中能源浪費(fèi)、房間溫度梯度較大、吹風(fēng)強(qiáng)度大引起人員不舒適等弊端[1]，并且以其節(jié)能、舒適、健康環(huán)保和應(yīng)用領(lǐng)域廣泛等優(yōu)點(diǎn)，近年來得到越來越多的關(guān)注[2]。

夏季采用輻射吊頂供冷時(shí)，容易出現(xiàn)結(jié)露現(xiàn)象。當(dāng)室內(nèi)的散濕強(qiáng)度增加，或者為了提高供冷能力而降低供水溫度時(shí)，在輻射板表面溫度低于室內(nèi)空氣的露點(diǎn)溫度，就會(huì)發(fā)生結(jié)露現(xiàn)象，直接影響制冷系統(tǒng)的運(yùn)行狀況[3]。為了避免結(jié)露必須保證輻射板表面溫度不能過低，但是輻射板的供冷能力受到限制。因此，防止輻射板表面結(jié)露與提高輻射板的供冷能力兩者相互制約，這也是阻礙輻射板廣泛推廣的關(guān)鍵因素[4]。有國(guó)外學(xué)者針對(duì)輻射空調(diào)的舒適性、節(jié)能性等方面進(jìn)行了深入研究，研究指出輻射吊頂供冷空調(diào)系統(tǒng)具有較大市場(chǎng)需求與發(fā)展的空間；劉乃玲等[5]針對(duì)輻射板表面溫度的變化進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，結(jié)果表明，在輻射供冷系統(tǒng)開啟后約60 min內(nèi)，輻射板的表面溫度、室內(nèi)空氣的溫度均有顯著變化，系統(tǒng)開啟60 min后，上述各項(xiàng)趨于穩(wěn)定。針對(duì)預(yù)防結(jié)露的問題，有學(xué)者提出了優(yōu)先控制濕度的思想，在輻射空調(diào)開啟前先開啟送風(fēng)系統(tǒng)，對(duì)房間進(jìn)行預(yù)除濕處理，控制房間的相對(duì)濕度[6-7]，也有學(xué)者對(duì)末端裝置進(jìn)行研究來解決結(jié)露問題[8-10]。而要解決結(jié)露問題需要了解結(jié)露的過程，即人體散濕后水蒸氣是如何擴(kuò)散的及貼附層的含濕量的分布情況，因此研究貼附層含濕量的擴(kuò)散特性對(duì)防止結(jié)露是至關(guān)重要的。

本文采用實(shí)驗(yàn)與數(shù)值模擬相結(jié)合的方法對(duì)輻射板結(jié)露特性進(jìn)行研究，主要針對(duì)封閉房間人體散濕這一影響濕擴(kuò)散的重要因素進(jìn)行研究，通過實(shí)驗(yàn)手段對(duì)啟動(dòng)階段輻射板溫度變化情況和輻射板的結(jié)露的時(shí)間進(jìn)行研究，并用模擬方法擴(kuò)展研究了穩(wěn)定階段時(shí)，不同人體散濕的位置和人體散濕強(qiáng)度下，各輻射板下方貼附層的含濕量和露點(diǎn)溫度的變化情況，以及各輻射板的結(jié)露特性，為提出合理的防止結(jié)露措施提供一些思路。

1 實(shí)驗(yàn)研究

1.1 實(shí)驗(yàn)臺(tái)概況

該實(shí)驗(yàn)房間尺寸為5 m×3 m×2.3 m，墻壁和屋頂均為50 mm厚的聚苯彩鋼板，房間有一南外墻(3 m×2.3 m)，墻上有一外窗(3 m×1.45 m)，如圖1所示，實(shí)驗(yàn)房間的吊頂采用毛細(xì)管網(wǎng)金屬輻射板，單個(gè)尺寸1500 mm×800 mm，共9塊，毛細(xì)管網(wǎng)規(guī)格為U20，輻射頂板配管布置平面圖如圖2所示，該圖為俯視圖，四面邊線為墻壁。左、右側(cè)距離東墻0.3 m，距離南側(cè)外墻0.35 m，距離北墻0.15 m，實(shí)線所示為供水，虛線所示為回水。圖3所示為金屬輻射板內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖[11]，圖4所示為輻射板實(shí)物圖，在江蘇蘇州妥思空調(diào)設(shè)備有限公司按德國(guó)標(biāo)準(zhǔn)建造的測(cè)試臺(tái)上對(duì)該輻射板的制冷量進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試結(jié)果為：在供回水溫度為16/18 ℃時(shí)，制冷量為62.5 W/m2[12]。

實(shí)驗(yàn)臺(tái)用風(fēng)冷式熱泵機(jī)組作為系統(tǒng)冷源，供回水溫度設(shè)定為7/12 ℃，通過分集水器，一部分冷水進(jìn)入空調(diào)機(jī)組處理新風(fēng)，另一部分低溫冷水經(jīng)過板式換熱器與輻射板回水進(jìn)行熱交換，利用冷源測(cè)的三通調(diào)節(jié)閥使供水溫度維持在16～20 ℃，進(jìn)而送入實(shí)驗(yàn)室毛細(xì)管網(wǎng)進(jìn)行換熱。

圖1 實(shí)驗(yàn)房間效果圖Fig.1 Rendering of the experimental room

圖2 輻射板及配管布置平面圖Fig.2 Plan of radiant panels and piping layout

圖3 輻射板內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖Fig.3 Internal structures of radiant panel

圖4 輻射板實(shí)物圖Fig.4 Physical map of radiant panel

1.2 實(shí)驗(yàn)條件

在本次實(shí)驗(yàn)中盡可能創(chuàng)造一個(gè)不受外界環(huán)境干擾的理想實(shí)驗(yàn)環(huán)境，實(shí)驗(yàn)設(shè)定條件如表1所示。

1.3 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

由于輻射冷吊頂與室內(nèi)環(huán)境的輻射對(duì)流作用，輻射板附近的空氣溫度明顯低于工作區(qū)的空氣溫度，真正導(dǎo)致輻射板結(jié)露的是靠近輻射板下方0.01 m的空氣層(以下簡(jiǎn)稱為貼附層)，而非室內(nèi)人員工作區(qū)的空氣層[13]。

表1 實(shí)驗(yàn)設(shè)定條件Tab.1 The conditions of the experiment

本實(shí)驗(yàn)主要研究輻射板表面溫度變化情況和含濕量擴(kuò)散特性，實(shí)驗(yàn)測(cè)試了散濕強(qiáng)度為300 g/h[14]，人員位于房間中央時(shí)，與人體不同的相對(duì)位置處輻射板的表面溫度和貼附層的溫濕度，進(jìn)而分析計(jì)算貼附層的含濕量和露點(diǎn)溫度，比較輻射板表面溫度和貼附層露點(diǎn)溫度，得出輻射板結(jié)露的時(shí)間，并針對(duì)輻射板表面溫度和貼附層露點(diǎn)溫度動(dòng)態(tài)變化特性對(duì)結(jié)露的時(shí)間的影響效果進(jìn)行對(duì)比分析。

1.4 測(cè)試點(diǎn)布置

每塊輻射板表面布置6個(gè)T型熱電偶溫度測(cè)點(diǎn)，取6個(gè)測(cè)點(diǎn)溫度的平均值作為該輻射板的表面溫度，在貼附層平面上布置9個(gè)溫濕度測(cè)點(diǎn)，分別位于每塊輻射板中央的正下方0.01 m處，溫濕度變送器的編號(hào)為1～9，與輻射板的編號(hào)順序相同。

1.5 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

圖5所示為系統(tǒng)啟動(dòng)階段各輻射板表面溫度隨時(shí)間的變化曲線，由于系統(tǒng)啟動(dòng)階段輻射板表面溫度迅速下降，而后下降趨勢(shì)比較緩慢，因此按斜率不同可以將曲線分成兩個(gè)階段：第一階段(0～40 min內(nèi))輻射板表面溫度平均以0.13 ℃/min的速率下降；第二階段(40～80 min內(nèi))輻射板表面溫度下降速率較小，平均為0.03 ℃/min。出現(xiàn)這種現(xiàn)象的原因是：隨著系統(tǒng)運(yùn)行，毛細(xì)管內(nèi)冷水和輻射板結(jié)構(gòu)層間溫差逐漸減小，板表面溫度與貼附層干球溫度差值也逐漸減小，導(dǎo)致?lián)Q熱能力降低。從圖5還可以看出，板2處溫度下降最快，且最終溫度最低，這是由于兩側(cè)輻射板側(cè)面直接與空氣直接接觸，導(dǎo)致輻射板冷量不必要的耗費(fèi)，而板2處于中間位置，冷耗損較少，所以吊裝時(shí)應(yīng)對(duì)其它輻射板各側(cè)面進(jìn)行嚴(yán)密的保溫。另一方面，在系統(tǒng)啟動(dòng)40 min內(nèi)各輻射板的表面溫度下降很快，因此在該階段要特別注意結(jié)露的發(fā)生。

圖5 各輻射板表面溫度變化Fig.5 The change curves of surface temperature on each radiant panel

圖6 貼附層各參數(shù)隨時(shí)間的變化曲線圖Fig.6 The graph of attaching layer parameters changes over time

圖7 典型測(cè)點(diǎn)各參數(shù)隨時(shí)間的變化Fig.7 Each parameters changes of typical measuring points over time

圖6所示為貼附層含濕量和露點(diǎn)溫度隨時(shí)間的變化曲線，從圖6可以看出，貼附層的含濕量和露點(diǎn)溫度具有相同的變化趨勢(shì)，含濕量先以0.05 g/(kg·min)的速率升高，約20 min后又以0.015 g/(kg·min)的速率逐漸降低，這是由于隨著人體不斷散濕，各輻射板貼附層的含濕量均有不同程度的升高，20 min后各輻射板均發(fā)生了結(jié)露現(xiàn)象，水蒸氣凝結(jié)成水滴，從而出現(xiàn)含濕量逐漸降低的現(xiàn)象，而隨著含濕量的變化，露點(diǎn)溫度先以0.05 ℃/min的速率升高而后以0.025 ℃/min速率下降。在此實(shí)驗(yàn)工況下，輻射板8的貼附層含濕量和露點(diǎn)溫度均比其他位置處高，這是由模擬人體散濕的出口具有朝向板8方向的初速度，濕擴(kuò)散的強(qiáng)度較其它方位

散濕強(qiáng)度大導(dǎo)致的。

綜上所述：板2表面溫度最低，板8對(duì)應(yīng)的貼附層露點(diǎn)溫度最高，因此下面對(duì)2、8典型測(cè)點(diǎn)進(jìn)行結(jié)露的時(shí)間的對(duì)比分析。

由圖7可知，板2在6 min左右發(fā)生結(jié)露現(xiàn)象，板8在12 min左右發(fā)生結(jié)露現(xiàn)象，在結(jié)露之前，板2降溫速率為0.32 ℃/min，對(duì)應(yīng)貼附層的露點(diǎn)溫度升高速率為0.03 ℃/min；板8降溫速率為0.16 ℃/min，對(duì)應(yīng)的貼附層露點(diǎn)溫度升高速率為0.09 ℃/min，這說明在系統(tǒng)啟動(dòng)階段，板表面溫度的變化比貼附層露點(diǎn)溫度的變化對(duì)結(jié)露時(shí)間的影響更大。

通過測(cè)得的貼附層空氣的溫濕度計(jì)算出貼附層露點(diǎn)溫度，比較不同時(shí)刻(以5 min為一個(gè)時(shí)間間隔)輻射板表面溫度和貼附層露點(diǎn)溫度，得出每塊輻射板首次結(jié)露的時(shí)間，結(jié)露的時(shí)間匯總?cè)绫?所示：

表2 各輻射板結(jié)露時(shí)間Tab.2 Each radiant panel condensation time

綜上所述：在系統(tǒng)啟動(dòng)40 min內(nèi)，輻射板表面的溫度快速下降，貼附層露點(diǎn)溫度逐漸升高，系統(tǒng)運(yùn)行6 min就會(huì)出現(xiàn)結(jié)露現(xiàn)象，所以在輻射供冷系統(tǒng)啟動(dòng)階段，要針對(duì)輻射板表面溫度的變化及時(shí)采取有效的預(yù)除濕措施，而輻射板表面溫度下降的速率比貼附層露點(diǎn)溫度上升的速率大很多，因此在系統(tǒng)啟動(dòng)階段，散濕強(qiáng)度一定時(shí)，板表面溫度的變化比貼附層露點(diǎn)溫度的變化對(duì)結(jié)露時(shí)間的影響更大。

2 數(shù)值計(jì)算

本文采用數(shù)值模擬方法進(jìn)行擴(kuò)展研究，首先建立濕擴(kuò)散模型，然后將實(shí)驗(yàn)測(cè)試數(shù)據(jù)與模擬數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，從而驗(yàn)證模型的準(zhǔn)確性，實(shí)驗(yàn)和模擬相結(jié)合的研究方法可以很大程度上縮短研究周期，降低研究成本。上節(jié)已用實(shí)驗(yàn)的方法對(duì)系統(tǒng)啟動(dòng)階段輻射板表面溫度和輻射板結(jié)露特性進(jìn)行了研究，本節(jié)采用模擬的方法對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定階段不同人體散濕的強(qiáng)度和人體散濕的位置對(duì)輻射板結(jié)露特性的影響進(jìn)行研究。2.1 計(jì)算模型及計(jì)算方法

采用Gambit軟件對(duì)實(shí)驗(yàn)房間進(jìn)行三維建模和網(wǎng)格劃分。由于研究的對(duì)象是濕擴(kuò)散，所以數(shù)值計(jì)算時(shí)為了節(jié)省計(jì)算時(shí)間，省略室內(nèi)人員、設(shè)備等模型的建立，只建立房間、金屬輻射板和模擬人體散濕的幾何模型。

分子的擴(kuò)散系數(shù)表示它的擴(kuò)散能力，是物質(zhì)的物理特性之一，主要依靠實(shí)驗(yàn)測(cè)量其值，擴(kuò)散系數(shù)的大小主要取決于擴(kuò)散物質(zhì)和擴(kuò)散介質(zhì)的種類及溫度和壓力。當(dāng)空調(diào)房間內(nèi)包含著兩種組分，如果它們各處的濃度不同，系統(tǒng)內(nèi)任何一種組分將從高濃度向低濃度進(jìn)行物質(zhì)傳遞，因此水蒸氣也在濃度梯度的驅(qū)使下進(jìn)行傳遞。

對(duì)于水蒸氣與干空氣的雙組分系統(tǒng)，水蒸氣流入微元體的量減去流出微元體的量，就可以得出水蒸氣的累積量。水蒸氣在空間內(nèi)擴(kuò)散一般是由對(duì)流和擴(kuò)散兩種作用力組成，其中擴(kuò)散通量可以通過菲克定律對(duì)以上式子的整理分析，可以得出對(duì)流擴(kuò)散方程[15]。

(1)

式中：DAB為組分A在組分B的擴(kuò)散系數(shù)，m2/s；ux、uy、uz為組分A在方向x，y，z上的分速度，m/s；cA為組分A的濃度，mol/m3；RA為單位時(shí)間內(nèi)組分A因化學(xué)反應(yīng)生成量，mol/s；Si為外界的輸入量，mol/s。

模擬參數(shù)和邊界條件設(shè)置如下：

1)模擬采用非穩(wěn)態(tài)設(shè)置，由于實(shí)驗(yàn)室南側(cè)窗戶進(jìn)行了遮陽(yáng)保溫處理，所以不需開啟太陽(yáng)輻射模型；

2)模擬中湍流模型為標(biāo)準(zhǔn)k-ε方程模型[16]，控制方程采用有限容積法進(jìn)行離散；

設(shè)計(jì)中將MC33887DH的輸入引腳IN1接到PWM信號(hào)上，IN2接到同一PWM發(fā)生器模塊的另一個(gè)PWM信號(hào)上。只是在實(shí)際使用中，IN2的信號(hào)輸入并沒有采用PWM信號(hào)，而是直接輸入高低電平來與IN1形成電壓差。在EN、D1和都滿足芯片正常工作的條件下，當(dāng)IN1的電平高于IN2時(shí)，OUT1和OUT2的輸出信號(hào)就會(huì)形成前向信號(hào)，當(dāng)N1的電平低于IN2時(shí)，OUT1和OUT2的輸出信號(hào)就會(huì)形成反向信號(hào)。當(dāng)N1的電平等于IN2時(shí)，OUT1和OUT2的輸出信號(hào)相等，電機(jī)停轉(zhuǎn)。因此，通過控制IN1和IN2的電平既可以實(shí)現(xiàn)對(duì)于電機(jī)速度的控制，也可以實(shí)現(xiàn)對(duì)于電機(jī)轉(zhuǎn)向的控制[12]。

3)輻射模型選用DO輻射模型[17]；

4)激活組分輸運(yùn)模型，模擬人體散濕的出口采用速度入口邊界條件；

5)各圍護(hù)結(jié)構(gòu)和地面采用定溫邊界條件，數(shù)值依照實(shí)驗(yàn)測(cè)量值設(shè)定；

6)假定輻射板處于理想工作狀態(tài)即各輻射板表面溫度值相等，設(shè)置為定溫邊界條件。

2.2 人體散濕強(qiáng)度對(duì)結(jié)露特性的影響

在輻射吊頂供冷系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定階段，人員位于房

間中央位置，研究散濕強(qiáng)度分別為300 g/h、400 g/h、500 g/h(約為3、4、5個(gè)成年男子極輕勞動(dòng)下的散濕量)時(shí)輻射板結(jié)露的特性。

圖8 不同散濕強(qiáng)度下的貼附層露點(diǎn)溫度變化曲線Fig.8 The change curves of attaching layer dew point temperature under different scattered wet strengths

表3 不同散濕強(qiáng)度下各輻射板結(jié)露時(shí)間Tab.3 Each radiant panel condensation time of different scattered wet strengths

圖9 不同散濕強(qiáng)度下的結(jié)露時(shí)間曲線圖Fig.9 The curves of radiant panel condensation time under different scattered wet strengths

如圖8所示，取人體的散濕強(qiáng)度為400 g/h，比較不同散濕強(qiáng)度下輻射板表面溫度和貼附層露點(diǎn)溫度，得出該工況下輻射板的結(jié)露時(shí)間，如表3所示。圖9所示為不同散濕強(qiáng)度下結(jié)露的時(shí)間的曲線圖，從圖中可以看出，隨著散濕強(qiáng)度的增加，各輻射板首次結(jié)露的時(shí)間都有所提前，每增加一個(gè)成年男子輕度勞動(dòng)時(shí)的散濕量，結(jié)露的時(shí)間平均提前12 min左右，這主要是因?yàn)殡S著散濕強(qiáng)度的增加，貼附層各處的含濕量升高速率加快，因此各貼附層露點(diǎn)溫度升高速率加快。在各輻射板表面溫度相同的情況下，散濕強(qiáng)度增加時(shí)，結(jié)露提前發(fā)生，因此在室內(nèi)潛熱負(fù)荷增加時(shí)，可以根據(jù)增加的潛熱負(fù)荷預(yù)測(cè)防止結(jié)露的安全溫差，從而在防止結(jié)露的同時(shí)，動(dòng)態(tài)控制輻射板的供冷時(shí)間，盡可能提高輻射板供冷能力。由圖9還可知，每增加一個(gè)成年男子輕度勞動(dòng)時(shí)的散濕量，同一輻射板的結(jié)露的時(shí)間差值逐漸減小，且隨著人體散濕強(qiáng)度的增加，各輻射板結(jié)露的時(shí)間差值也逐漸減小，其原因是隨著散濕強(qiáng)度的增加，各貼附層之間露點(diǎn)溫度升高速率差值減小，而各輻射板表面溫度相同，故各輻射板結(jié)露的時(shí)間差值也逐漸減小。

2.3 人體散濕的位置對(duì)結(jié)露特性的影響

在輻射吊頂供冷系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定階段，散濕強(qiáng)度為600 g/h，人員分別位于房間中央、北側(cè)中央、南側(cè)中央時(shí)，分析濕擴(kuò)散特性和輻射板結(jié)露情況。

以人員位于房間中央為例，圖10所示為散濕強(qiáng)度為600 g/h、監(jiān)測(cè)20 min時(shí)縱向截面的含濕量分布云圖，從云圖中可以看出水蒸氣離開模擬人體散濕的出口后在初動(dòng)量的作用下向上擴(kuò)散，到達(dá)輻射板之后向兩側(cè)擴(kuò)散，由于受到冷輻射的作用，溫度較低的水蒸氣有向下擴(kuò)散的趨勢(shì)。從圖中還可以看出隨著垂直高度的增加，濕度逐漸增加，靠近輻射板平面上的含濕量值最大。

圖10 含濕量分布云圖Fig.10 The contours of moisture content

圖11 貼附層露點(diǎn)溫度變化曲線Fig.11 The change curves of attaching layer dew point temperature

圖12 不同散濕位置下的結(jié)露時(shí)間曲線圖Fig.12 The curves of radiant panel condensation time under different wet source locations

散濕位置下列輻射板首次結(jié)露時(shí)間/min板1板2板3板4板5板6板7板8板9房間中央地板上467463463461440450480460460北側(cè)中央地板上467464473500527493533530533南側(cè)中央地板上500510510490497497473470477

如圖11所示，比較該工況下輻射板表面溫度和貼附層露點(diǎn)溫度，得出該工況下輻射板的結(jié)露時(shí)間，結(jié)露的時(shí)間匯總?cè)绫?所示。圖12所示為不同人體散濕位置下結(jié)露時(shí)間曲線圖，由圖中可以看出位于人員上方的三塊輻射板比其它輻射板提前發(fā)生結(jié)露現(xiàn)象，這主要是因?yàn)樵谀M人體散濕的出口初動(dòng)量的作用下，水蒸氣垂直向上擴(kuò)散的強(qiáng)度較大，水蒸氣到達(dá)頂板后才會(huì)沿水平方向擴(kuò)散，因此人員上方貼附層的含濕量較其他位置處大，而已假定理想情況下各輻射板表面溫度相同，各貼附層的干球溫度相差很小，因此人員上方貼附層的露點(diǎn)溫度較高，人員上方的輻射板比其他位置處輻射板先發(fā)生結(jié)露。

2.4 數(shù)值計(jì)算可靠性驗(yàn)證

為驗(yàn)證數(shù)學(xué)模型的準(zhǔn)確性，選取輻射冷吊頂系統(tǒng)穩(wěn)定條件下的實(shí)驗(yàn)，并建立相應(yīng)的模型，實(shí)驗(yàn)中加濕器出口有一斜向35°的傾角，散濕強(qiáng)度為300 g/h，根據(jù)實(shí)驗(yàn)條件設(shè)置模擬邊界條件進(jìn)行數(shù)值計(jì)算，此時(shí)輻射板溫度設(shè)成定溫邊界條件。取9個(gè)測(cè)點(diǎn)的實(shí)驗(yàn)所得含濕量和模擬所得的含濕量進(jìn)行比較，結(jié)果如圖13所示。由圖中可以看出實(shí)驗(yàn)值和計(jì)算值之間存在一定的誤差，起始階段兩者吻合性較好，在加濕器運(yùn)行后期，模擬值要普遍高于實(shí)驗(yàn)值，后期存在誤差主要是由于加濕器后期水量隨著蒸發(fā)的減少，散出的水蒸氣的量略有降低，測(cè)點(diǎn)4的誤差較大，但是相對(duì)誤差在10%范圍內(nèi)，且總體趨勢(shì)保持一致，因此可驗(yàn)證所建立的數(shù)學(xué)模型具有較好的準(zhǔn)確性。

圖13 各測(cè)點(diǎn)含濕量計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)比Fig.13 The confrontation between calculation results and experimental results of moisture content of measuring points

3 結(jié)論

本文在封閉絕熱房間對(duì)輻射吊頂供冷系統(tǒng)中的濕度擴(kuò)散特性和結(jié)露特性進(jìn)行實(shí)驗(yàn)和模擬研究，得出以下結(jié)論：

1)不開啟新風(fēng)系統(tǒng)的情況下，系統(tǒng)啟動(dòng)階段6 min后就會(huì)發(fā)生結(jié)露現(xiàn)象，所以在系統(tǒng)啟動(dòng)階段要及時(shí)采取有效的預(yù)除濕措施，在此過程中，輻射板表面溫度的變化比人體散濕強(qiáng)度的變化對(duì)結(jié)露時(shí)間的影響更大。

2)在系統(tǒng)穩(wěn)定階段，隨著散濕強(qiáng)度的增加，各輻射板首次結(jié)露的時(shí)間都有所提前，每增加一個(gè)成年男子輕度勞動(dòng)時(shí)的散濕量，結(jié)露的時(shí)間平均提前12 min左右，因此在室內(nèi)潛熱負(fù)荷增加時(shí)，可根據(jù)增加的潛熱負(fù)荷動(dòng)態(tài)預(yù)測(cè)防止結(jié)露的安全溫差，從而在防止結(jié)露的同時(shí)，動(dòng)態(tài)控制輻射板的供冷時(shí)間，從而提高輻射板供冷能力。

3)在系統(tǒng)穩(wěn)定階段，由于人員正上方貼附層的含濕量和露點(diǎn)溫度比其他位置對(duì)應(yīng)的貼附層的含濕量和露點(diǎn)溫度均高，而輻射板的表面溫度相同，所以人員上方輻射板比其他位置處輻射板的結(jié)露的時(shí)間提前4 min左右，在防止結(jié)露時(shí)，應(yīng)重點(diǎn)監(jiān)測(cè)人員上方區(qū)域的輻射板表面溫度。

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About the author

Jin Wufeng, male, associate professor, doctor, Tianjin Key Laboratory of Refrigeration Technology, Tianjin University of Commerce, +86 13802186472, E-mail：kob@tjcu.edu.cn. Research fields: energy-saving control technology of radiant floor cooling and heating system， control technology of energy-saving and environmental protection housing.

Research on Condensation Characteristics in a Cooling Room with Radiant Ceiling

Jin Wufeng1Wang Qian1Yu Zhihao2

(1. Tianjin Key Laboratory of Refrigeration Technology, Tianjin University of Commerce, Tianjin, 300134, China; 2. Internal Trade Engineering Design & Research Institute, Beijing, 100054, China)

A combined method of experimental and numerical simulation was used in this paper to study the surface temperature variations of radiant panel in the start-up stage of radiant ceiling system, and the condensation characteristics of radiant panels were analyzed under different moisture strengths and locations of human being in the stable stage of radiant ceiling system. The results show that in the start-up stage when the radiant cooling system is operated independently, the condensation occurs on the radiant panel after the system starts 6 minutes, and the decreasing of radiant panel surface temperature has more significant impact on the condensation time than the increasing of moisture strength. So it is necessary to take effective measures to prevent condensation in time in the start-up stage. In the stable stage, the radiant panel condenses about 12 minutes earlier when the moisture strength equivalent to an adult man body is additionally added. And the radiant panel which is exactly above the moisture source condenses earlier than others. So the surface temperatures of radiant panels above the moisture source should be monitored to prevent condensation.

radiant ceiling; dew point temperature; radiant panel surface temperature; condensation time

2015年1月8日

0253- 4339(2015) 06- 0057- 09

10.3969/j.issn.0253- 4339.2015.06.057

TU831.75；TP391.9；P426

A

金梧鳳，男，副教授，博士，天津商業(yè)大學(xué)制冷技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，13802186472，E-mail: kob@tjcu.edu.cn。研究方向：地面輻射冷暖系統(tǒng)的節(jié)能控制技術(shù)，節(jié)能、環(huán)保住宅的控制技術(shù)。