摘 要：文章對安裝了地板新風(fēng)+地板輻射供暖系統(tǒng)的住宅樣板房主臥室的空氣溫度和CO2濃度進(jìn)行實(shí)測，分析了房間的室內(nèi)熱環(huán)境及污染物濃度分布特征。結(jié)果表明，輻射供暖系統(tǒng)開啟后房間溫度在190 min左右升至最高，此后逐漸趨于穩(wěn)定，且溫度值略低于設(shè)定溫度。室內(nèi)溫度呈下高上低分布，坐姿頭足溫差和站姿頭足溫差隨系統(tǒng)運(yùn)行逐漸增大，穩(wěn)定時分別趨于0.3 ℃和0.6℃ 。輻射地板溫度和室外溫度是影響室內(nèi)溫度的主要因素。室內(nèi)高度方向的CO2濃度分布主要受室內(nèi)人員位置和新風(fēng)口位置的影響，輻射供暖房間內(nèi)地板新風(fēng)系統(tǒng)的排污效率與ASHRAE 62.1標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的推薦值相符。

關(guān)鍵詞：地板新風(fēng)系統(tǒng)；地板輻射供暖系統(tǒng)；室內(nèi)熱環(huán)境；CO2濃度

中圖分類號：TU831 " " " " " " 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B 文章編號：1671-0142（2024）05-0062-05

近年來我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅速，各大城市建筑物數(shù)量劇增，建筑能源供給越發(fā)緊張。其中空調(diào)能耗占整個建筑能耗的一半以上，建設(shè)低能耗建筑和使用綠色節(jié)能空調(diào)系統(tǒng)是緩解能源供給緊張的有效解決方案之一。

輻射空調(diào)系統(tǒng)也可以稱為溫濕度獨(dú)立控制空調(diào)系統(tǒng)，由于其熱舒適性較好、能耗較低的特點(diǎn)而引起了行業(yè)內(nèi)的廣泛關(guān)注[1]。與傳統(tǒng)的對流空調(diào)相比，輻射空調(diào)系統(tǒng)的運(yùn)行能耗較低[2]。輻射空調(diào)系統(tǒng)與獨(dú)立新風(fēng)系統(tǒng)聯(lián)合運(yùn)行，既能對室內(nèi)環(huán)境進(jìn)行溫濕度獨(dú)立控制，又能解決輻射空調(diào)系統(tǒng)單獨(dú)運(yùn)行時室內(nèi)空氣質(zhì)量較差的問題[3]。近年來，住宅地板新風(fēng)+地板輻射供暖系統(tǒng)的應(yīng)用越來越廣泛，但關(guān)于室內(nèi)空氣環(huán)境的實(shí)測分析卻很少見到。地板新風(fēng)系統(tǒng)的氣流組織方式是下送上排，不同于常見的新風(fēng)上送上排方式，地板新風(fēng)系統(tǒng)的送風(fēng)溫度也不等于室內(nèi)空氣溫度，因此該送風(fēng)過程可能會同時影響室內(nèi)熱環(huán)境、室內(nèi)CO2濃度分布和水平。本文以揚(yáng)州市某住宅樣板房主臥室的空氣環(huán)境為研究對象，通過測量地板新風(fēng)+地板輻射供暖系統(tǒng)運(yùn)行期間室內(nèi)的空氣溫度和CO2濃度分布，分析輻射供暖房間的室內(nèi)熱環(huán)境和CO2濃度分布情況，為輻射空調(diào)系統(tǒng)的工程應(yīng)用提供數(shù)據(jù)參考。

1 室內(nèi)熱環(huán)境與CO2濃度的測試方法

1.1 測試房間

測試房間為住宅樣板房的南向主臥室，建筑面積20.37 m2，凈高2.6 m。南墻和西墻為外墻，南外窗的尺寸為2600 mm×2300 mm（寬×高），房間內(nèi)門的尺寸均為900 mm×2250 mm（寬×高）。與主臥室相鄰的房間均為空調(diào)房間。測試房間內(nèi)設(shè)置了5個測桿，用來布置溫度和CO2濃度測點(diǎn)。測試房間的平面布局見圖1。

樣板房配備的輻射空調(diào)系統(tǒng)由空氣源熱泵機(jī)組、輻射末端（熱水地面輻射盤管）、循環(huán)水系統(tǒng)等部分組成，地板新風(fēng)系統(tǒng)由新風(fēng)機(jī)、地板下敷設(shè)的新風(fēng)管及各個房間的地面新風(fēng)口組成。測試房間內(nèi)靠外墻處設(shè)置了一個600 mm × 50 mm的條縫型地面新風(fēng)口，高檔和低檔風(fēng)量分別為45.5m3/h和35.4 m3/h。測試房間內(nèi)未設(shè)置排風(fēng)口，空氣通過門縫隙滲透至客廳。

1.2 測試方法及方案

溫度測量采用TT-T-30型熱電偶，測量精度為 0.5 ℃。在測桿1～4上高度0.1 m、0.6 m、1.1 m和1.7 m處設(shè)置溫度測點(diǎn)，測桿位置見圖1。地面和天花板上分別布置了4個溫度測點(diǎn)，位置與溫度測桿相對應(yīng)。北墻、東墻和西墻的對角線上均勻布置了3個溫度測點(diǎn)，南外墻及南外窗上分別布置了2個溫度測點(diǎn)，2扇房門上各布置了1個溫度測點(diǎn)。室外布置1個熱電偶，用于測量室外空氣溫度；新風(fēng)口布置1個熱電偶，用于測量送風(fēng)溫度。

CO2濃度測量采用RS-CO2-V05型CO2濃度傳感器，測量精度為±40 ppm。在測桿1、4、5上高度0.9 m、1.1 m、1.3 m處設(shè)置CO2濃度傳感器，用來測量室內(nèi)呼吸區(qū)的CO2濃度；地面新風(fēng)口處設(shè)置一個CO2測點(diǎn)，用來測量新風(fēng)的CO2濃度。

本研究針對不同的室內(nèi)設(shè)定溫度、新風(fēng)量和人數(shù)進(jìn)行了5組測試，實(shí)驗(yàn)工況參數(shù)見表1，室內(nèi)人員位置見圖2（圓圈表示人員位置）。

實(shí)驗(yàn)測試前先對主臥室通風(fēng)降溫，使室內(nèi)溫度降到16 ℃以下、地面溫度降到18 ℃以下。此后，再進(jìn)行輻射空調(diào)系統(tǒng)供暖期間的實(shí)驗(yàn)測試，前3小時室內(nèi)有人員，3小時后人員離開房間，繼續(xù)進(jìn)行15小時的測試。

2 室內(nèi)熱環(huán)境與CO2濃度的實(shí)測結(jié)果分析

2.1 室內(nèi)熱環(huán)境

以實(shí)驗(yàn)工況1為例分析地板新風(fēng)+地板輻射空調(diào)系統(tǒng)供暖期間室內(nèi)的熱環(huán)境狀況。圖3給出了地板輻射供暖系統(tǒng)運(yùn)行10小時的室外氣溫、圍護(hù)結(jié)構(gòu)（不包括地板）內(nèi)表面平均溫度、地面溫度、新風(fēng)溫度、室內(nèi)平均溫度隨時間的變化情況。由該圖可知，地板輻射供暖期間，室外溫度由7 ℃降低至-1 ℃左右，地面溫度由初溫18 ℃上升至26 ℃，圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)表面溫度和室內(nèi)平均溫度均隨地面溫度的升高而緩慢升高，在190 min左右達(dá)到最大值，此后房間溫度趨于穩(wěn)定，室溫和圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)表面溫度的變化越來越小。新風(fēng)溫度與室內(nèi)空氣溫度相近變化幅度較小。

圖4給出了工況1典型時刻室內(nèi)4根測桿上的垂直溫度分布。由圖可知，前120 min內(nèi)溫度上升較快，200 min后溫度變化趨于平緩。輻射空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行期間，室內(nèi)溫度始終呈現(xiàn)下高上低的熱分層現(xiàn)象，這是由于熱輻射面位于地面，雖然地面附近的空氣受熱上浮，但不會改變室內(nèi)溫度下高上低的特征。4根測桿中，測桿2和測桿4上測點(diǎn)的溫度略低于測桿1和測桿3上測點(diǎn)的溫度，這是因?yàn)闇y桿2和測桿4距外墻和外窗較近，測點(diǎn)溫度受外圍護(hù)結(jié)構(gòu)的影響。

頭足溫差對人體熱舒適有重要影響，ASHRAE standard 55-2013給出了頭足溫差與不滿意度之間的關(guān)系[6]。分別將4根溫度測桿上高度0.1 m處、1.1 m處和1.7 m處測點(diǎn)的平均溫度取為足部溫度、坐姿頭部溫度和站姿頭部溫度。圖5顯示，工況1的坐姿頭足溫差逐漸增大，最后趨近于0.3℃；站姿頭足溫差較坐姿頭足溫差略大，最終約為0.6℃。可見，輻射空調(diào)房間的坐姿和站姿頭足溫差均小于1.0℃，對應(yīng)的人體不滿意率不足1%，熱舒適性較好。

圖6給出了各個工況的室內(nèi)平均溫度、輻射地板溫度、室外空氣溫度、新風(fēng)送風(fēng)溫度隨時間的變化曲線。圖6（a）顯示，輻射空調(diào)系統(tǒng)開始運(yùn)行后室內(nèi)溫度逐漸上升，在180 min左右達(dá)到最高值，之后略微下降并基本維持恒定。工況1至4的設(shè)定溫度為22 ℃，輻射空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行10 h時室內(nèi)平均溫度在20.7 ℃～21.7 ℃；工況5的設(shè)定溫度為20 ℃，輻射空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行10 h時室內(nèi)平均溫度約為18.4 ℃?？梢姡椛淇照{(diào)房間溫度升至設(shè)定溫度附近后小幅波動，略低于設(shè)定溫度。圖6（b）顯示，若設(shè)定溫度為22 ℃（工況1至4），輻射地板溫度最終趨于25.3 ℃～26.3 ℃；若設(shè)定溫度為20 ℃（工況5），輻射地板溫度最終趨于23 ℃。

圖6（c）表明5個工況的室外氣溫差異較大，工況2的室外氣溫最低，工況3的室外氣溫最高，最大差異接近8 ℃，圖6（d）顯示的新風(fēng)送風(fēng)溫度曲線與圖6（a）顯示的室內(nèi)平均溫度曲線非常接近。若房間設(shè)定溫度為22 ℃（工況1至4），新風(fēng)溫度最終趨于20.7 ℃～22.9 ℃；若房間設(shè)定溫度為20 ℃（工況5），新風(fēng)溫度最終趨于18.9 ℃。

綜合圖6可知，輻射地板溫度和室外溫度是影響室內(nèi)溫度的主要因素，室內(nèi)人數(shù)、新風(fēng)量及新風(fēng)溫度對室內(nèi)溫度的影響較小。5個工況的室內(nèi)溫度均滿足《民用建筑供暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計規(guī)范》GB 50736-2012 [5]中的供暖室內(nèi)溫度要求，說明以變頻式空氣源熱泵機(jī)組為熱源的輻射空調(diào)系統(tǒng)能滿足住宅供暖需求。

2.2 CO2濃度分布

圖7給出了工況1（新風(fēng)量45.5 m3/h，室內(nèi)1人）測得的輻射空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行期間室內(nèi)和室外的CO2濃度。由圖可知，新風(fēng)的CO2濃度在451 ppm ～ 589 ppm之間。測試期間的前3個小時，室內(nèi)有測試人員，各測點(diǎn)的CO2濃度在前80 min快速上升，此后上升趨緩，在180 min左右達(dá)到最大值（750 ppm～900 ppm）。3小時后測試人員離開，室內(nèi)CO2濃度開始下降，逐漸接近室外CO2濃度，這說明室內(nèi)除人員外沒有其他的CO2釋放源。

測點(diǎn)1、2、3位于測桿1上，測點(diǎn)4、5、6位于測桿5上，測點(diǎn)7、8、9位于測桿4上，距地面高度分別為1.3 m、1.1 m、0.9 m。圖7顯示，由于測桿和測點(diǎn)距新風(fēng)口和人員的位置不同，使不同測桿處的CO2濃度有差異，同一測桿上不同高度處的CO2濃度也不相同，室內(nèi)不同測點(diǎn)處的CO2濃度差異最大約為150 ppm。

圖8給出了工況1的典型時刻的室內(nèi)CO2濃度垂直分布，180 min時室內(nèi)CO2濃度升至最高值，此后逐漸降低。該圖顯示，3根測桿上的CO2濃度垂直分布各不相同，1號測桿處CO2濃度下高上低，5號測桿處CO2濃度下低上高，4號測桿處CO2濃度呈現(xiàn)中間低兩頭高的特征。將3根測桿上相同高度處的測點(diǎn)濃度進(jìn)行平均，得到室內(nèi)不同高度處的平均濃度。圖8表明，180 min前室內(nèi)0.9m高處的平均濃度最高，1.1m處的平均濃度最低，1.3m處的平均濃度介于其間；180 min后室內(nèi)高度方向的CO2濃度差異越來越小。

將室內(nèi)9個測點(diǎn)的CO2濃度值進(jìn)行平均，得到輻射空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行過程中各個工況的室內(nèi)CO2平均濃度變化曲線，如圖9所示。

圖9（a）顯示，室內(nèi)CO2平均濃度在180 min附近升至最高（5個工況分別為836 ppm、1173 ppm、1545 ppm、1375 ppm、1187 ppm），此后測試人員離開，室內(nèi)CO2濃度逐漸下降。工況1、2、3的室內(nèi)CO2濃度依次增大，這是因?yàn)?個工況的室內(nèi)人數(shù)分別是1人、2人和3人，新風(fēng)量均為45.5 m3/h?？梢?，對住宅臥室而言，室內(nèi)每增加1人，CO2濃度約增加350 ppm。工況4與工況2的室內(nèi)人數(shù)均為2人，但由于工況4的新風(fēng)量較小且室外CO2濃度較高，使得工況4的室內(nèi)CO2濃度高于工況2?？梢姡P室新風(fēng)量對室內(nèi)CO2濃度有顯著影響。工況5與工況2的室內(nèi)人數(shù)、新風(fēng)量均相同，故250 min前兩工況的室內(nèi)CO2濃度基本相同，此后由于工況5的室外CO2濃度略高于工況2，使得工況5的室內(nèi)CO2濃度稍高一些。

圖9（b）的室外CO2濃度曲線表明，測試過程中室外CO2濃度波動明顯，最大波動幅度約為211 ppm（工況4），最高濃度達(dá)678 ppm（工況4）。5個工況的室外CO2平均濃度分別是497 ppm、469 ppm、520 ppm、564 ppm、482 ppm。

圖9表明，除工況1外，其余4個工況的室內(nèi)CO2濃度均超過《室內(nèi)空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》GBT 18883-2002 [6]規(guī)定的限值1000 ppm?？梢?，在室外CO2濃度較高且室內(nèi)人數(shù)≥2的情況下，樣板房新風(fēng)系統(tǒng)向臥室供應(yīng)的新風(fēng)量偏小。雖然新風(fēng)機(jī)的額定風(fēng)量較大（為550 m3/h），但地板下新風(fēng)扁平管道的阻力較大或支管的阻力不平衡，導(dǎo)致主臥室的新風(fēng)量偏小，影響室內(nèi)空氣質(zhì)量。

2.3 排污效率

利用排污效率來評價輻射空調(diào)房間新風(fēng)系統(tǒng)的通風(fēng)有效性。排污效率e 與排風(fēng)口處的污染物濃度ye、室內(nèi)污染物的平均濃度[y]及新風(fēng)氣流中的污染物濃度ys有關(guān)，其表達(dá)式為ε[=（ye-ys）/（y-ys）]。本研究以CO2作為室內(nèi)空氣污染物的標(biāo)識物，以各測點(diǎn)CO2濃度的平均值為室內(nèi)CO2平均濃度[y]，以靠近房間門的3號測點(diǎn)處的CO2濃度為排風(fēng)濃度ye，由此可計算得到5個實(shí)驗(yàn)工況對應(yīng)的地板新風(fēng)系統(tǒng)排污效率，分別為1.232、1.120、1.076、1.109、1.150與ASHRAE 62.1標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的推薦值1.2相近。

3 結(jié)論

本文以地板新風(fēng)+地板輻射供暖房間的空氣環(huán)境為研究對象，實(shí)測分析了5個工況下輻射空調(diào)房間的CO2濃度和空氣溫度，并計算得到新風(fēng)系統(tǒng)的排污效率。主要結(jié)論如下：

（1）在室外氣溫為-3 ℃ ～ 7 ℃、室內(nèi)設(shè)定溫度為22 ℃或20 ℃的條件下，輻射供暖房間的圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)表面溫度、室內(nèi)溫度、新風(fēng)溫度和地板溫度均逐漸上升，在190 min左右達(dá)到最高，此后變化逐緩，且室內(nèi)溫度略低于設(shè)定溫度，但符合規(guī)范要求。

（2）輻射供暖房間內(nèi)的溫度呈下高上低分布，坐姿頭足溫差和站姿頭足溫差先逐漸增大，最終分別趨于0.3℃和0.6℃。輻射地板溫度和室外溫度是影響室內(nèi)溫度的主要因素，室內(nèi)人數(shù)、新風(fēng)量及新風(fēng)溫度的影響較小。

（3）室內(nèi)CO2濃度先逐漸上升，在180 min左右達(dá)到最大值，人員離開后CO2濃度開始下降。室內(nèi)高度方向的CO2濃度分布主要受室內(nèi)人員位置和新風(fēng)口位置的影響。

（4）對住宅臥室而言，室內(nèi)每增加1人，CO2濃度約增加350 ppm；在室外CO2濃度較高且室內(nèi)人數(shù)≥2的情況下應(yīng)確保新風(fēng)足量供應(yīng)，否則室內(nèi)CO2濃度極易超標(biāo)?！毒幼〗ㄖ岘h(huán)境和節(jié)能設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》DB32/4066-2021指出，居住建筑的臥室的新風(fēng)量應(yīng)滿足每人30 m3/h的要求，地板新風(fēng)+地板輻射供暖房間同樣需遵循該新風(fēng)量要求。

（5）低溫輻射供暖房間內(nèi)新風(fēng)系統(tǒng)的排污效率約為1.1～1.2，與ASHRAE 62.1標(biāo)準(zhǔn)的推薦值相符。

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（責(zé)任編輯 楊荔晴）

Test and Analysis of the Air Environment in a Room with Floor Fresh Air System and Floor Radiant Heating System

ZHU Zhi-jun1， REN Tian-yu2， YANG Xiu-feng2

（1.Yangzhou Building Project Design Review Center;2. Yangzhou University， Yangzhou Jiangsu 225000， China）

Abstract： Air temperature and CO2 concentration in the bedroom of a residential model room with floor fresh air system and floor radiant heating system are tested. The thermal environment and pollutant concentration distribution characteristics of the room are then analyzed. The experimental results show that the indoor temperature of the bedroom during radiant heating reaches the highest value at about 190 min， and then gradually becomes stable. The steady temperature is slightly lower than the set temperature. Air temperature in high area is higher than that in low area， and the temperature difference between the head and the foot of sitting or standing people tends to be 0.3 ℃ and 0.6 ℃ respectively. The indoor temperature is mainly influenced by the floor temperature and outdoor temperature. The vertical distribution of indoor CO2 concentration is mainly affected by the positions of indoor people and the fresh air outlet. The discharge efficiency of the floor fresh air system is about 1.1～1.2， which is in line with the recommended value specified in ASHRAE 62.1 standard.

Key words： floor fresh air system; floor radiant heating system; thermal environment; CO2 concentration