哪里可以做结露实验

发布网友 发布时间：2022-05-01 18:16

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热心网友 时间：2022-06-21 00:35

冷辐射地板系统防结露的实验研究与探讨 冷辐射地板系统是以冷地板作为末端的一种空调系统，它将冷水通过埋设于地面楼板上部的碎石混凝土或水泥砂浆层内的盘管把地板冷却，并以地板表面作为辐射换热面，从而实现制冷的空调方式。由于地板表面温度较低，当室内湿空气接触其表面就可能会产生结露现象，然而结露现象正是导致影响该系统推广应用的一个主要原因之一。因此，本文以采用双回型交联铝塑复合管(XPAP)布置方式的混凝土地板辐射空调系统为研究对象，较为全面的进行结露状态实验，并在此基础上对冷辐射地板系统结露现象的防治做了相应的探讨与研究。1.结露现象的产生原因、分类及危害 建筑结露通常分为“表面结露”和“内部结露”两类。所谓表面结露是指当室内的湿空气碰到低于*温度的壁面时，水蒸汽就凝成水珠附着于其上；所谓内部结露是指水蒸汽在分压差力的作用下通过墙体和屋顶时，被阻挡在低温部位，建筑结露应理解为固体材料以及孔隙中的结露现象。用地板辐射供冷时，当地板表面温度低于室内*温度时，会产生表面结露现象。结露不仅会影响建筑物的美观，而且会加速建筑材料的破坏，使装饰材料发霉、变质，加速金属物品的老化，对建筑物的使用功能影响很大。所以必须采取措施，避免结露形象的发生。2.影响结露的主要因素 （1） 相对湿度相对湿度是导致地板结露的一个重要因素，相对湿度高，水蒸汽的分压力就大，*温度就较高，会使得在板表面温度与*温度之间的温差小，甚至高于地板表面温度，即产生结露现象。（2） 通风量一般来说，通风是指向室内送入处理过的新风和从室内排出空气，即送风和排风。此时地板供冷系统承担室内显热负荷，通风系统送入新风满足人员卫生要求、承担室内湿负荷及部分冷负荷。通风量较小时，不能有效的降低室内的相对湿度，可能会引起结露现象，而通风量较大时，可能会给室内提供过多冷量，造成室内温度较低，同时增加了日常运行费用。所以有效控制新风量可以在防止地板结露的前提下降低日常运行费用。（3） 冷负荷由于受到*温度与人体舒适性的*，地板表面温度不能太低，这样制冷能力就要受到*，如果没有附加降温除湿的空气处理系统，地板辐射空调系统仅适合低冷负荷及湿负荷很小的建筑，例如办公室、医院等。3.结露状态实验及结果分析 为进行低温地板辐射供冷的特性研究，特在我院研制了冷辐射地板系统的实验台，本实验室位于办公楼一层，尺寸(长×宽×高)为5.5m×3.8m×3.7m，三面内墙，一面朝东外墙，一扇东向铝合金外窗，其尺寸（宽×高）为1.9m×2.5m，两盏40瓦日光灯、办公用品一套（包括办公桌椅、资料柜、电脑等），还配有热电偶，用于测试温度。地板结构剖面图参见图1，平面布置图参见图2。　
　　　 图1 地板结构剖面图 　　　　　　　　　　　　　图2 地板铺管平面图所有的温度测量都采用铜-康铜热电偶，并在测试前用标准水银温度计进行标定，误差不超过±0.2℃，将温度信号传入计算机，利用专用的软件进行大规模的数据采集与数据处理；相对湿度采用电动通风干湿表进行测量，误差不超过0.2℃。3.1 冷水地板初始运行阶段的结露状态实验。由于在冷却地板系统刚刚启动时，经过冷水机组的冷水立即流入地面下的盘管，冷量通过混凝土层传到了地板表面，使其温度迅速降低，而此时室内空气温度并没有地板表面温度下降的快，其*温度也相应的下降较慢，所以此时地板表面温度比较容易低于*温度从而发生结露现象。这部分湿负荷称之为启动湿负荷。本次试验通过测试室内温度及相对湿度来得到*温度，并把它与地板表面温度相对比得到表1。表1 初始运行阶段的地板表面温度与室内*温度表 时间室内温度/℃相对湿度*温度/℃地板表面温度/℃理论结露情况观察结露情况10:0026.791.6%25.025.9无无11:0026.191.6%24.625.2无无11:3026.091.6%24.524.6无无12:0025.891.6%24.323.9有轻微12:3025.891.4%24.323.5有有13:0025.791.3%24.223.1有有13:3025.691.3%24.122.8有严重由表1可以看出当室内相对湿度为91%左右时，地板辐射供冷系统运行一个半小时后，就出现了结露现象，为防止这一现象发生，要求地板表面温度高于室内空气*温度。因而室内湿负荷较高时，要求的供水温度就较高，地板辐射承担室内冷负荷的能力将受到削弱，甚至不能满足室内冷负荷的需要，所以在没有附加降温除湿的空气处理系统，由于有制冷能力的*，地板辐射空调系统仅适合低热负荷的建筑，例如办公室、医院、居民楼等。Fanger和McIntyre认为，在舒适的温度范围内，湿度对人体温暖感的影响很小，当相对湿度为20%~70%时，人体几乎感觉不出湿度的变化[1]。考虑到室内空气质量，国际标准ISO7730推荐的相对湿度值在30%与70%之间。若室内空气温度26℃时，相对湿度在60%~70%之间时，对应的*温度相应为17.6℃~20.1℃；这样表面地板温度应高于20℃。同时由表1还可以看出，由于热惰性的存在，室内空气温度降低较慢，所以该系统存在启动慢的缺点，较适合长时间连续运行。3.2 冷水地板持续运行阶段的结露状态实验。应用冷辐射地板系统时，我们不但要保证系统启动时地板表面不结露，还要保证系统连续运行时地板表面不结露。因此本实验使该系统连续运行并达到稳定运行状态，测试地板表面温度并把与室内*温度的比较结果列于表2，从而考察系统在连续运行时地板表面结露的状况。表2 持续运行阶段的地板表面温度与室内*温度表 时间室内温度/℃相对湿度*温度/℃地板表面温度/℃理论结露情况观察结露情况14:0025.491.1%23.922.5有严重14:3025.391.1%23.822.3有严重15:0025.391.0%23.722.1有严重15:3025.290.8%23.622.1有严重16:0025.390.7%23.721.9有严重17:0025.390.5%23.621.7有严重由表2可见，在相对湿度达91%时，冷辐射地板系统持续运行的几个小时内均有结露现象且较为严重。冷辐射地板系统对于舒适性空调而言，如办公室、旅馆客房、会议室、住宅等，空调房间最主要的湿负荷来自人体散湿，而人体散湿量与室内设计温度及体力活动强度有关，人体散湿量随温度升高而增加，但在设计冷却地板空调系统时往往希望能采用较高的室内设计温度而达到节能的效果，因而人体的散湿量成了不可忽视的一部分；另外，由门窗进入室内的室外热湿空气接触到低温地板也容易产生结露现象。人体散湿与室外热湿空气的渗入共同构成了持续湿负荷。因而在类似青岛这样热负荷小湿度却很高的地区，若仅靠地板供冷来降低室温不能完全保证整个夏季都不结露，因而应添加其他辅助除湿设备；在温度湿度都很高的地区则必须添加其他辅助降温除湿设备；而在较干燥的地区水温甚至可以降低到13℃而不至于结露[2]，单独用地板供冷系统将获得令人满意的效果。3.3 地板表面材料对结露的影响此实验目的是探讨地板表面材料对地板结露的影响，实验分为两个阶段进行，在铺设瓷砖之前与之后分别进行了测试，由于表1和表2均是在铺设瓷砖之后测试的，这里仅给出了铺设瓷砖之前的测试数据，见表3。表3 铺瓷砖前的地板表面温度与室内*温度表 时间室内温度/℃相对湿度*温度/℃地板表面温度/℃理论结露情况观察结露情况9:0028.987.1%26.527.6无无9:3028.487.0%26.026.5无无10:0027.7 87.0%25.425.5 无无10:3027.5 86.6%25.124.7 有无11:0027.4 83%24.323.5 有无12:0027.2 81%23.722.8 有无由表1和表2可以看出，实际观察结露现象与计算的结露情况基本是一致的，而由表3可以看出，在理论计算应该结露时却观察不到结露现象，即在地板表面比较粗糙时，“表面结露”已转为“内部结露”了，这说明地板表面材料与结露很有关系。由于内部结露现象不易观察、不易控制且破坏性也大，因此我们应坚决避免内部结露现象的发生。4冷辐射地板系统防结露综合措施的探讨 由上文冷辐射地板系统结露状态实验及其结果分析，可以看出冷地板运行过程中，空调房间的湿负荷应包括启动湿负荷与持续湿负荷两部分，本文提出几种解决方案并对其中几种方案进行了实验验证，不同程度的解决了空调房间的湿负荷问题，以避免冷辐射地板运行时地板表面产生结露现象。4.1 调节冷水温度或流量目前，冷辐射地板防结露的通常做法是通过检测室内空气的*温度来调节冷冻水的水温或流量，从而来*地板表面温度。本实验台的冷暖地板辐射空调系统使用的是*传感器，将*传感器的感应探头紧贴在地板表面上，实时检测地板表面的相对湿度，并将信号送至调节控制器，当地板表面相对湿度达到96%时，调节控制器输出信号给电动混水阀，关断进水，使盘管中的水进行自循环，由于冷源的切断，地板表面温度会逐渐升高，使地板表面相对湿度下降到96%以下，避免了地板表面结露，而当*传感器检测到地板表面相对湿度低于96%，系统便会恢复到正常工作状态。但由于这种方法仅仅是保证地板表面不结露而不能除去空调房间的湿负荷，因而当室内相对湿度较高时，可能使得该系统一直处于不工作状态，冷量将达不到使用要求；另外在调节水温或流量这一过程中，由于地板本身热容，要有一个较长时间的滞后且该滞后时间要受到地板热容等因素的影响。 4.2 通入新风冷辐射地板供冷系统与通风系统结合使用，不但能解决启动湿负荷与持续湿负荷问题，同时可以满足人员的卫生要求。此时，冷辐射地板仅承担室内显热负荷，新风承担室内湿负荷及部分显热负荷且同时满足人员的卫生要求。具有新风系统的地板辐射系统的夏季处理过程有两种，一是新风处理到室内空气焓值，不承担室内负荷；一是新风处理后的焓值低于室内空气焓值，新风承担部分冷负荷。当新风不承担负荷时，不但不能起到除湿的作用的，反而会将新风的湿负荷代入室内，因此新风不承担室内负荷这个方案不予采用。为验证该方案的实施效果，本实验室利用室内原有的风机盘管，同样可以达到减湿的效果，并做了冷辐射地板与风机盘管联供实验，实验中每隔20分钟测试一次室内温度及相对湿度，将数据列于表4。表4 联合供冷时地板表面温度与室内*温度表 时间室外温度/℃室内温度/℃相对湿度*温度/℃地板表面温度/℃结露情况10:0029.927.291.0%25.626.3无10:2030.125.889.3%23.925.4无10:4030.325.086.9%22.724.7无11:0030.524.884.5%22.024.3无11:2030.624.683.7%21.723.8无11:4030.824.683.0%21.522.7无12:0031.224.582.2%21.322.2无由表4可见，风机盘管与冷地板联合运行时，即便是在室内相对湿度达到91%的情况下，仍然没有结露现象的发生，比较表1、表2可知通风系统的存在将大大降低发生结露现象的可能性，另外，新风的送入也可以使室内维持正压，阻止室外热湿空气的进入，同时可以满足室内冷负荷的需要。4.3 添加其它独立的除湿设备通过营造一个外部吸湿源来吸收空气中的湿。包括两种除湿方式，一种是采用膜法除湿，可以依靠膜两侧的水蒸气分压差，对另一侧抽真空，其缺点是抽真空方法耗功很大，另外对膜的强度也有很高的要求，也可以依靠膜两侧的水蒸气化学势差，对另一侧加热再生，其缺点是膜本身很薄，膜两侧的温差较小，而温差又是产生化学势差的原因，所以，导致膜两侧传湿动力很小；另外一种是利用吸附材料吸湿，可以用固体吸附材料，包括多孔材料，硅胶、活性炭等，也可以用液体吸附材料，氯化锂晶体等。5结论 1)由于启动湿负荷与持续湿负荷的存在，在平均相对湿度超过70%的沿海地区，使用辐射空调系统时，为防止结露，应添加辅助减湿设备；在相对湿度较低的地区，单独使用辐射空调系统时要受到制冷能力的*，因此适合低冷负荷的建筑，例如办公室、医院、居民楼等，并且应尽量保证连续运行；2)地板表面材料与结露很有关系, 在地板表面比较粗糙时，“表面结露”可能转为“内部结露”；3)防结露问题是冷辐射地板系统必须要解决的问题，也是该系统研究的重点，各种除湿方式都有可取之处又难免存在一定的局限性。结合舒适性要求与空调系统的湿负荷要求，认为冷辐射地板与置换通风系统有很强的比较优势，适合应用于相对湿度较高的地区，有继续探讨的必要性。参考文献 [1] [英]D. A. 麦金太尔，龙惟定等译，室内气候，上海科学技术出版社，1998.[2] 王子介 地板供暖及其发展动向.暖通空调，1996，29(6)：35～38[3] B.W.Olesen Introction to thermalcomfort standards and to the proposed new version of EN ISO 7730. Energy and Buildings, 34(2002):537～548