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冷梁是與干工況風(fēng)機(jī)盤管機(jī)組相類似的一種誘導(dǎo)式末端裝置,其在歐洲已盛行數(shù)十年,主要原因是它優(yōu)異的節(jié)能效益、提供完全混合的室內(nèi)空氣分布與舒適度、良好的室內(nèi)空氣品質(zhì)與靜音運(yùn)轉(zhuǎn)效果,是一項很有潛力的空調(diào)技術(shù),符合世界節(jié)能減碳的發(fā)展趨勢。
一、冷梁送風(fēng)系統(tǒng)的工作原理
冷梁送風(fēng)系統(tǒng)在室內(nèi)負(fù)荷熱交換及熱能傳送方式上相當(dāng)于一個氣水并行系統(tǒng)。冷梁送風(fēng)口(以下簡稱冷梁)是借由空間的熱負(fù)荷(包括人體)和冷梁面板間的溫差所產(chǎn)生“對流”以及“輻射”效應(yīng)進(jìn)行熱交換,同時冷梁送出干冷空氣也有助于人體皮膚表面的蒸發(fā)冷卻,因此冷梁是一個結(jié)合冰水提供冷能控制溫度和利用送風(fēng)溫差形成對流循環(huán)及水蒸氣壓力差所建立的空調(diào)送風(fēng)系統(tǒng)。
冷梁是一種干盤管, 其主體是一個翅片式冷水盤管,可讓空氣穿越翅片以達(dá)到冷卻效果,左右有鋁殼支撐,看起來就象是橫梁一樣。

依據(jù)是否有室外空氣供給,冷梁分為主動式冷梁和被動式冷梁兩種形式。
主動式冷梁是指空氣循環(huán)動力由外部強(qiáng)制送風(fēng)供給,在冷梁內(nèi)部形成空氣誘導(dǎo)過程,利用強(qiáng)制對流造成空氣與盤管間的傳熱的設(shè)備。主動式冷梁主要由外殼、噴嘴、一次空氣連接管、換熱器(即盤管)、面板等幾部分構(gòu)成。其夏季空氣處理過程為:來自室外且經(jīng)空調(diào)箱處理過的干冷一次空氣以較高的速度經(jīng)噴嘴噴出,進(jìn)入到冷梁中,根據(jù)文丘里效應(yīng),當(dāng)高速流動的氣流通過阻擋物時,在阻擋物的背風(fēng)面上方端口附近會形成負(fù)壓,從而產(chǎn)生吸附作用,誘導(dǎo)室內(nèi)低速的二次空氣經(jīng)過冷盤管。冷卻后的空氣和主氣流混合形成速度足夠大的混合空氣,其溫度低于房間溫度?;旌峡諝馔ㄟ^兩個封閉的導(dǎo)流槽形成貼附射流,沿著吊頂流動,然后進(jìn)入到房間中冷卻室內(nèi)空氣。經(jīng)過相同的循環(huán),房間的熱量被冷卻盤管帶走,從而起到了制冷的作用。冬季換熱器中流動的是熱水,冷梁起到了制熱的作用。其原理圖見圖1。

主動式冷梁體積小,結(jié)構(gòu)緊湊,可顯著節(jié)省建筑空間(尤其在高度方面),且每臺冷梁自帶送、回風(fēng)口,使吊頂整齊美觀,簡潔明快,末端在干工況下工作,新風(fēng)分布均勻,明顯提高了室內(nèi)空氣品質(zhì)和熱舒適性,設(shè)備本身無任何運(yùn)轉(zhuǎn)部件,室內(nèi)噪聲極低,使工作環(huán)境大大改善。另外,主動式冷梁的盤管下一般都配有凝水盤,一旦冷水溫度低于露點溫度產(chǎn)生結(jié)露,凝結(jié)水可由凝水盤收集。
被動式冷梁系統(tǒng)是一種集制冷換熱功能于一體的空調(diào)系統(tǒng),主要用于排走室內(nèi)大部分顯熱負(fù)荷,同時還需要一個單獨(dú)的一次空氣系統(tǒng)進(jìn)行通風(fēng)和調(diào)節(jié)濕度。被動式冷梁主要由箱體、孔板面板和帶法蘭及鋁制肋片的水盤管等部分構(gòu)成,通常懸吊在天花板上方,通過自然對流來供冷。該冷梁系統(tǒng)集舒適、低噪音、節(jié)能和低維護(hù)的優(yōu)點于一體。其原理圖見圖2。

被動式冷梁的優(yōu)點和主動式冷梁近似,在冷梁盤管中使用較高溫度的循環(huán)冷水,主機(jī)在較高的冷水溫度下運(yùn)行,可以提高能效比和降低能量損耗。同時,被動式冷梁系統(tǒng)的新風(fēng)僅僅用來調(diào)節(jié)濕度,可以節(jié)約大量的集中處理機(jī)組的電能,進(jìn)一步達(dá)到節(jié)能的效果。但是,由于被動式冷梁主要依靠自然對流來使氣流通過盤管,單位制冷能力取決于盤管的換熱能力,其性能比主動式冷梁要低。并且,當(dāng)機(jī)體安裝位置不合理時可能會使冷風(fēng)直接吹到其下面的物體上,產(chǎn)生吹風(fēng)感。
二、冷梁送風(fēng)系統(tǒng)的特點
2.1 冷梁送風(fēng)系統(tǒng)的優(yōu)點:
(1)能力范圍廣,冷梁具有較高的冷卻和加熱能力。
(2)安裝簡易,冷梁設(shè)備能輕易地融合到各種材料的吊頂中去。
(3)低噪音,經(jīng)過特殊處理的噴嘴在產(chǎn)生最大效應(yīng)的同時保持了最小的噪音。
(4)無電機(jī),節(jié)省能源。
(5)適應(yīng)性,冷梁設(shè)備可以有不同的長度和寬度,這就使冷梁幾乎適用于所有吊頂。
2.2 冷梁送風(fēng)系統(tǒng)的缺點:
(1)初投資較高,失控時會產(chǎn)生冷凝水。
(2)外墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計應(yīng)避免因氣密性不良造成室外濕熱的空氣滲入與冷梁接觸產(chǎn)生冷凝現(xiàn)象。
(3)因冷梁系統(tǒng)的盤管為干盤管,在室內(nèi)潛熱負(fù)荷比較大的場所有冷凝風(fēng)險。
(4)對室內(nèi)換氣次數(shù)要求較高或室內(nèi)污染源較多的地方的場所不宜使用冷梁系統(tǒng)。
三、冷梁送風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)計
3.1 冷梁的空氣處理
冷梁系統(tǒng)的一次空氣通常是新風(fēng),必要時可以使用部分回風(fēng),采用新回風(fēng)混合可以節(jié)省能量。但采用回風(fēng)后,風(fēng)管系統(tǒng)會比較復(fù)雜,投資增加,使用回風(fēng)的經(jīng)濟(jì)性并不明顯,故工程中大多不設(shè)回風(fēng)管。冷梁系統(tǒng)一般可采用高速送風(fēng),故機(jī)房尺寸和管道斷面比全空氣系統(tǒng)小(管道斷面僅為全空氣系統(tǒng)的1/3),節(jié)約建筑空間,能保證每個空調(diào)區(qū)的新風(fēng)需求,衛(wèi)生情況好。
冷梁系統(tǒng)的新回風(fēng)混合的空氣處理過程如圖3:
首先室外新風(fēng)與室內(nèi)回風(fēng)混合得到狀態(tài)點Q ,由混合點Q 冷卻到機(jī)器露點K;由送風(fēng)溫差Δt 0沿室內(nèi)等濕線得到送風(fēng)狀態(tài)點O,狀態(tài)點K 與O 混合至點C ,沿室內(nèi)空氣熱濕比線到達(dá)室內(nèi)狀態(tài)點N。
冷梁的設(shè)計步驟:
(1)在焓濕圖上過室內(nèi)狀態(tài)點N ,再由送風(fēng)溫差Δt 0確定送風(fēng)狀態(tài)點O。
(2)由新回風(fēng)混合比例,得到混合后點Q,Q K為新回風(fēng)混合后的處理過程,混合后的風(fēng)須要承擔(dān)的濕負(fù)荷為:W=L m(d n-d k),d k為含濕量,d n為
新回風(fēng)混合后的空氣質(zhì)量,由上式得到d k,K點為L m與U=95%的交點。
(3)誘導(dǎo)比:

由此可以確定C點。
(4) 室內(nèi)余熱量Q分別由q m1,q m2負(fù)擔(dān),故

其中一次空氣處理箱處理冷量:

冷量內(nèi)盤管處理冷量:

(5) 根據(jù)一次空氣量和誘導(dǎo)比及生產(chǎn)廠家提供的產(chǎn)品樣本選擇型號合適的冷梁,并根據(jù)冷梁的熱效率對換熱器的供冷量進(jìn)行校核。
3.2 冷梁配水系統(tǒng)的控制
輸配水系統(tǒng)是冷梁系統(tǒng)的一個重要組成部分。以主動式冷梁為例,由于空調(diào)箱的冷凍水與冷梁的冷凍水的溫度不同,相差較大,所以需要兩套冷水機(jī)組,即高溫冷水機(jī)組和低溫冷水機(jī)組,考慮較好的制冷效果,兩套冷水機(jī)組的供回水溫度分別為:7℃/12℃,16℃/19℃。針對文獻(xiàn)中冷梁配水系統(tǒng)的控制圖,發(fā)現(xiàn)其如果低溫水機(jī)組發(fā)生故障時,其只能用高溫水機(jī)組代替低溫水機(jī)組,而其自身失去應(yīng)有的作用,即只有去空調(diào)箱的冷卻水而沒有去冷梁的冷卻水。經(jīng)過改善后,不管哪個冷水機(jī)組發(fā)生故障,都能保證系統(tǒng)的穩(wěn)定的運(yùn)行。其原理如圖4所示:


正常情況下,兩個機(jī)組都正常運(yùn)行,閥門(1)(2)(3)(4)均關(guān)閉,循環(huán)泵A、B開啟;當(dāng)?shù)蜏乩渌畽C(jī)組出現(xiàn)故障時,用高溫冷水水機(jī)組來帶動整個系統(tǒng)的運(yùn)行,閥門(2)(3)(4)開啟,閥門(1)關(guān)閉,循環(huán)泵A、C開啟;當(dāng)高溫冷水機(jī)組出現(xiàn)故障時,用低溫冷水機(jī)組來帶動整個系統(tǒng)的運(yùn)行,閥門(1)(4)開啟,閥門(2)(3)關(guān)閉,循環(huán)泵A、B開啟。
正常情況下,高溫水泵將16℃的高溫冷凍水送入冷梁,在房間內(nèi)吸收熱量
后,回水溫度升高,通過回水管進(jìn)入集水器。冷梁供水管安裝有一個電動調(diào)節(jié)閥,由房間溫控器控制電動調(diào)節(jié)閥的開啟度,當(dāng)房間溫度高于設(shè)定值時,增大閥門開啟度;低于設(shè)定值時,減小閥門開啟度,以維持房間內(nèi)溫度恒定。誘導(dǎo)新風(fēng)經(jīng)過空氣處理器處理后通過冷梁送入房間,由于室內(nèi)辦公人數(shù)變化不大,須要的新風(fēng)量基本恒定,所以送風(fēng)機(jī)采用定頻運(yùn)行。
3.3 冷梁預(yù)防結(jié)露控制系統(tǒng)
為了保證冷梁不產(chǎn)生結(jié)露,室內(nèi)空氣相對濕度一般控制在5 0 % 以下, 同時也需安裝結(jié)露預(yù)防控制系統(tǒng),如圖5所示:
進(jìn)水溫度感應(yīng)器測出進(jìn)入冷梁的冷卻水的溫度t1,溫度控制器通過測出室內(nèi)空氣溫度t2,濕度然后計算出露點溫度,t1與t2在冷吊頂控制器內(nèi)進(jìn)行比較得出偏差e =t1-t2,當(dāng)偏差e 是負(fù)偏差時,則電動閥關(guān)閉,誘導(dǎo)空氣停止冷卻,室內(nèi)溫度升高,冷梁盤管處便不會結(jié)露。

3.4冷梁送風(fēng)系統(tǒng)與其他系統(tǒng)形式的結(jié)合
在大型辦公區(qū)域,可采用冷梁系統(tǒng)+風(fēng)機(jī)盤管系統(tǒng),通過冷梁來消除建筑內(nèi)區(qū)的冷、熱負(fù)荷并為辦公區(qū)域提供充足的新風(fēng),在外區(qū)利用落地式風(fēng)機(jī)盤管來消除窗戶等圍護(hù)結(jié)構(gòu)的得熱。同時,還可以使排風(fēng)經(jīng)過全熱式能量回收機(jī)組對新風(fēng)進(jìn)行預(yù)處理(夏季降溫除濕、冬季增溫加濕),處理后的新風(fēng)再送入各層空調(diào)機(jī)房,由冷梁系統(tǒng)送入辦公內(nèi)區(qū)。
四、小結(jié)
由于冷梁系統(tǒng)的安裝方便、節(jié)能、提供更舒適健康的室內(nèi)空氣品質(zhì)等各種優(yōu)點,越來越多的被推廣應(yīng)用起來。根據(jù)安裝的環(huán)境確定冷梁安裝的最佳位置,使氣流組織更加符合人體的舒適要求。冷梁系統(tǒng)的一次風(fēng)可以是全新風(fēng),也可以是新風(fēng)與部分回風(fēng)的混合風(fēng)。
冷梁系統(tǒng)的節(jié)能效果明顯,由于提高了冷凍水供水溫度,相應(yīng)地提高了冷水機(jī)組的制冷系數(shù)COP值。相關(guān)測試數(shù)據(jù)表明:當(dāng)冷卻水出水溫度保持恒定時,水冷螺桿機(jī)組冷凍水出水溫度每降低1℃,制冷量約下降5%,而制冷系數(shù)COP值將下降3%左右。
由于冷梁出風(fēng)速度較小,空氣循環(huán)相對較弱,導(dǎo)致室內(nèi)的降溫速度較慢,降溫延時較長,所以須要提前開機(jī)運(yùn)行。初投資較高,失控時會產(chǎn)生冷凝水,因此,如何有效探測、避免和控制制冷狀態(tài)下吊頂?shù)慕Y(jié)露問題以及一旦失控時如何處理冷凝水是影響冷梁發(fā)展的重要問題。冷梁系統(tǒng)是一個新的課題,需要在實踐中不斷的探討和完善,處理好冷梁的不足之處,冷梁的發(fā)展前景將會越來越好。

某產(chǎn)品舉例及參數(shù),供大家參考:


系統(tǒng)概念


















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