辐射供冷房间冷负荷计算方法的研究
VIP免费
I
摘 要
辐射空调系统具有良好的舒适性和节能性，近年来其在国内外受到人们的广
泛关注，它在工程上的应用中也越来越多，但是运用不当也会出现一些问题，比
如在夏季有些时候辐射供冷房间的空气温度一直维持较大的数值，不能使室内空
气温度达到设定值。出现这种现象的主要原因可能在于辐射板的铺设的面积不足，
设计时没有准确计算辐射供冷房间显热冷负荷。
本文首先简要地介绍了辐射空调系统以及它的优缺点，并且根据实际工程项
目，阐述了辐射空调系统在实际应用中存在的问题，特别是辐射供冷房间冷负荷
计算相关的问题。辐射系统和传统的空调系统的冷负荷差异并没有被人们完全理
解，设计师在进行辐射空调系统冷负荷的计算时仍然采用传统的负荷计算方法，
比如冷负荷系数法、谐波反应法等，这样就会经常出现计算出的冷负荷不准确。
其次，对传统空调供冷房间的冷负荷的计算方法——谐波反应法、反应系数
法以及冷负荷系数法进行介绍，并分析它们不适合计算辐射供冷房间冷负荷的原
因。针对这种状况，本文提出了一套计算辐射供冷房间冷负荷的计算方法，该算
法以热平衡原则为基础，充分考虑辐射供冷房间的内的各种得热类型和各种传热
方式，特别是辐射传热，建立了辐射供冷房间数学模型，列出房间各内壁面的热
平衡方程、辐射板表面热平衡方程和空气的热平衡方程。
随后，为了验证辐射供冷房间冷负荷算法的准确性，设计了一套实验装置，
包括恒温冷水机组、电气控制箱以及一个辐射供冷小房间，并在这个小房间的各
个内壁、唯一的一个外墙的外表面以及室内空气中布置温度测点，实时采集这些
温度数据。设置多个工况点，并对比各个工况点的实测数据与理论计算计算结果，
发现计算出的各个工况点的理论值都基本上能与实测值相吻合。
最后，本文还设置两个空调房间，一个作为辐射供冷房间，另一个作为传统
供冷房间，使用本文给出的辐射供冷房间显热冷负荷算法、冷负荷系数法以及基
于热平衡的算法 2（下文有介绍）作为它们的显热冷负荷计算方法，并设置 6种对
比工况，来比较辐射供冷房间显热冷负荷算法与冷负荷系数法的区别，同时也对
比了辐射供冷房间与传统空调房间的显热冷负荷、各壁面的温度特点。
关键词：辐射供冷 冷负荷 计算方法
II
ABSTRACT
As radiant cooling system has comfort and energy saving characteristic, applying of
radiant system in project has become more and more popular. Many home and aboard
people have been attracted by radiant system’s advantages compared to the air system.
But we may encounter many problems with radiant system inappropriate applied. For
instance, Air temperature of radiant cooling room maintains high value sometimes in
summer and can’t be cooled down to the set point. The major reason for this
phenomenon probably is that the total area of radiant panel is not enough for cooling. It
is result from inaccuracy calculated sensible cooling load of radiant cooling room.
Firstly, this passage introduces radiant cooling system and its advantages and
disadvantages. Based on actual project, it elaborates radiant cooling system existing
questions in practice, especially about the calculation of the cooling load for radiant
cooling room. Cooling load differences between radiant cooling system and traditional
air conditioning system has not been deeply recognized. Designer still applied the
calculation method for traditional air conditioning system to calculate the cooling load
of radiant cooling room, such as cooling load factor method, harmonic response method
and so on, which may usually encounters cooling load inaccuracy calculated
phenomenon.
Secondly, this passage introduces traditional cooling load calculation method,
including harmonic response method, response coefficient method, cooling load factor
method. It also analyses the reasons why traditional cooling load calculation method can
be used to calculate the cooling load of radiant cooling room. According to this situation,
this passage proposes a cooling load calculation method for radiant cooling room, which
based on heat balance method, and included the inner surface heat balance equation of
maintenance structures, radiant panel surface heat balance equation, the indoor air heat
balance equation and so on.
Thirdly, in order to verify accuracy of cooling load calculation method for radiant
cooling room, this passage designs an experimental device, which includes constant
temperature chiller, electric control box, and a small radiant cooling room. In
experiment, Six temperature sensors were placed on the surface of every inner surface
of the small radiant cooling room and one was placed in the air of the room and one was
III
placed on the outer surface of the external wall, which collect temperature data every
30s. Many cases have been set for comparing the results of each experiment to the
corresponding result of calculation method for radiant cooling room.
Last but not least, the passage also set two air-conditioning rooms, one is radiant
cooling room and another is traditional cooling room. Using sensible cooling load
calculation method for radiant cooling room provided by this passage, cooling load
factor method, and calculation method 2 based on thermal balance (introduced in
section 6) to calculate sensible cooling load of Room(A) and Room(B). In this passage
6 cases have been set up, in order to compare sensible heat cooling load calculation
method with cooling load factor method and comparing radiant cooling room with
traditional cooling room. At the same time, surface temperature character of Room(A)
and Room(B) has been compared.
Key Word：radiant cooling, cooling load, calculation method
IV
目 录
中文摘要 ........................................................................................................................... I
ABSTRACT ..................................................................................................................... II
第一章 绪论 .....................................................................................................................1
1.1 课题的研究背景 ..................................................................................................... 1
1.2 课题的提出及意义 ................................................................................................. 2
1.3 国内外研究现状 ..................................................................................................... 3
1.3.1 国外研究现状 .................................................................................................. 3
1.3.2 国内研究现状 .................................................................................................. 4
1.4 本文主要工作 ......................................................................................................... 5
1.4.1 课题研究目的 .................................................................................................. 5
1.4.2 课题研究内容 .................................................................................................. 5
1.5 本章小结 ................................................................................................................. 6
第二章 辐射空调系统及其技术分析 .............................................................................7
2.1 辐射空调系统简介 ................................................................................................. 7
2.1.1 辐射空调系统的基本构造 .............................................................................. 7
2.1.2 辐射空调系统的分类 ...................................................................................... 9
2.2 辐射空调系统特点分析 ....................................................................................... 12
2.2.1 辐射空调系统的优点 .................................................................................... 12
2.2.2 辐射空调系统的缺点 .................................................................................... 13
2.2.3 辐射供冷房间传热的特点 ............................................................................ 14
2.3 辐射空调系统在应用中存在的问题 ................................................................... 15
2.4 辐射供冷供暖房间热环境原理分析 ................................................................... 16
2.4.1 辐射供冷供暖房间的室内热湿环境 ............................................................ 16
2.4.2 热舒适评价方法 ............................................................................................ 17
2.5 本章小结 ............................................................................................................... 18
第三章 传统空调负荷计算方法的局限性分析 ...........................................................19
3.1 传统空调负荷计算方法介绍 ............................................................................... 19
3.1.1 空调负荷计算方法的发展 ............................................................................ 19
3.1.2 传统空调负荷计算方法 ................................................................................ 19
3.2 传统算方法用于计算辐射供冷建筑的适用性分析 ........................................... 23
3.2.1 计算对象的差异 ............................................................................................ 23
3.2.2 传热的差异 .................................................................................................... 23
V
3.2.3 热湿负荷处理方式的差异 ............................................................................ 27
3.2.4 传统算法的局限性分析 ................................................................................ 27
3.3 本章小结 ............................................................................................................... 30
第四章 辐射供冷房间负荷计算方法 ...........................................................................31
4.1 辐射供冷房间冷负荷的定义 ............................................................................... 31
4.1.1 冷负荷计算时设计参数的选取 .................................................................... 31
4.1.2 辐射供冷房间冷负荷的定义 ........................................................................ 32
4.2 辐射供冷房间的热平衡 ....................................................................................... 34
4.2.1 维护结构内表面的热平衡方程 .................................................................... 35
4.2.2 室内空气的热平衡方程 ................................................................................ 37
4.2.3 辐射板表面的热平衡方程 ............................................................................ 38
4.3 辐射供冷房间冷负荷的计算 ............................................................................... 39
4.3.1 辐射空调房间显热冷负荷的求解 ................................................................ 39
4.3.2 辐射空调房间的湿负荷的求解 .................................................................... 42
4.4 本章小结 ............................................................................................................... 43
第五章 计算方法的实验验证 .......................................................................................44
5.1 实验装置介绍 ....................................................................................................... 44
5.1.1 辐射供冷小房间 ............................................................................................ 45
5.1.2 恒温冷水主机 ................................................................................................ 47
5.1.3 实验装置的电气控制 .................................................................................... 47
5.1.4 实验数据的采集 ............................................................................................ 48
5.2 实验结果及分析 ................................................................................................... 50
5.2.1 实验验证的方式及实验工况的设置 ........................................................... 50
5.2.2 实验结果及数据分析 .................................................................................... 51
5.3 本章小结 ............................................................................................................... 55
第六章 辐射供冷房间显热冷负荷算例分析 ...............................................................56
6.1 对比算例模型介绍 ............................................................................................... 56
6.1.1 计算模型介绍 ................................................................................................ 56
6.1.2 室内外计算参数设置 .................................................................................... 58
6.2 算例中房间 B所采用的传统负荷计算方法 ...................................................... 59
6.2.1 冷负荷系数法计算小房间显热负荷（算法 1） ........................................ 59
6.2.2 房间 B的热平衡算法（算法 2） ................................................................ 60
6.3 算例计算结果对比与分析 ................................................................................... 61
VI
6.3.1 工况 C1、C2、C3 的计算结果与分析 ........................................................ 61
6.3.2 工况 C4、C5、C6 的计算结果与分析 ........................................................ 62
6.3.3 工况 C1 与C4 的计算结果与分析 ............................................................... 65
6.4 本章小结 ............................................................................................................... 66
第七章 结论与展望 .......................................................................................................67
7.1 主要研究成果及结论 ........................................................................................... 67
7.2 需要进一步开展的工作 ....................................................................................... 68
7.3 展望 ....................................................................................................................... 69
参考文献 .........................................................................................................................70
在读期间发表的论文与专利 .........................................................................................73
致谢 .................................................................................................................................74
第一章 绪 论
1
第一章 绪 论
1.1 课题的研究背景
早在 3600 多年前我国就已经使用天然冷源，不仅该应用的记载时间是世界上
最早的，而且应用广泛。现代机械式制冷是从 20 世纪初美国人威利斯•开利博士发
明的第一台空调开始的，至今已有超过百年的历史。机械式制冷的空调最早应用
于化工、食品、制药以及军火等行业，直到 1928 年才出现了家用空调，20 世纪
50 年代以后，家用空调才真正走进千家万户。当今，空调在我们的日常生活中已
经非常普遍，并且各种新型空调也层出不穷，不仅表现为系统形式的多样化，而
且从空调的冷热源到空调的末端产品更是种类繁多，空调已经进入一个追求舒适、
健康、节能、智能化的时代。
随着科技的发展和社会的进步,人们对活动环境的品质（特别是办公环境和居
住环境）要求在不断提高，建筑耗能也在一路攀升，并且在各行业中的总耗能中
所占的比例也在不断加大。我国建筑能耗在全国能源总消费量中所占的比例已从
上世纪七十年代末的 10%上升到目前的 27%，与发达国家相比较的话，这一数字
还会增大，最终会上升到 35%左右。而目前我国的绿色节能型建筑的总面积还远
不如发达国家，并且已建成的房屋属于高耗能建筑的总面积就有 400 亿平方米之
多。其中在这些高能耗建筑中，空调系统耗能所占该建筑总能耗的比重一般会达
到50%以上，特别是大型公共建筑，这一比重更大。HVAC 系统的节能已经被列
入国家的能源战略，如何降低 HVAC 的系统耗能是建筑节能领域的一项重要课题。
空调系统运行能耗主要包括冷源、热源和流体输配的消耗，冷热源通常为空调机
组、锅炉等，流体输送设备常指水泵和风机。我们不仅要降低空调设备自身的运
行能耗，也要提升整个系统的整体能效比，更要降低空调系统的耗能源头——建
筑自身的能耗（即围护结构、外部环境以及内部运营管理）。
随着人们对室内环境的品质要求的提升，未来建筑既需要处理好建筑能耗问
题，又需要创建一个良好的室内环境，能够做到以上两点的建筑一般被称为生态
建筑。目前，在国际上生态建筑发展的新动向中涵盖了辐射供冷供暖系统实际应
用。辐射空调系统具有良好的舒适性和节能性，近年来其在国内外受到人们的广
泛关注，它在工程上的应用中也越来越多，是一种新型独特供冷供暖方式。辐射
空调可以被视为一种与建筑内部装饰或建筑结构相结合的一体化空调系统，一般
上海理工大学硕士学位论文
2
辐射末端可预埋在建筑结构楼板内或者安装于地板、墙体或吊顶的表面处，并向
其内部通入冷水（夏季）或热水（冬季），形成一个冷热辐射面，通过辐射面与室
内各墙体表面的辐射换热作用，形成一个冷热环境。目前，辐射空调系统在国内
外的多种类型的节能建筑中已获得了应用，系统的优点已经得到了充分的验证，
同时也暴露了其在设计、施工和应用等环节的不成熟和相对的局限性。因此，结
合我们国内的建筑特点和使用习惯，对辐射空调系统进行深入研究非常有必要。
1.2 课题的提出及意义
由于辐射空调系统具有良好的舒适性和节能性，近年来其在国内外受到人们
的广泛关注，它在工程中应用中也在逐步的发展。它与传统供冷方式有很大不同，
目前普遍使用的传统空调系统，主要依靠向供冷房间内送入冷却处理后的空气，
通过对流换热的方式来消除空调房间的热湿负荷。一般来说空调房间的送风量较
大，而且送风温度相对较低，送风量较大会导致人体有较强的―吹风感‖，而送风温
度低会使得房间内垂直温度梯度过高，此种室内环不能满足人体的舒适感。辐射
空调系统一般包含辐射末端和一套新风除湿系统，其中辐射末端来处理辐射供冷
房间的显热冷负荷，新风除湿系统来处理辐射供冷房间的湿负荷，因此辐射空调
系统也可以成为温湿独立控制系统。辐射供冷房间一般没有传统空调房间的―吹风
感‖、也没有室内机的噪声、而且房间的温度比较均匀，不像传统空调那样在送风
口附近―吹风感‖强烈、温度很低（夏季）或很高（冬季），辐射空调系统可以给人
们提供一个舒适的环境，并且它还具有较大的节能潜力。另外，在传热方面，辐
射空调系统的传热过程与传统对流式空调系统不同，它的除热辐射与对流换热共
同作用耦合的传热过程，其辐射传热占总传热的比例比传统空调系统中的要大，
其传热及转变为负荷的形式也与传统空调系统的不同。
既然辐射空调系统存在这么多独特性，它在设计以及设备选型上也必然会与
传统空调的有些不同，其中辐射供冷房间冷负荷的计算、设备系统的选型就一般
不能使用传统的思路做。辐射空调系统的冷负荷是确定辐射板面积的大小和供冷
主机的设备容量的必要依据。在正常的工况下，辐射吊顶板的供冷能力是一定的，
其中石膏板吊顶的供冷能力为 60 W/m2左右[1]，金属吊顶板的供冷能力在 100
W/m2左右[2]，因此即使房间的湿度控制的很精确，辐射板也并不适用于各种类型
的建筑和空间，当室内显热负荷很高（大于 100 W/m2）时，单独使用辐射吊顶
板就很难满足系统设计要求。随着近年来建筑节能技术的应用发展，通过对既有
建筑进行针对性的节能改造，比如外窗使用 Low-E 双层窗、增设内遮阳或外遮阳、
相关推荐
-
新能源项目融资计划VIP免费
2024-12-31 12 -
新能源汽车运营服务公司商业计划书VIP免费
2024-12-31 7 -
上海xxx新能源股份有限公司商业计划书VIP免费
2024-12-31 47 -
绿特新能源商业计划书VIP免费
2024-12-31 9 -
关于新能源充电项目创业计划VIP免费
2024-12-31 13 -
太阳能充电器创业计划书模板VIP免费
2025-01-09 5 -
中国新能源及节能环保材料项目商业计划书VIP免费
2025-01-09 4 -
中国(陕西)xxxx新能源股份有限公司VIP免费
2025-01-09 4 -
阳光新能源公司创业计划书VIP免费
2025-01-09 4 -
新型纯电动安全汽车项目商业计划书VIP免费
2025-01-09 5
作者：侯斌
分类：高等教育资料
价格：15积分
属性：78 页
大小：3.25MB
格式：PDF
时间：2025-01-09
