一、前言
隨著近年來國內(nèi)地板輻射供暖技術以及熱泵技術在東北地區(qū)的普遍應用。人們對地板輻射供暖的舒適、便于分戶計量等特點形成了普遍的共識。就地板輻射供冷目前有很多學者在作著理論模型繁的試驗和研究探討，作了大量的分析并且取得一定的成果和結論。針對如何將地板輻射這樣的傳熱體系作到供暖和供冷相結合，使得住宅建筑達到空調(diào)環(huán)境，利用地板輻射完成冬季供暖和夏季供冷的目標。筆者經(jīng)過近年的實踐和研究證明利用地板輻射和熱泵技術相結合，進而形成一種空調(diào)環(huán)境系統(tǒng)在住宅建筑中可以廣泛的應用。本文將對地板輻射空調(diào)環(huán)境系統(tǒng)做具體的闡述和可行性分析。
二、地板輻射空調(diào)環(huán)境系統(tǒng)的前提條件和有別于傳統(tǒng)空調(diào)的特點
通過人體在空調(diào)環(huán)境下的舒適度的研究和探討，得出的結論是:在供冷狀態(tài)下地板表面溫度高于19℃，供熱狀態(tài)下地板表面溫度低于29℃，是人體舒適度感覺的良好的區(qū)間值。低于19℃和高于29℃的地板輻射都會引起人體的不舒適。19℃~29℃地板表面溫度的控制決定了地板輻射空調(diào)環(huán)境的實現(xiàn)。也決定了其運行中的意義。熱泵技術是能夠滿足這個條件控制的冷熱源。地板輻射和熱泵技術相結合是實現(xiàn)這一空調(diào)條環(huán)境系統(tǒng)的前提。也就是說地板輻射空調(diào)環(huán)境系統(tǒng)的先決條件是有低溫值熱水和高溫值冷水作為系統(tǒng)的冷熱源。通過地板輻射盤管室內(nèi)末端形式，輔助以空氣調(diào)節(jié)設施而實現(xiàn)。其特點如下：
（1）它通過使用一套地板輻射盤管系統(tǒng)通過采暖季和空調(diào)季的熱源和冷源介質(zhì)切換，輔助以空氣調(diào)節(jié)來達到空調(diào)環(huán)境的功能需要。在現(xiàn)在成熟的地板輻射采暖的技術基礎之上增加了夏季制冷，通過增加溫控、空氣置換、流量控制等輔助設施實現(xiàn)一種相對的空調(diào)環(huán)境。
（2）改變了傳統(tǒng)意義上的全空氣系統(tǒng)、半空氣系統(tǒng)的空調(diào)模式。它結合各種空調(diào)理論上研究模型和結論。轉化成實際應用。
（3）它充分利用了現(xiàn)在熱泵技術提供的低溫值熱水和高溫值冷水的冷熱源。實現(xiàn)了環(huán)保節(jié)能。
它與傳統(tǒng)*空調(diào)形式的區(qū)別主要有以下幾個方面：
（1）地板輻射空調(diào)以輻射換熱為主以對流換熱為輔。新風置換主要為滿足衛(wèi)生需要以及補充冷量的不足，系統(tǒng)的新風比全空氣系統(tǒng)風量大為減少。大大減少了風機的能耗。整個系統(tǒng)可以耗費較少的能量，將冷量輸送至目的地。而常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)是以對流換熱為主它通過輸送同等的冷量則需要大能耗風機來實現(xiàn)。有關實驗資料表明,與常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)相比,地板輻射空調(diào)環(huán)境系統(tǒng)可以節(jié)省風機能耗70%~80%.*一項就可以減少空調(diào)系統(tǒng)的峰值用能的30%~40%.
（2）別與傳統(tǒng)空調(diào)系統(tǒng)，地板輻射空調(diào)可以使建筑物具有較強的蓄冷和蓄熱能力，加之目前節(jié)能建筑技術日益成熟。使得它的節(jié)能效果高于傳統(tǒng)空調(diào)。
（3）不存在“空調(diào)病”的問題。因為地板輻射空調(diào) 系統(tǒng)末端是地盤管形式，無電機等運轉元器件，無噪聲、無水管結露，因為無凝結水管*了跑、冒、滴、漏的不良現(xiàn)象。尤其是高溫值的冷水運行提高人體的舒適性。解決了傳統(tǒng)空調(diào)的低溫值冷水運行帶來的過冷感覺。
（4）別與傳統(tǒng)空調(diào)的冷熱源。傳統(tǒng)空調(diào)是冷水機組和鍋爐提供冷熱源需要兩套設施，而地板輻射空調(diào)冬夏季共用一套室內(nèi)系統(tǒng)，還可以一套冷熱源—熱泵，不必同時設置鍋爐房（或換熱站）和制冷機，大大減低初投資，提高了設備利用率。就目前住宅建筑的空調(diào)環(huán)境是柜機或多聯(lián)機實現(xiàn)夏季的供冷，冬季靠地板輻射或散熱器實現(xiàn)供熱，而地板輻射空調(diào)環(huán)境系統(tǒng)只要輔以單體的熱回收新風置換機就可以具備了空氣置換的功能。
三、地板輻射空調(diào)環(huán)境系統(tǒng)人們普遍認識中的幾個爭議和誤區(qū)
一）、室內(nèi)置換通風時設置新風的必要性
對于一般民用住宅，居住人口較少，居住面積較大，對是否設置新風系統(tǒng)的必要性爭論較大，筆者通過估算，按每戶平均面積100m2計算，處理新風耗能量約1.35kW左右，如果冷負荷指標按60W/m2考慮，包括冷負荷冷量、除濕冷量、新風冷量約7.5kW左右，新風冷量占總供冷量18﹪。因此，筆者認為在國民經(jīng)濟不太富裕的情況下，采用簡單的熱回收新風置換增加室內(nèi)空氣對流，提高人體舒適感，在不影響室溫情況下也可短時間的開窗通風，*可以解決住宅新風置換的問題，沒有必要單獨設置一套難以控制的新風系統(tǒng)。
二）、冷熱源的選擇
目前輻射供暖在我國東北地區(qū)，冬季利用燃煤鍋爐、燃氣鍋爐，熱電聯(lián)供提供的熱水采暖的較多。隨著分戶采暖的增加，國家能源、環(huán)保的導向作用，也使能源種類和熱源設備趨于多樣化，如電熱鍋爐、單元式燃氣爐，還有熱泵裝置中的地源熱泵、水源熱泵、空氣源熱泵，污水源熱泵等，另外，利用太陽能作為地板采暖的熱源正在實施。由于輻射供暖系統(tǒng)要求水溫低于60℃，因此熱源選擇的范圍較大。夏季冷源也不限于機械形式制冷，還可采用復合冷熱源系統(tǒng)。例如熱泵裝置系統(tǒng)、太陽能吸收式制冷系統(tǒng)、冰蓄冷供冷系統(tǒng)等。
無論使用何種冷熱源，首先充分考慮綜合節(jié)能的效益，在低能耗的前提下獲取大冷熱量。同時也應考慮運行節(jié)能費用。所以綜合性比較冷熱源的形式存在很多需要探討的問題。
三）地板輻射供冷認為的冷輻射面在腳下，有勃于“腳暖頭涼”的健康原則的誤解。
對于人體舒適度，有關研究資料表明：室內(nèi)溫度冬季≥18℃（或20℃）夏季≤26℃室內(nèi)相對濕度30%~70%，地面溫度18（或19）~29℃，空氣平均流速0.1~0.3M/S。是人體*的舒適環(huán)境。地板輻射空調(diào)環(huán)境的供冷供水溫度為16℃/20℃，地板的溫度一般都超過20℃。*在舒適標準的控制內(nèi)，穿鞋的腳更不會感覺到?jīng)?。因為有新風置換在工作區(qū)內(nèi)，縱向溫度場很均勻，在0.1M~1.1M溫度差超過3℃，也不會有“頭熱腳涼”的不舒適感覺。這是普遍認為的誤區(qū)
四）普遍認為冷表面在下，對流換熱量小的誤解。
地板輻射空調(diào)環(huán)境系統(tǒng)總供冷量是輻射熱量與對流熱量之和，并且輻射換熱量主要部分，而影響輻射換熱的一個重要參數(shù)氣體和輻射冷表面之間的角系數(shù)。該數(shù)值的大小取決于人員和冷表面之間的距離以及冷表面的面積。在面積相同時地板相對于其他表面（墻壁、窗戶、天花板等）而言對人體有著更好的角系數(shù)，例如一個6M*6M的房間*的人員采取站姿時地板的角系數(shù)為0.311，坐著時對地板的角系數(shù)為0.4，人體對天花板的角系數(shù)為0.15~0.2，所以地板輻射供冷量要大于頂板供冷量。另外，冷地板的對流換熱量很大程度上取決于熱源，在人體站立的周圍地面的冷空氣受熱會產(chǎn)生上升氣流，對流換熱量也在加強。這樣就必然提高了地板輻射供冷的總供冷量，室內(nèi)高負荷可達到120~150W/M2。這樣的論述是不是有了實驗的依據(jù)。這是同行業(yè)人士的誤區(qū)。地板輻射空調(diào)環(huán)境系統(tǒng)的夏季供冷從另外一個層面是建筑物整體蓄冷，不存在冷負荷增大的問題。
四、地板輻射空調(diào)在住宅建筑中的設計形式簡述
（1）地板輻射空調(diào)環(huán)境系統(tǒng)形式
與目前的地板輻射供暖系統(tǒng)基本沒有太大的變動。都是將熱水或冷水經(jīng)管網(wǎng)輸送系統(tǒng)入戶，進入室內(nèi)管井，分送至每戶的末端裝置-地盤管。不同的是地板輻射空調(diào)環(huán)境系統(tǒng)要求每戶管道入戶處均設供冷水、供熱水冷熱計量、以及室內(nèi)溫度濕度傳感和新風置換裝置。做到了一套管道系統(tǒng)及地盤管末端裝置，繼滿足夏季供冷、又能滿足冬季供暖。冷熱源機房改變了傳統(tǒng)的鍋爐房和冷水機房改用水源或地源熱泵。
（2）供熱、供冷地表面平均溫度
綜合近年來的研究成果，對于供熱地表面平均溫度不宜超過29℃， 29℃是地面供暖系統(tǒng)地表溫度的極限。供冷地表面平均溫度不應高于19℃ 。室內(nèi)空氣溫度應控制26℃較宜。在腳與頭部之間的豎向溫差（從0.1～1.1m）應低于2℃。 空氣的濕度不應高于15g/Kg。冷地表面平均溫度對室內(nèi)垂直溫差比較小，制冷主要以冷輻射方式進行，工作高度從0.1～1.1m之間,溫差低于0.4～ 0.5℃范圍內(nèi)。 地面供冷時，只要地面溫度相同，地面材料對于熱舒適的影響可以不予考慮。 夏季冷地表面設計溫度的確定，應根據(jù)人體舒適性和經(jīng)濟性雙方面的要求綜合考慮確定,夏季設計冷地表面溫度一般為應控制在19～20℃。
（3）地板輻射空調(diào)環(huán)境系統(tǒng)供冷、供暖的冷熱源
采用水源或地源熱泵通過置于室外的水源或埋管換熱器的能量采集系統(tǒng)提供低溫值熱水和高溫值冷水冷熱源。地源熱泵技術，是利用地下的土壤溫度相對穩(wěn)定的特性,，通過消耗電能，在冬天把低位熱源中的熱量轉移到需要供熱或加溫的地方，在夏天還可以將室內(nèi)的余熱轉移到低位熱源中,達到降溫或制冷的目的。地源熱泵不需要人工的冷熱源,可以取代鍋爐或市政管網(wǎng)等傳統(tǒng)的供暖方式和*空調(diào)系統(tǒng)。冬季它代替鍋爐從土壤中取熱,向建筑物供暖;夏季它可以代替普通空調(diào)向土壤放熱給建筑物制冷。水源熱泵是利用地下水、地表水進行冷熱交換來作為水源熱泵的冷熱源，冬季把水源的熱量“取”出來，供給室內(nèi)采暖，此時為“熱源”；夏季把室內(nèi)熱量取出來，釋放到地下水、地表水中，此時水源為“冷源”
在制熱工況下可以提供40℃~55℃的熱水，高溫機型可以達到70℃。在制冷工況下可以生產(chǎn)15℃~19℃的冷水，低溫機型可以達到8℃。*滿足地板輻射空調(diào)環(huán)境系統(tǒng)的要求，具有巨大節(jié)能效益和環(huán)境效益。
五、地板輻射空調(diào)環(huán)境系統(tǒng)可行分析結論
地板輻射空調(diào)環(huán)境系統(tǒng)利用一套系統(tǒng)同時用于夏季供冷和冬季供暖，減少了設備初投資，提高其使用效率，在節(jié)能性、舒適性，排出室內(nèi)有害氣體從而改善室內(nèi)空氣品質(zhì)方面具有其他采暖空調(diào)系統(tǒng)不能比擬的優(yōu)勢。具備便于利用自然能源和節(jié)能性冷熱源的優(yōu)點
地板輻射供冷與置換通風相結合以及溫度濕度自動化控制可以根本解決結露問題。詮釋了由于人們擔心地板結露問題，熱舒適性問題以及冷地板的供冷能力問題和疑慮
具備優(yōu)于傳統(tǒng)空調(diào)人們所關心的冷熱舒適性問題，把地板溫度控制在18～20℃的范圍內(nèi)，在夏季不會產(chǎn)生腳冷的感覺，與新風置換相結合，則可以承擔室內(nèi)的全部冷負荷。根據(jù)東北不同的地點、區(qū)域、住宅建筑。采取相應的設計*可以解決各個方面的問題,達到空調(diào)環(huán)境的各項指標。
地板輻射空調(diào)環(huán)境系統(tǒng)運用于民用住宅，使得住宅冷、熱源一體化，即節(jié)省工程造價、節(jié)約能源，又改善室內(nèi)環(huán)境。實踐證明熱泵系統(tǒng)在整個服務周期內(nèi)的平均費用將低于傳統(tǒng)的空調(diào)系統(tǒng)。作者認為本技術應用前景非常廣闊.為今后進一步推廣打下了良好的基礎和經(jīng)驗。
