1、第 41 卷，总第 237 期2023 年 1 月，第 1 期 节 能 技 术 ENEGY CONSEVATION TECHNOLOGYVol.41，Sum.No.237Jan 2023，No.1基于外墙内嵌管的大温差空调系统研究穆宜轩，范思非，姜坪，谭永辉(浙江理工大学 建筑工程学院，浙江杭州310018)摘要:根据冷量品位分级的思想，提出一种新型空调系统。该系统将冷冻水依次通过风机盘管、新风机组和外墙内嵌管中，外墙内嵌管利用高温冷冻水，消除外墙传热负荷，甚至可利用外墙内壁面吸收室内空气热量，从而减少房间空调负荷，改善室内热舒适性，同时提高冷冻水的供回水温差，减小输配能耗。通过理论计算和数值
2、模拟，与传统空调系统对比，模拟房间空调负荷可减小21 0%，外墙内壁面温度可降低 4 7，冷冻水供回水温差可达107，冷冻水流量可减少535%。关键词:低品位冷量;大温差小流量;内嵌管墙体;热舒适性;数值模拟中图分类号:TU831 4文献标识码:A文章编号:1002 6339(2023)01 0031 07esearch on Large Temperature Difference Air ConditioningSystem based on Inner Wall PipeMU Yi xuan，FAN Si fei，JIANG Ping，TAN Yong hui(School of Civ
3、il Engineering and Architecture，Zhejiang Sci Tech University，Hangzhou 310018，China)Abstract:According to the idea of cooling capacity grade classification，a new type of air conditioningsystem is proposed The system passes the chilled water through the fan coil unit，the fresh air unit andthe inlaid p
4、ipes in the outer wall in turn The inlaid pipes in the outer wall use high temperature chilledwater to eliminate the heat transfer load of the outer wall，and even use the inner wall of the outer wall toabsorb indoor air heat Thereby reducing the air conditioning load in the room，improving the indoor
5、thermal comfort，and at the same time increasing the temperature difference between the supply and re-turn of chilled water，reducing the energy consumption of transmission and distribution Through theoreti-cal calculations and numerical simulation，compared with the traditional air conditioning system
6、，theair conditioning load of the simulated room can be reduced by 21 0%，the temperature on the innersurface of the exterior wall can be reduced by 4 7，the temperature difference between the supply andreturn water of the chilled water can reach 107，and the flow of chilled water can be reduced by 535%
7、Key words:low grade cooling capacity;large temperature difference and small flow;built in pipe wall;thermal comfort;numerical simulation收稿日期2022 05 25修订稿日期2022 07 20作者简介:穆宜轩(1998 )，男，硕士研究生，主要从事建筑节能和建筑热环境方面的研究。我国每年新建建筑的数量已经超过西方发达国家年新建数量的总和，根据我国大型办公建筑能耗数据分析，其中暖通空调能耗比重最高，占总电耗的41 9%1。“大温差小流量”系统是在保证舒适度的前
8、提下减少冷量输配的能耗、降低初投资的一种空调系统。陆陈灼2 提出大温差系统在系统运行上相对13传统系统可以减少年运行费用 30%，可以减少初投资 5%10%。郁惟昌等3 提出四种大温差机组，在一定范围内，供水温度自 7 起，每降低 1，在回水温度不变的情况下(供回水温差增加 1)，水流量减小 10%左右，而供冷量提高 3%左右。茅柳豪4 研究表明在同样的供水温度下，供回水温差越大，单位制冷量功耗越小，从而电机的输入功率也会减少。魏汝华等5 提出大温差供冷系统设计方案，通过对广州某中央商务区能源站项目的大温差供冷系统实际应用，相比常规温差(7/12)供冷系统，采用 3/13 的供冷设计在满足建筑
9、正常供冷需求的同时年节约 1 75 GW h 的系统能耗，达到经济节能的目的。Jiang 等6 提出通过循环水回路的温差和流量的变化来改善空气源热泵供热系统的性能系数，在测试后可知大温差小流量的系统 COP 平均提高 6%8%，论证了大温差小流量的可行性和效益。Lee 等7 通过计算大温差冷冻水系统的各部分能耗，表明温差大的冷冻水具有良好的节能效果，同时对大温差空调冷冻水方案进行优化计算，结果表明空调冷冻水供回水最佳温差为 7 2。内嵌管式围护结构是通过在地板、天花板或墙体中嵌入管道，在管道中通入冷冻水或热水进行辐射供冷或供热的系统，通过围护结构本身的蓄热能力和导热能力，与室内环境进行辐射和对
10、流换热，减小围护结构内外壁面的温差，从而减少围护结构的温差传热，改善室内的热舒适性8。陈尚斐等9 通过软件模拟得出，地板供冷的表面峰值冷负荷高出墙面供冷 16 01%，墙面供冷的水侧峰值冷负荷高出地板供冷 7 92%。郝满晋等10 提出在围护结构中盘管利用低品位冷水的流动，对室内环境进行辐射供冷，该系统具有热效率高、热舒适性好的特点。徐新华等11 12 提出将管道埋在外围护结构中，夏季通入高温冷水(19 至 23)进行供冷，水温每降低1，墙体外表面热流值可升高3 41 W/m2，流体带走的热量增加 6 05 W/m2，墙体内表面热流值降低264 W/m2，室内空调负荷明显减少。李春莹等 13
11、提出在双层窗户间嵌入管道，当入口水温20 时，窗的内表面温度低于室内温度，起到供冷作用。Lv 等14 提出在外墙中嵌入管道，通过地源热泵产生的冷却水，对室内进行自然冷却，在北京的节能率超过 80%。Chong 等15 提出将管道嵌入围护结构中，在冬季供暖情况下，通过空气源热泵产生的低温热水，可以减少 84%的内表面传热，外表面的散热仅增加 18%。内嵌管式围护结构中的冷水来源主要是热泵机组、冷却塔机组、地下水等，利用这些冷热源会增加系统能耗，在一定程度上影响节能效果。我国地下水资源有限，过度抽取地下水会导致地面沉降。基于外墙内嵌管的大温差空调系统采用冷冻水首先进入末端风机盘管，再进入新风机组，
12、最后进入围护结构内嵌管中，系统流程如图 1 所示。图 1基于外墙内嵌管的大温差空调系统流程图李先庭等16 提出传统的空调系统将室内的热源、围护结构的得热、新风热量全部由高品位冷源处理，由于冷机生产低温冷水的效率相对较低，导致空调能耗较高，因此提出显热负荷的品位分级思想，即将负荷按温度分成高品位负荷、中品位负荷、低品位负荷，根据热力学第二定律，针对不同品位的负荷，分别利用高品位冷量处理高品位负荷、中品位冷量处理中品位负荷、低品位冷量处理低品位负荷的方式。基于外墙内嵌管式的大温差空调系统首先利用制冷机的高品位冷量通过风机盘管，对较低温度的室内空气进行冷却除湿处理，考虑到新风机组需要对室外高温空气进
13、行除湿，所以将离开风机盘管的中品位冷量对新风进行冷却除湿，最后利用新风机组换热后的高温冷冻水(低品位冷量)，对内嵌管墙体进行换热冷却，将室外空气通过围护结构传递的热量用高温冷冻水带走，消除或减少围护结构的传热量，同时房间内壁面温度相比传统房间内壁面温度有所降低，甚至围护结构内壁面还会吸收室内的热量，减少室内空调负荷。该系统利用冷量品位分级的思想，充分利用低品位冷量，节省能耗，同时提高室内热舒适性。1模拟房间空气处理过程计算以西安市某商业楼办公室为例，由文献 17 可知西安市的相关设计参数:夏季空调室外计算温度tW=351，相对湿度为 54%，焓值 hW=827 kJ/kg。夏季室内设计温度 t
14、N=26，相对湿度为 60%，焓值 hN=60 4 kJ/kg，室内露点温度为 17 66。办公室内有 4 名工作人员，建筑面积为 9 m2，23房间净高为 2 4 m，办公室体积约为 21 6 m3，单位面积空调冷负荷取100 W/m2，夏季办公室不含新风的冷负荷为 900 W。夏季每名轻度劳动的成年男子的散湿量为 0 109 kg/h，则夏季不含新风的湿负荷为 0 436 kg/h。同时该办公室南面墙为外墙，其余墙体均为内墙，室内空调系统采用风机盘管+新风系统，外加墙体内嵌管系统，风机盘管承担室内冷负荷，新风机组只承担新风本身的负荷。夏季热湿比x的计算式为=QW=0 91 21 104=7
15、431 kJ/kg(1)式中 夏季工况下空气状态变化的热湿比/kJ kg1;Q 夏季工况下办公室的冷负荷/kW;W 夏季工况下办公室的湿负荷/kg s1。室外空气状态点 W 经过冷却减湿到达状态点L(机器露点)，经风机温升到达状态点 K，M 点为室内状态点 O 经风机盘管处理后的空气状态，与状态点 K 混合后达到室内送风状态点 O 送入室内。空气处理过程的焓湿图如图 2 所示，L 点的干球温度为 tL=21 4，焓值为 hL=60 4 kJ/kg;O 为送风状态点，其干球温度为 tO=18 0，焓值为 hO=47 8kJ/kg;M 为经风机盘管处理后的状态点，其干球温度为 tM=12 6，焓值
16、为 hM=33 4 kJ/kg;热湿比 为 7431 kJ/kg。图 2风机盘管+新风系统夏季工况焓湿图夏季工况下送风量的计算式为q=QhN hO=0 960 4 47 8=0 071 kg/s=241 5 m3/h(2)式中q 室内总送风量/kg s1;Q 室内负荷/kW;hN 室内状态点焓值/kJ kg1;hO 送风状态点焓值/kJ kg1。新风量按 30 m3/(h人)计，总新风量 qw为120 m3/h，由式(2)得出的总风量 q 为 241 5 m3/h，风机盘管处理的风量 qF=q qw=241 5 120=121 5 m3/h。风机盘管负担的冷量为QF=qF(hNhM)=0036(604 334)=0974 kW(3)式中QF 风机盘管负担的冷量/kW;qF 风机盘管处理的风量/kg s1;hN 室内状态点焓值/kJ kg1;hM 经风机盘管处理后的状态点焓值/kJ kg1。新风机组负担的冷量为QW=qW(hWhL)=0035(827 604)=0796 kW(4)式中QW 新风机组负担的冷量/kW;qW 新风机组处理的风量/kg s1;hW 室外状态点焓值/kJ kg1
