主動式冷梁在辦公建筑中的應用與分析

李愷杰 李瑞捷 張 莉

（大連大學 建筑工程學院，遼寧 大連116622）

主動式冷梁是輻射空氣調節換熱系統末端設備，國外研究是從20 世紀80 年代開始，目前這項技術已成熟，在很多建筑中得到了應用。但在我國還沒有得到普及，本文以大連地區一所三層辦公樓為研究對象，根據其建筑結構和性能參數研究了主動式冷梁系統形式是否適應我國的建筑和氣候的特點，將其與風機盤管系統進行對比，探討主動式冷梁系統的性能參數及能耗大小，討論其節能效果，為今后主動式冷梁在我國不同地區、各類建筑形式中的應用以及相關產品的開發和研究提供理論參考，為冷梁技術的推廣應用奠定基礎。

1 空氣調節末端簡介

輻射空調換熱系統分為輻射式和對流式，輻射式常見有吊頂式，對流式包括冷卻吊頂和冷梁系統，冷梁系統由主動式冷梁和被動式冷梁組成。冷梁作為一種新型的輻射對流式空調末端，其主體是一個翅片管冷卻盤，當空氣通過鋁制翅片間隙，即進行對流換熱。由于外形酷似橫梁，故得此名。

1.1 被動式冷梁

被動型冷梁末端依靠完全自然對流原理進行夏季制冷，熱氣流上升冷氣流下沉，會使室內產生循環氣流。從末端流出的空氣會形成兩股相反方向的氣流，沿著吊頂流向冷梁的兩側，然后緩緩的流到用冷場合。由于沒有風機的強吹風，提高了用戶的舒適性。

1.2 主動式冷梁

主動式冷梁末端用來進行室內熱/冷負荷的處理。夏季經處理的主氣流進入到冷梁中，通過噴嘴進入冷梁的下端，根據文丘里效應，當高速流動的氣流通過阻擋物時，在阻擋物的背風面上方端口附近氣壓相對較低，從而產生吸附作用，冷梁下端的房間空氣受到低壓作用而向上流動，在通過換熱器得到冷卻。冷卻后的空氣和主氣流混合，溫度低于房間溫度，起到冷卻室內空氣，達到制冷的作用。在冬天換熱器中流動的是熱水，滿足供熱的需求。

2 計算模型建立

2.1 建筑模型

以大連某辦公樓。該樓層平面長34.5 米，寬7.8 米，高度為10.5 米，辦公用房15 間，辦公人數為每個房間8 人，見圖1。

圖1 建筑構造圖

2.2 參數計算模型

采用主動式冷梁空調系統設計方案

2.2.1 大連地區夏季室外空氣設計參數：

干球溫度td=28.4℃；濕球溫度tw=25℃2.2.2 夏季室內空氣設計參數：

溫度：t1=22～24℃；相對濕度：ψ=40-60% ；風速：v≤0.3m/s

2.2.3 本次實驗室內設計參數：

溫度：tn=23℃；相對濕度：ψ=50% ；新風量：每人所需最小新風量30m3/h

根據計算條件：大連市室外空氣焓值hw=91.44KJ/Kg，含濕量dw=20.69g/kg，空氣密度ρ=1.2kg/m3，房間室內空氣設計的狀態點的露點溫度tf=16.92℃，為了防止結露，冷凍水的進水溫度一定要高于露點溫度，故本次設計的供水溫度設計為17-20℃。濕負荷，日辦公時間為15 個小時，房間為一層五間，二層四間，三層六間進行計算。

wmax——工質的最大有用功，kJ/kg；

T——環境溫度℃；

T0——工質進口溫度，℃；

Cp——定壓比熱，kJ/(kg·℃)。

3 計算結果與分析

3.1 建筑能耗對比

通過參數計算模型計算，可得出整棟樓層的顯熱冷負荷為Q=153475w，加濕量為61066g/d。風機盤管與主動式冷梁系統參數計算見表1。

表1 風機盤管與主動式冷梁系統參數計算表

通過數據對比可知：在換熱效率上，冷梁系統比風機盤管系統提高10.5%-19.3%；在加濕量上，冷梁系統比風機盤管系統提高15%左右；但由于冷梁換熱時對供水的要求較高，水泵等裝置的功耗會有所增加；在總能耗密度上，冷梁系統比風機盤管系統提高約9%的效率。

通過這樣的功耗對比，可看出冷梁比傳統風機盤管系統更加節能環保。

通過模擬建筑中相關的計算，得到：

表2 風機盤管與主動式冷梁系統效率對比表

表2 風機盤管與主動式冷梁系統效率對比表

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由表中數據可見，多次改變供、回水溫度，同時控制溫差變量，從效率的結果看來，末端的設備冷梁比起風機盤管效率更高，說明主動式冷梁系統比傳統空調系統有節能、高效等先進優點。

4 結論

本次研究主要針對主動式冷梁系統和傳統空調末端系統進行了對比，在構建了建筑模型后，我們采用了如下各方法和軟件模擬實驗：

4.1 在建筑能耗上，我們構造參數計算模型，進行主動式冷梁的數值計算。從表1 的結果得知，單位面積能耗對比中，主動式冷梁比傳統空調系統有著更佳的節能水平。

以上各模擬計算結果均可說明，主動式冷梁系統擁有在節能、環保、舒適、健康等方面比傳統空調系統更加先進的優點。