
随着我国城市化进程的不断加快,建筑能耗在社会总能耗中的占比持续攀升,其中空调系统能耗尤为突出。在“双碳”目标背景下,如何提升建筑能源利用效率、降低空调系统的运行能耗,已成为暖通空调领域的重要研究方向。在此背景下,辐射供冷与空调耦合节能技术应运而生,成为实现高效、舒适、低碳制冷的重要路径之一。
传统空调系统多采用全空气方式或风机盘管系统进行温湿度调控,其主要依赖对流换热,存在送风量大、风速高、噪声明显以及易产生吹风感等问题。同时,为了处理室内湿负荷,往往需要将空气冷却至露点温度以下,导致大量冷量被用于除湿,造成能源浪费。相比之下,辐射供冷系统通过建筑围护结构(如顶棚、墙面)内的低温冷表面与人体及室内物体之间以辐射方式进行热量交换,实现降温效果。由于辐射换热不依赖空气流动,可显著减少送风量,改善室内热舒适性,并有效避免吹风不适。
然而,辐射供冷系统本身存在一定的局限性:其一,无法独立承担除湿任务,当室内湿负荷较高时,若表面温度低于露点温度,极易引发结露问题;其二,系统调节响应速度较慢,动态适应能力弱。因此,单独使用辐射供冷难以满足复杂多变的实际运行需求。为此,将辐射供冷与传统空调系统进行耦合,发挥各自优势,实现功能互补,成为提升整体系统能效的关键策略。
在典型的辐射供冷与空调耦合系统中,通常由辐射末端负责承担室内的显热负荷,而独立的新风系统则专门处理潜热负荷和部分显热负荷。新风经过深度除湿处理后送入室内,既保证了室内空气品质,又有效控制了相对湿度,防止辐射表面结露。同时,由于新风仅需满足人员卫生需求,风量远小于传统全空气系统,大幅降低了风机能耗和输配损失。
从节能角度分析,该耦合系统具有多重优势。首先,辐射供冷可采用较高的冷水供水温度(通常为16~18℃),相较于传统空调系统常用的7℃冷冻水,大大提高了冷水机组的蒸发温度,从而显著提升制冷机的COP(性能系数)。其次,新风系统可通过采用转轮除湿、溶液除湿或低温再生等高效除湿技术,在保障除湿效果的同时降低再热能耗。此外,结合自然通风、夜间通风预冷、相变材料蓄冷等被动式节能措施,可进一步优化系统运行策略,实现能源的梯级利用。
在实际工程应用中,该技术已在北京、上海、深圳等地的绿色建筑、近零能耗建筑项目中得到成功实践。例如,在某国家级绿色办公建筑中,采用顶棚毛细管网辐射供冷结合独立新风除湿系统,全年空调系统能耗较常规系统降低约30%,且室内热舒适度PMV指标长期维持在±0.5以内,用户满意度显著提升。
当然,该技术的大规模推广仍面临一些挑战。一是初期投资成本相对较高,尤其是高精度湿度控制设备和高质量辐射板的造价限制了其在普通民用建筑中的普及;二是系统设计与运行控制较为复杂,需精确匹配显热与潜热处理能力,对设计人员的专业水平提出更高要求;三是部分地区气候潮湿,全年高湿时间长,对新风除湿能力和系统防结露措施提出了严峻考验。
未来,随着智能控制技术的发展,基于物联网和人工智能的自适应调控系统可实现对室内外环境参数的实时监测与预测,动态调整辐射水温、新风量及除湿强度,使系统始终运行在最优工况。同时,新型材料(如高导热复合材料、防结露涂层)的研发也将进一步提升辐射系统的安全性和耐久性。
综上所述,辐射供冷与空调耦合节能技术通过合理分工、优势互补,不仅提升了室内环境品质,更实现了显著的节能降耗效果。在推动建筑领域绿色转型的进程中,该技术展现出广阔的应用前景。通过政策引导、技术创新与工程实践的协同推进,有望在未来成为主流的空调形式之一,为实现碳达峰、碳中和目标贡献重要力量。
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