文章编号：CAR034在公共建筑使用的“直冷式空调系统”的技术研究和探讨严继光1汤广发2涂敏2罗伯特·汪3（1燕通企业；2湖南大学土木工程学院；3澳洲注册高级工程师）摘 要本文介绍了一种新型的辐射及新风空调系统，同时对系统进行了实验分析。

该系统包含两项专利，专利冷辐射板和专利新风机。

专利辐射板具有非常强的辐射能力和均匀的表面温度场。

按照专利双级表冷器新风机技术设计制造的高效、节能具有较强除湿能力的新风机，在极端的南方“回南”气候条件下运行，仍取得了很好的除湿效果。

本技术解决了国内外同类产品在我国南部地区运行产生的严重结露的弊病，同时取得了非常好的节能效果。

许多前来参观的同行多次对“辐射空调”的表达方式表示了反对，作者旅居澳洲的朋友在实验楼享受了“没有吹风感，而能迅速感受凉爽的空调”以后，建议取名为“直冷式空调系统（direct cold air-conditioning system）”，作者欣然采纳。

关键词辐射冷却辐射冷板双级表冷器新风机直冷式空调INVESTIGATION AND DISCUSSION OF THE DIRECT COLDAIR-CONDITIONING SYSTEM IN THE PUBLIC BUILDINGSYan Jiguang1 Tang Guangfa2 Tu Min2 Robert Wang3（1 The Senior engineer of air conditioning and the Chairman of Yantong company；2 College of civil engineering of Hunan University, Changsha 410082；3 Registered Senior engineer of air conditioning in Australia, fellow of ASHRAE）Abstract A novel radiation cooling air-conditioning system coupled with fresh air unit has been presented and experimentally analyzed. This technology consists of two patents, one is the patent of novel radiation cooling ceiling and the other is the patent of two stages surface cooler fresh air unit. The temperature pattern of the novel radiation cooling ceiling with grate radiometric force is very flat. The fresh air unit can dehumidified the process air efficiently, even in the extremely hot humid areas, such as South China. Compared with like products both here and abroad, this novel air-conditioning system has sorted out the problem of condensation in South China. After personal experiences, many professions suggest that this novel air-conditioning system can be called “direct cold air-conditioning system”. Keywords radiation cooling radiation cooling ceiling two stages surface cooler fresh-air unit direct cold air-conditioning system1 常规医院空调现状以及辐射冷板空调在医院应用的优势2003年一场震惊世界的后来被称作“SARS”的呼吸道传染病，由中国起源波及世界。

当时，在大型医院中央空调是传播病毒的第一杀手！病人呼出的病毒被风机盘管吸入再送出，扩大了污染区域。

虽然病人走了，但余留在滤网、表冷器和风管上的病毒，仍不断地散发到空调空间。

为了防止疾病扩散，卫生部通告停止使用一切空调系统。

尽管卫生部发布了“空调系统强制性清扫规范”，但几乎没有人实施，原因是现有风机盘管系统清扫困难，而且成本太高。

辐射板空调是一种没有风机盘管和送风管的空调系统。

该系统采用全新风，室内没有空气循环，使用天花供冷或者供热。

发生流行疾病时只要使用简单的表面消毒技术对天花地面和墙壁消毒就可以了。

在医院等公共建筑应用时完全可以避免流行疾病的交叉感染。

2 国内外技术现状及我司产品的优点辐射空调技术起源于欧洲[1,2]，已有多年的历史，以其具有的舒适性和经济性在美国、日本和澳大利亚得到快速发展，其系列化的产品得到日益广泛的应用。

十年前，欧洲的kaRo和Lindner等公司开始推广辐射空调技术，由于欧洲的气象参数比较低，大多数使用在采暖的场合，具有很好的舒适度，并取得了非常好的节能效果。

现在已有国外企业介入中国市场。

欧洲技术在亚洲遇到热湿气候时，产生了严重的凝露问题。

德国某公司在中国在深圳的办公楼和澳门的样板工程都无法调试成功。

德国其他公司目前在国内也没有造出样板房，其设计为了避免结露将处理新风的冷水降到比传统出水温度7℃以下的5℃。

由于所需冷水温度的降低导致冷水机组蒸发温度的降低，机组COP下降，最后大大削弱了节能效果。

结露问题是该技术在中国推广的焦点问题。

另外，因辐射板空调一次投资较传统空调型式高很多，以及国内用户对其尚不熟悉，并未得到推广。

国内同行也进行了大量的实验和研究，一部分是在欧洲毛细管技术的基础上进行的，但出现的是和欧洲技术同样的结露问题。

另一部分同行试图从降低室内湿度来消除结露现象来进行研究，并开发出“溶液除湿”技术。

但国内同行对辐射空调技术的核心“辐射强度和空调效果”方面的研究做的较少。

多年来我司对辐射空调及新风系统进行了大量的研究和实验，针对欧洲技术发生天花的结露的现象，设计开发出一种表面温度场均匀，辐射传热量大的新式冷顶天花。

同时，针对其关键技术“新风处理的深度”研制成功一种具有双级表冷器的新风处理机，以上技术已经申报实用新型和发明专利成功。

其专利号分别是：200720060407.9、200820050512.9、200810029359.6。

3 作者开发成功的新型“直冷式空调系统”3.1 专利辐射顶板作者在欧洲也曾发现利用毛细管的冷顶有结露的痕迹。

欧洲技术为了避免结露，在冷顶表面安装了露点传感器，但是由于建筑材料传热的滞后，还是不能及时防止冷顶的结露。

欧洲技术的结露形状呈现的是冷管形状。

结露现象给我们的重要提示是：结露表面呈现了不均匀的温度分布。

欧洲的冷顶结构由于表面温度的不均匀，为了达到足够的辐射强度，需要降低进水温度。

于是，问题就出现了。

由于冷管和冷板的接触面的温度很快达到露点温度，即使附近板面温度还很高，冷顶已经出现冷管形状的结露，并导致供水阀的关闭，系统无法启动运行。

根据辐射换热的“斯忒藩-玻尔兹曼定律”，辐射传热量与两个辐射体的温度的四次方之差成正比。

为了达到足够的辐射传热能力，要降低冷顶温度，而且冷面温度场均匀才能具有能影响人体舒适度的辐射强度。

我们的实验研究从改善冷顶表面温度场的均匀度着手，研究成功一种专利冷顶产品。

经过实验证实，在热湿地区采用传热性能好的金属水管和金属顶板作为冷顶基础材料是适宜的，塑料毛细管和石膏顶板由于其传热反应滞后，适宜供热季节使用。

不适宜夏季热湿负荷大的地区使用。

以下是专利冷顶的结构介绍。

如图1和图2所示，传热铜管在金属扣板上按照设计计算安装长度，铜管用绝热支架支起。

图1 扣板安装铜管示意图2 铜管与扣板的结合方法如图3可见铜管上面用一面是铝箔，另一面是由保温材料严密覆盖，铝箔向下。

铝箔与铜管和部分扣板接触。

以上结构的传热方式与传统的结构不同，铜管不与金属扣板直接接触，管内的部分冷量，首先传递给铝箔，在铝箔上横向扩散，通过辐射和对流传热给扣板。

由于空气热阻的存在，扣板表面的温度较冷水平均温度高约2～4℃，较传统的冷冻天花相比，扣板表面温度场均匀的多，实际传热面积大，辐射强度调节范围大，可以满足使用要求。

图3 玻璃棉与金属板之间密封图4 板与板的联接3.2 专利双级表冷器新风机辐射空调的天花设备，可以使用较高温度的冷源，使得制冷机的出水温度升高，因制冷效率提高而节能。

另一方面，该系统的新风处理要比其他形式的空调系统要求严格。

尽管实验证实在冷辐射空间人的散湿量要比传统空调少，但是新风除了要承担了室内除湿的任务，还可能承担新建筑系统开机调试或者室内发生大量散湿的极端湿负荷。

综观国内许多试验失败的原因，其中一点就是新风处理的深度不够，造成冷顶天花结露。

为了满足新风除湿要求，包括许多国外公司都采用了比传统供水温度更低的供水温度（6℃）来处理新风，然后再使用水－水交换器将水温提高供应冷顶天花。

此举使得辐射空调在提高制冷机组效率方面全无优势。

作者结合多年前在纺织空调中双级喷水室处理空气的实践经验，经过实验（图5），发现沿等含湿量线不同相对湿度状态的空气析湿量差异很大。

研究成功具有双级表冷器的新风机，实验结果表明，专利新风机的出风温度可以比较接近出水温度，以下转载的是新风机专利报告的内容。

图5 等湿但不等温状态空气除湿实验3.2.1 具有双级表冷器的新风机的发明内容本发明专利要解决的技术问题是如何克服现有新风空调机出风参数高、除湿效率低出且风参数不稳定的缺陷，提供一种高效、节能，具有较强除湿能力的新风处理机。

本实用新型专利将表冷器分成Ⅰ、Ⅱ两级，低温冷媒先进入Ⅱ级表冷器，将在Ⅱ级表冷器通过热湿交换而升温的中间温度冷媒供给Ⅰ级表冷器使用。

室外高温高湿的新风先与Ⅰ级表冷器进行热交换，新风降低了温度提高了相对湿度（达到图5实验相对湿度95％的状态），该状态空气再与Ⅱ级表冷器的低温水进行热湿交换，达到目标露点温度，由于进入Ⅱ级表冷器的是中间状态的空气，该状态空气经过Ⅰ级表冷器处理，削减了新风参数的波幅，所以专利新风机出风状态比较稳定，实验结果证明专利新风机的在新风参数变化较大时，出风参数较常规的新风机出风参数稳定的多。

由于中间状态的空气相对湿度高，通过温度较低的第二级表冷器时，其去湿能力得到提高，出风的含湿量较传统的新风机低的多。