图/南京师范大学建筑节能与能源研究院应用研究中心主任 夏学鹰
众所周知，“双碳”大背景下，工业能耗、交通能耗还有建筑能耗，成为整个社会发展的三大能耗。《2018-2023中国建筑节能行业现状调研分析及发展趋势研究报告》指出，建筑能耗占中国能源消耗总量的27%以上，而暖通空调能耗占建筑总能耗的60%~70%。因此，我国出台的《绿色高效制冷行动方案》中明确规定“到2030年大型公共建筑制冷能效提升30%。”的要求。
基于建设背景下的统计数据，2014-2018年中国能源消耗与建筑能源消耗的比例不断上升，从2014年到2018年，5年期间内的工业、交通、建筑三大能耗都是在逐年上升的趋势。而为进一步降低能耗，暖通专业领域通过提高冷热源的能效、降低输配的能耗以及采取高效的换热手段等三方面进行节能。
而当前，换热以送风口、风机盘管等对流形式为主，近几年出现了辐射末端，也有着很多应用的方式。对于暖通行业来说，现在更重要的是契合社会发展背景，节能既是手段，也是目的，但只考虑节能，并不是暖通专业领域的唯一方向，更要在节能的基础上强调舒适和健康。
有研究表明，人体跟环境的换热，在室内设计条件下，人体达到热舒适的热平衡状态时，对流换热占25%～30%，辐射换热占45%～50%，呼吸和无感觉散热占25%～30% 。从这个研究结果来看，暖通专业近百年的发展，实际上严重忽略了辐射占比50%的比例，因此导致冷热舒适度较低，能耗比较高。而随着中央空调系统能耗偏高，把辐射末端和风机盘管结合在一起的复合式空调系统，即——辐射对流复合末端空调系统，则契合了节能性和舒适性两个特性。具有供冷季室内设计温度可提高 1~1.5℃、提高主机供水温度、室内温度场更为均匀、风机盘管低风量运行无吹风感、低噪音等优势。
在辐射/对流复合末端空调系统供冷性能研究上，通过地板辐射供冷换热分析、对流末端供冷换热分析、复合末端系统综合换热分析、热环境及系统性能评价指标等理论分析，结合实验系统介绍、测试的影响因素以及仪器和方法、实验结果分析等实验研究，能够较好的得出辐射/对流复合末端空调系统的节能性及舒适性结论。
其中，主要研究内容是提出辐射/对流复合末端空调系统，通过理论分析、实验研究和仿真模拟相结合的方法研究其供冷性能。包括详细分析辐射/对流复合末端空调系统供冷运行时的换热过程，阐述了冷量分配的理论基础；针对供冷典型日系统稳定运行、不同机组供水温度、不同末端供水流量三种情况进行了实验研究，对辐射/对流复合末端空调系统运行时的室内空气温湿度、垂直方向温度场、围护结构内表面温度、辐射表面温度进行了具体分析；利用TRNSYS软件搭建系统模型，从室内热湿环境、热舒适性、系统供冷量及运行能耗等方面进一步探讨了供水温度对系统供冷性能的影响；通过TRNSYS软件建立单风机盘管系统模型，从室内热湿环境、PMV-PPD、机组COP、系统供冷量及供冷季运行总能耗等方面对辐射/对流复合末端空调系统及单风机盘管系统的供冷性能进行对比分析。
在系统供冷实验与分析方面，复合末端空调系统供冷运行原理是指，热泵输出低温冷水，一部分进入风机盘管为室内空气除湿，同时承担部分显热负荷，另一部分在水控中心与地板辐射系统部分回水混合成高温冷水，重新进入地板辐射系统为室内供冷，达到温湿度独立控制的目的。
而复合系统典型日稳定运行工况的实验结果表明：
室内平均温度为25.08℃，平均相对湿度为58.09%；满足《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范》（GB50736-2012）中的Ⅰ级热舒适要求；地板表面平均温度为23.83℃，满足ISO7730规定的A级标准。
14℃供水时，室内不能达到设定温度25℃，同时平均相对湿度为65.03%，系统除湿能力存在不足；垂直不满意率LPD2均远低于标准规定的Ⅰ级舒适度要求10%，并且随供水温度的上升而降低；系统运行期间地板表面平均温度分别为24.74℃、23.95℃、25.16℃，均在ISO7730规定的适宜温度范围内，但14℃供水时辐射地板供冷能力十分受限。
设置末端不同流量工况进行实验。结果表明：两种工况下室内温湿度、垂直不满意率LPD2均能达到舒适度Ⅰ级要求。地板表面平均温度分别为23.97℃、24.37℃，均在舒适范围19℃~29℃内，相差仅0.4℃，末端供水流量的改变对于辐射表面温度影响较小。
TRNSYS模拟结果表明：三种供水情况下的室内温湿度均能达到Ⅰ级舒适度要求；地板表面平均温度与操作温度均满足国标与ISO标准中的A级、B级、C级标准；PMV、PPD指标均能够达到舒适度Ⅰ级标准；相较7℃供水，10℃、14℃供水时系统COP分别提升了29.91%、30.37%；系统供冷量分别下降了21.84%、49.64%；运行总能耗分别下降了35.46%、63.48%。因此适当提升系统供水温度，能够在保证舒适度的同时达到显著节能效果。
与单风机盘管系统模拟比较结果表明：两套系统温度差异并不明显，但单风机盘管系统存在过度除湿；复合末端系统运行期间PMV均值为0.01、PPD均值为6.31%，单风机盘管系统PMV平均值为0.344、PPD均值为8.13%，均能达到Ⅰ级舒适度要求，但复合末端系统舒适度更佳；复合末端系统运行期间机组 COP最高达到了6.65，平均值为4.99，相较单风机盘管运行时提升了5.1%；典型日运行过程中复合系统比单风机盘管系统有近5%的冷量节省和14.80%的节能率。
