把地板采暖升级成恒温恒湿恒氧系统

      随着社会的不断进步，人们的居住条件也在不断提高，人们对室内舒适和健康的要求水平也越来越高。采用空调暖气新风无法达到舒适和健康的高标准。因此出现恒温恒湿恒氧系统，并作为科技住宅的主要组成部分，得到一些开发商和顶级客户的认可。
 

但是目前在技术上掌握恒温恒湿恒氧技术的人还不是太多，市场上相关的技术和相关设备数量也很有限。这就使恒温恒湿系统成本很高，很难得到大范围的推广使用。本文旨在找到一条在常规地板供暖系统之上，经过改型和增加功能设备而达到恒温恒湿恒氧的道路。
 

恒温恒湿恒氧对应的新概念是室内高舒适度和空气质量的高要求。基本概念与空调暖气有很大不同：
 

在29℃的气温下，人裸身安静时的代谢率最低；如适当着衣，则在气温18～25℃的情况下代谢率低而平稳。此时，人体用于体温调节所消耗的能量最少，人感到既不冷也不热，这种热感觉称之为“中性”状态。美国标准ASHRAE55-2002对人体热感觉定义如下：即：冷、凉、稍凉、中性、稍暖、暖和热，共分7级，数值从-3到+3。也就是人对周围环境的主观评价而人体通过自身的热平衡条件和感觉到的环境状态并综合起来获得是否舒适的感觉，这种对热环境表示满意的意识，称为热舒适。
 

人生理新陈代谢热如果和周围环境是平衡的，在心理上就会产生热舒适的感觉。如果周围环境散热量比代谢热大，则产生“冷不舒适”；如果周围环境散热比代谢热小，则会产生“热不舒适”。
 

影响人体新陈代谢热的因素是人体新陈代谢率（活动量），影响环境散热的参数有衣着多少、空气温度、空气相对湿度、空气流速和平均辐射温度。
 

人新陈代谢率单位为met,1met=60W/m2皮肤表面积。不同活动强度新陈代谢率不同。如：睡眠：0.7met; 静坐：1.0met；坐着办公1.2met；站着办公：1.4met；打扫房间：2～3.4met。人体代谢热要散发到外界环境中去，而散热的方式有显热和潜热，潜热是指发汗散湿的方式。    一般情况下，外界温度越高，散湿量越大，潜热在总热量中的比例也越大。
 

由于服装具有保温和透湿作用，因此服装是影响人体热损失和热舒适的重要因素。在一定程度上人们可以通过调整衣着来适应热环境。
 

服装热阻衡量的是服装对新陈代谢散热的阻力。单位为clo, 1clo=0.155m2*K/w。
 

空气温度是影响热舒适的最主要因素。人体对空气温度的变化也最敏感。如果空气温度持续增加，通过空气对流和辐射散发的代谢热就会减少，为了保持人体平衡，就会通过排汗的方式散热，如果排汗受到阻力，则余热会在人体内蓄积，就会产生“热不舒适”，使人体体温升高。反之，产生“冷不舒适”，人体体温降低。
 

潜热的散发不仅与周围空气温度有关，而且和相对湿度、空气流速有关。相对湿度越大，人体汗液蒸发量就越小。所以增加室内空气湿度，在高温时，会增加人体热感；在低温时，会增加人的冷感。
 

周围空气的流速是影响人体对流散热和水分蒸发散热的主要因素。空气流速大会加剧人体的冷感。
 

平均辐射温度是指人体上下和周围四面物体表面的加权平均温度。其对人体辐射散热强度有很大的影响。
 

根据上述影响参数，可以计算出舒适度的大小。舒适度用数值表示，同时舒适度还可以表示成人群的不满意（或满意百分比）。所谓，舒适度设计，也就是把保证室内环境始终处于一个固定的舒适度（或满意度）水平，而对空气温度、湿度、辐射和空气流速的调节控制。
 

按舒适度计算公式，可对不同参数下的舒适度和满意度进行计算。
 

①风扇可降低空调使用时间
 

在静坐的情况下，清凉着装，31℃空气温度，人会觉得很热，但如果有比较强的吹风，比如开风扇，即使31℃，人还会感到很舒适。吹风扇起到3℃温差的作用。
 

注：1)着短裤、短衣和凉鞋，沙发放松静坐；2)情况1和2未开风扇，情况3开风扇距离2米以内。
 

②运动时需要更低的温度
 

注：1)情况2代表扫地条件。
 

③地暖可以增加舒适度
 

地暖可以提高墙壁温度，升高平均辐射温度，提高温暖水平。
 

注：1)衣着：夹克衫、长裤，厚袜和鞋子；2)静坐状态。情况1为散热器，情况2为地暖，同样空气温度，而墙壁温度不同。
 

从上述介绍中可以得出结论：要想构造一个舒适的室内环境，主观上要考虑人在其中的工作状态（新陈代谢率）和衣着情况，客观上要考虑对空气温度、空气相对湿度、空气流速和平均辐射温度的控制。另外还要考虑环境变化条件，如室外太阳辐射热、人群聚集时，产生的额外热量如何保持舒适度稳定，也就是说要动态采取措施调节温度、辐射、相对湿度和风速消除波动影响，达到动态舒适度平衡。
 

如果用空调来采暖和制冷，则室内温度的波动性会很大，空气相对湿度也会有很大的波动。因此空调和采暖最大的问题是，采用开关控制，要么就热要么就冷，很难达到高热舒适度要求。
 

住宅的空调和暖气设计，以空气温度为主，开关控制，仅仅靠温度调节不足以满足高热舒适度度。调整空调和暖气的运行，只能是开关运行，这样只能在冷热两个状态下不停的转换，而不能始终处于适中的热舒适状态。
 

舒适度是6个参数的函数，其中两个是人为参数：衣着和运动状态，这两个与房间的用途有关，相对来讲是固定的。而其他四个是调整参数，需要调整来对应参数的自然波动以维护室内的舒适度水平。
 

影响室内空气温度和平均辐射温度波动的主要因素是室外温度和太阳辐射，要降低其影响就要增加墙壁保温和使用遮阳设备。
 

影响室内相对湿度变化的主要因素是室内外通风换气。冬季干燥的空气进入室内造成室内相对湿度的变化。
 

要保证室内舒适度保持不变，就是要在室内外影响参数的波动条件下，控制空气温度、平均辐射温度、相对湿度和空气速度保持相对稳定。具体措施如下：1）用辐射供冷供暖来抵消室外温度和辐射的影响，辐射冷（热）量存在混凝土蓄热层内，蓄热量很大，可以保证在前面条件波动很大的情况下保持相对稳定；2）对进入室内的空气进行湿度控制处理，保证室内湿度要求；3）对人在房间生活和工作、电器和照明产生的不确定热量等，使用对流换热的方式予以抵消。
 

要设计恒温恒湿恒氧系统，首先要减少室外气候因素对室内的影响，这就要求建筑的节能率要高。否则，室内参数波动过大，保证舒适度稳定难度大。
 

另外还要注意控制通风换气，当室内外空气参数差异很大时，通风换气会使室内空气温度和湿度波动很大。因此，恒温恒湿恒氧住宅都是低能耗建筑，自然通风换气量很低，有些建筑的窗户是不能打开的。如果在一般建筑内使用恒温恒湿恒氧，其舒适度的波动性会大一些，也要采取其他控制处理措施。
 

空调系统送风过程附带除湿，总冷量是潜热和显热之和，不能保证出风温度的稳定。也不能保证湿度的稳定。暖气系统中，空气温度的升高一定带来相对湿度的降低。而恒温恒湿恒氧系则是温湿度独立控制的系统。
 

新风系统在恒温恒湿恒氧系统中的作用是很重要的，新风系统既可供冷（热）调节室内空气温度，也可加湿（除湿）保证室内湿度稳定，还可以提供经过处理的好空气。恒温恒湿恒氧系统一般采用置换式通风。
 

那么，普通的地暖系统可以通过增加部件和控制变成恒温恒湿恒氧系统吗？
 

1）一个普通的地暖系统，通过增加控温混水中心，就可以根据室内需要供热量多少来提高或降低采暖热水温度，进而提高或降低水温，在整体范围内适应需热量变化。当然朝阳和阴面房间还会出现温度不均匀的情况，这时可以通过在该房间供水管路上加装变流量恒温控制阀，当室内温度低于设定温度，流量增加，相应散热量也增加；反之亦然。这样就会自动达到各房间温度的自动平衡。不推荐使用开关阀控制室温，因为开关阀会造成室内温度较大范围的波动。通过这样的改动，普通的地暖系统就变成了一个各室温度可以独立控制，而且温度稳定的采暖系统。
 

2）在这个系统之上，在控温混水中心和房间控制器上增加制冷模式，与热源对应的地方增加冷水机组，冬季和夏季切换热源和冷源，控制器也切换制热和制冷模式，系统就变成了辐射供冷供热系统。
 

3）增加置换式新风系统。这个系统主要要解决冬季加湿和夏季除湿的作用，还要为室内提供足量的新风。采用置换式系统的原因是：要想保证室内湿度的稳定，就要把经过湿度处理的空气送到各个房间循环起来，这样湿度就能保证稳定，差异不大。要想循环的好，送风和回风口位置很重要，最好的循环方式是置换式通风，使用下送上回的方式。
 

从设备和控制的角度看，需要改动的地方如下：
 

1.采用控温混水中心，能改变二次供水温度；
 

2.采用变流量恒温控制阀和相应的房间控制器，自动调节房间供热水流量；

3.增加冷水机组，增加地板供冷功能；
 

4.增加置换新风系统，对加湿、除湿和新风进行控制。
 

普通地暖四步改造就可以实现恒温恒湿恒氧系统了。从安装角度看，地暖的改造外观无变化，而置换新风系统（下图左）则是新系统，其可实现的功能见下图右图标。置换新风系统的管道与地暖保温板安装在同样高度，不需要占据使用空间（图右）。地板送风口（图左）一般设计布置在窗户下方，既保证使用效果也不影响家居摆放。
 

综上所述，恒温恒湿恒氧系统是一个温湿度独立控制系统，其由两部分组成：辐射供暖供冷系统和全效置换式新风系统。
 

下图是针对独立式建筑的恒温恒湿恒氧系统方案图。考虑到建筑不是高节能率的低能耗建筑，系统中对夏季辐射较大的区域使用无冷凝风机盘管进行热量抵消。
 

辐射供冷供暖冷（热）量采用两级调节方式，一是根据实际情况自动改变辐射供水温度的“控温混水中心”；二是能根据室内设定温度和实际温度的差距自动调节回路流量的“房间温控器”。控温混水中心可控制水温防止地面结露；房间温控器还可同时控制无冷凝风机盘管，在差距比较大的情况下，快速调节空气温度到位。
 

图左是控温混水中心；图中是变流量恒温控制阀；图右是可同时控制变流量恒温控制阀和无冷凝风机盘管的房间温控器。
 

采用普通的地板埋管方式，间距与布置与一般的地暖工程无差异。热源可采用壁挂炉或几种供热，冷源采用冷水机组。为防止冬季空调水管路结冰，系统采用闭式系统，循环液采用防冻液，防冻温度根据使用地区不同而浓度不同。也可使用地源热泵同时取代冷水机和锅炉。
 

本方案中的新风系统只负责湿度控制和高品质新风。新风主机使用瑞芬德全效新风机，置换式地板送风，联动排风使用卫生间排风扇或独立排风系统。全效新风机内设置空气处理：调温、过滤灰尘、去除异味、清除细颗粒、紫外杀菌、负离子清新和加（除）湿部件。新风机根据需要使用室外空气和室内空气，加（除）湿自动运行。
 

上述系统具有设备要求低、成本低、使用性广的特点。设计简单对设计人员的技术要求低，容易推广使用。
 

见右图，3室2厅，建筑面积110平米，分成5个区进行控制。
 

采暖热源使用壁挂炉，地板供冷供热，全效新风机，要求达到恒温恒湿恒氧的效果。
 

控制要求简单，无需使用者复杂的设置和控制参数调节。
 

壁挂炉、冷水机和地送风主机图片见下：
 

根据使用季节不同进行设备转换，冬季用热源，夏季用冷源。控温混水中心和房间温控器、全效新风机的控制模式也进行相应转换。
 

根据人在房间内的时间分布，在控温混水中心设置根据需要自动调整供冷（热）的供水水温；再设定房间温度湿度；再设定全效新风机的工作方式（室外、室内）、工作状态（纯新风、加湿或除湿）和风速，在加湿或除湿时同时设定停止湿度。
 

使用期间，无需开窗通风，全效新风机能降低室内灰尘，形成无尘土积存的室内环境。
 

1.恒温恒湿恒氧系统与空调暖气系统的设计方式是完全不同的，不仅要考虑温度控制还要考虑影响舒适度的其他参数的控制；
 

2.通过增加设备和控制器，普通地暖是可以改造成恒温恒湿恒氧系统的，主要要增加的是置换式新风系统，而该系统主要功能有二：湿度控制和新风提供；
 

3.本文系统原理清晰，设计简单，容易在独立建筑内实现，而且成本低，使用方便。
 

[1]王昭俊等《室内空气环境》，化学工业出版社，2006；
 

[2]北京舒适时代新技术公司，《舒适度指数计算软件》；
 

[3]瑞芬德（北京）环境科技公司，《全效新风机样本》，2011年。


 

编辑：潮小楠