“五恒系统”在MiC建筑中的应用研究

“五恒系统”在MiC建筑中的应用研究

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       中建海龙科技有限公司 广东 深圳 518110

摘 要： “五恒系统”做为一种新型的舒适性空调与MiC（Modular integrated Construction）建筑结合，增加MiC建筑的舒适性，将“五恒系统”的“恒温、恒湿、恒氧、恒静、恒洁”的特性赋予MiC建筑，研究 “五恒系统”的原理，在MiC建筑中的安装调试，通过实际运行监测分析“五恒系统”的实际运行效果，探索MiC建筑新型空调系统的应用前景。

关键词：五恒；装配式建筑

1 基本原理

“五恒系统”是一种新兴的舒适性空调系统，通过毛细辐射板和新风系统进行空气调节，具备除湿、加湿、换气和过滤功能，“五恒系统”由空气源热泵水循环系统、新风机系统、排风系统、室内环境系统监测（温湿度传感器、PM2.5、CO2传感器）等组成，可以根据室内环境变化调整新风量和辐射板温度，使得室内体感温度保持在24~26℃，相对湿度保持在30~70%，PM2.5浓度低于10μg/m3以内，CO2浓度低于500ppm，提供一个恒温、恒湿、恒氧、恒净、恒洁的人居环境。

I-BOX是一种基于营地消费市场领域的模块化集成建筑产品，将五恒系统运用在I-BOX产品中，可以在满足绝大部分场景下舒适生活的需求。

2 应用场景和系统构成

2.1应用场景

试验I-BOX模拟运用场景位于广东省深圳市，位于东经114°06′，北纬22°55′，属于夏热冬暖建筑气候分区[1]。深圳地区气候多湿热情况，全年光照充足，试验场景模拟单模块户外独立运行模式，为减少太阳辐射得热建筑朝向采取幕墙朝北方向布局（I-BOX属于可移动式建筑，可根据具体场景需求调整定位摆放）。

2.2系统构成

I-BOX五恒空调系统由新排风系统和水循环毛细辐射板制冷（采暖）系统构成，采用集成设计，室外新风机组和热泵机组安装在专用设备舱中，室内无机械设备，减少空调系统运行噪声对室内环境的影响，安装位置详见图3。

新排风系统采用下送上排风方式，新风系统由一台单冷源调湿新风机组对室外空气进行预处理后通过静音风管送至室内，与室内空气混合后通过超静音排风机将室内余热、余湿排出室外，使得室内环境温度、相对湿度保持在设定值范围内。

室内天花和墙壁安装石墨烯毛细辐射板，采用一台风冷热泵机组制冷（热）通过水循环系统对辐射板进行制冷（热），通过自然对流换热和辐射双重作用方式降低（提升）室内环境温度。辐射板通过红外线直接对人体作用，也可以降低（增加）人体的体感温度，使得在制冷模式下室内温度26℃体感温度可以接近24℃，降低能耗的同时保证了舒适度。

2.3冷负荷构成

I-BOX采用单模块户外独立运行模式，冷负荷构成包括围护结构得热、新风冷负荷、户内设备散热、人员活动散热 、照明散热等，冷负荷构成（幕墙朝北向放置）。其中最大冷负荷为新风，约占总冷负荷的49%，通过幕墙辐射和温差传热的得热占总冷负荷的48%，两项冷负荷占总冷负荷超过97%。冷负荷由辐射得热和温差传热两部分组成，当幕墙朝北向时，幕墙的主要冷负荷为太阳辐射直接得热，为减少太阳辐射直接得热，幕墙应尽量朝北放置，幕墙材料全部采用低得热系数、低传热系数的三层中空low-E玻璃，室内设置纱帘做内遮阳，室外采用局部伸缩式太阳能光伏遮阳板遮阳。

3系统运行

3.1新排风系统运行

新排风系统是“五恒系统”保证室内空气品质的核心是系统运行的重要组成部分。为确保“五恒系统”运行的过程不会结露，需要实时监控室内环境干球温度、湿球温度、CO2浓度等空气参数，通过调整新风送风风量、排风量、送风温度置换中和室内湿空气，通过排风系统排出室外达到消除余热和余湿的目的，新风机组和排风机通过控制主机联动运行，使得室内处于微正压状态同时，室内CO2浓度控制在400~500ppm之间。新风通过进风口处G4+F9除尘过滤装置的过滤后送入室内，将室内空气PM2.5控制在10μg/m3以下。新排风系统的运行可以确保室内的“恒湿、恒洁”。

3.2水循环系统运行

“五恒系统”采用水循环制冷（热），采用自然对流方式换热，室内无机械换热装置可以减少室内噪声。顶部空气通过毛细辐射板冷却后下沉与贴近地面的热空气形成自然对流，人员在室内活动无明显的风管，通过对室内离地0.4m，1.6m，2.6m高度温度监控，在制冷模式下，0.4m高度相较于2.6m高度环境温度低0.5~0.8℃。

通过对室内干湿球温度监控，在系统正常运行状况下，室内空气的露点温度在18℃~19℃温度区间，毛细辐射板在制冷模式下的表面温度不应低于20℃[1]，实测辐射板表面温度在20.1~21.7℃之间，无明显结露现象。同理为避免室内围护结构表面结露，五恒系统开机时系统运行顺序分别为新风机组——排风机组——水循环热泵机组，新排风系统运行中和并置换室内湿热空气，当室内空气湿度降低后启动水循环热泵机组，因此五恒系统开机至室内达到设定温度相较于传统空调系统需要更长的时间。

3.3室内舒适度

在系统运行过程中，对室内温度、湿度、CO2浓度、PM2.5进行监控，晴天室外最高干球温度35.1℃状况下，室内环境温度在23~26℃区间波动，相对湿度约60%~70%范围波动，室内干湿球温度详见图2。

图1室内环境温湿度变化情况

体感：成年男性5人实际体验，体型正常，穿鞋长袖工装无帽，分别静坐状态和直立状态，实际体感全部为凉爽，脚部有微风感相较于身体其他部位温度更低，整体感觉舒适。当监测室内干球温度在26℃时，人体实际感受（无风感）相较于传统空调形式更为凉爽，这也印证了辐射制冷的实际体感温度低于环境温度，辐射制冷的体感温度OT=（Ti+TOP）/2，Ti为室内环境温度，TOP为平均辐射温度TOP=Ф1Tf+Φ2Tw，Ф1Φ2分别是人对地板和天花墙壁的形态系数，Tf非制冷围护结构内表面温度，Tw制冷围护结构表面温度[2]，根据等效温度测算，在环境温度26℃时，人体体感温度OT约为24℃较环境温度低约2℃。

人员活动实际感受，在室内干球温度24~26℃相对湿度60%~70%时，感觉相对舒适，无干燥感，当室内相对湿度降低至30~50%时会有轻微干燥感温度适中。因此五恒系统实际运行可以满足人体对环境的舒适度要求，较为适合人员居住。

4结论

五恒系统可以为I-BOX提供24~26℃室温， 30%~70%的相对湿度，能够满足室内舒适性需求。实测居住体验较传统空调形式在相同室温环境下体感更舒适，无凉风直吹更利于保持人体的热湿平衡更为健康，更为洁净的新排风系统，室内PM2.5和二氧化碳浓度符合世界卫生组织健康要求，可以提供更为舒适的居住环境。

参考文献：

[1]中华人民共和国住房和城乡建设部. JGJ142-2012.辐射供暖供冷技术规程[S].北京：中国建筑工业出版社.2012

[2]日本《地板采暖设计施工手册》编委会，鲁翠译.地板采暖设计施工手册[M].北京：中国电力出版社.2009