摘要：輻射供冷空調的末端易結露是限制其供冷能力和實際工程應用的重要科學問題。本文綜述了目前輻射供冷末端防結露技術的研究進展，主要從末端供冷表面處理、調控末端供水溫度、獨立送風除濕措施、新材料技術等四方面進行綜述。對當前防結露研究存在的不足進行探討，提出利用新材料技術可以解決結露問題和提升供冷能力，對輻射供冷空調末端防結露的研究方向進行了展望。

　　關鍵詞：輻射空調輻射供冷末端防結露新材料

　　相關論文投稿刊物：暖通空調創刊于1971年，是中國建筑科學類核心期刊，國家期刊獎最高獎項獲獎期刊，中國暖通空調行業惟一的中央級科技期刊，由建設部主管，亞太建設科技信息研究院、中國建筑設計研究院、中國建筑學會(暖通空調分會)聯合主辦。

　　傳統空調方式多以空氣為供冷和換熱介質，通過向室內送入熱濕處理后的空氣并與室內進行熱濕交換，實現對室內溫濕度的控制，但空氣載熱量小、風機耗能大，有吹風感、風機噪音等問題，使得傳統空調系統能耗高、熱損大、室內舒適性差。近年來，以輻射為主要傳熱方式的輻射空調引起了廣泛關注，其具有熱濕獨立控制、溫濕均勻舒適度高、節能等優點。2002年美國能源部把輻射空調列為15項重點發展的節能空調技術之一[1­2]，我國于上世紀90年代引入輻射供冷技術，并對其性能和熱舒適性等開展了大量研究。但輻射空調仍存在一些問題[3­4]：如輻射換熱末端裝置表面易結露，單位面積供冷量不足等，其中空調末端的結露問題嚴重影響了輻射空調的應用[5]。本文針對輻射空調末端防結露研究進行綜述，提煉關鍵問題并對防結露研究方向提出建議。

　　1輻射供冷空調防結露研究進展

　　輻射供冷空調是指由墻壁、地板、吊頂中的盤管內冷媒冷卻而形成的供冷表面通過與人體、家具等熱表面輻射傳熱來調節室內溫度，并使之處于人體舒適范圍的一種空調方式[6]。與傳統空調形式相比，輻射供冷空調舒適性好，節能效益高。但輻射供冷空調的主要問題就是輻射空調末端表面易結露[7]，當冷輻射板表面的溫度低于室內空氣露點溫度會產生結露現象[8]，這大大限制了輻射供冷末端表面溫度，削弱輻射制冷供冷能力，影響輻射制冷的應用[9]。為此，國內外眾多學者針對輻射供冷空調末端結露問題做了大量的研究工作。

　　1.1基于末端供冷表面處理的防結露研究

　　李逸姝[10]將輻射板豎直放置，底部放置冷凝水槽，使輻射板表面結露可沿槽表面滑落至水槽，一定程度上緩解了結露造成的影響。孔祥雷[11]在輻射末端設置“疏導結露”部件，將冷凝水收集并集中排放，避免了冷凝水凝聚滴落和對供冷表面換熱的影響。通過“排水裝置”及時排除結露產生的冷凝水雖然可減小結露對輻射供冷的影響，但表面處理不僅工藝繁瑣，難以推廣使用，而且無法根本解決結露問題。

　　張順波[12]采用一種含空氣層的模塊化冷輻射板，以低導熱的空氣層作為溫度平衡介質，提高了冷輻射板表面的溫度分布均勻性，降低了冷輻射板結露風險。但實際建筑輻射供冷面積大[13]，溫度分布均勻實現難度大。Tang等[14]借鑒荷葉表面超疏水性仿生原理，針對輻射末端表面進行了疏水處理，降低冷板表面親水性，結果表明超疏水表面可降低末端結露風險，但是通過表面處理改變冷板供冷面表面能的程度有限，無法根本解決結露問題。

　　1.2基于末端供水控制的防結露研究

　　Ryu[15]分析了某建筑地板輻射供冷系統的優化策略，并對控供水溫度、控供水流量兩種策略的優缺點進行評價，不僅通過控供水溫度提高輻射表面溫度穩定性并且附加除濕通風系統，可有利于降低結露風險。Wang[16]等通過數值模擬與實驗研究分析冷凍水供水量對冷輻射空調性能與結露狀況的影響，通過反饋算法計算滿足PMV前提的最低輻射供冷表面溫度，再借此調節冷凍水供水量，進而降低結露風險。

　　Simmonds[17]和毛磊等[18]研究了幾種不同供水溫度對吊頂輻射供冷末端結露特性的影響，結果表明輻射供冷表面溫度與供水溫度相關，可通過提高供水溫度降低結露風險。Doosam[19]對地板輻射供冷系統的控制策略進行模擬與實驗分析研究，采用室外復位控制來調節向輻射地板供應的冷凍水的溫度，然后利用室內溫度反饋控制來響應內部負荷的變化，不僅可以解決輻射供冷表面結露，還提高了對室內負荷變化的響應能力。

　　1.3基于獨立送風除濕措施的防結露研究

　　通過獨立送風除濕裝置對新風或室內空氣進行除濕處理[20]，降低室內空氣含濕量，可有效降低輻射供冷末端表面的結露風險。輻射供冷一般可與置換通風，地板送風和貼附射流三種新風除濕方式結合。

　　1)與置換通風相結合Kang等[3]分析了冷輻射表面的結露原因，研究了置換通風對輻射供冷空調的影響，結果表明置換通風與輻射供冷相結合不僅可優化空氣品質，更能解決結露問題。錢佳瑋等[21]采用數值分析方法，分別對單獨采用置換通風，頂板輻射供冷和兩者復合情況下的室內熱環境進行了研究，結果表明采用置換通風加頂板輻射供冷復合系統的舒適性最好，冷板表面結露的可能性更小。

　　2)與地板送風相結合Zhang等[22]研究了吊頂輻射供冷與地板送風結合的復合空調形式，結果表明地板送風可在地面附近形成“空氣湖”，避免濕空氣與低溫地板接觸以防結露。Francisco等[23]研究一種將地板輻射供冷與地板送風相結合的新型末端裝置，結果表明該裝置不僅能提高室內舒適度，增強供冷能力，而且有效防止結露現象。

　　3)與貼附射流相結合Jin[24]等研究貼附射流對輻射供冷室內濕度分布的影響，并分析預除濕對結露的影響，實驗結果表明貼附射流不但在冷輻射板表面形成干燥空氣隔層，而且預除濕可降低室內空氣含濕量，都可有效防止結露現象發生。趙忠超[25]采用數值模擬法研究了豎壁貼附射流輻射空調性能，結果表明貼附射流在冷輻射板表面形成干燥空氣隔層，有效防止結露現象發生。Kong[26]分析了某建筑貼附射流輻射供冷復合空調的貼附射流送風系統與預除濕控制綜合策略，試驗結果表明，復合空調不僅室內舒適度較高，而且有效避免結露，一定程度上優于輻射供冷加置換通風系統。

　　1.4基于特性材料的防結露研究

　　王晉生[27]采用對輻射供冷空調與室內熱表面間輻射換熱波段透過率較高的高分子薄膜材料在輻射末端建立中空夾層，使供冷表面與室內空氣隔離,通過高分子薄膜中空夾層提高與空氣的接觸面溫度，避免表面結露，但是影響了供冷表面的制冷量。Teitelbaum[28]等通過對三種不同的薄膜材料進行傅里葉光譜分析，并對薄膜測試板進行實驗，結果表明在環境溫度32益、相對濕度70%的環境下，5益冷板表面溫度可達26益，該材料可在無結露的前提下保證輻射供冷正常運行，基于該研究的輻射冷卻產品可以在熱環境中滿足使用要求并且不需要額外的除濕設備。

　　2當前研究存在的問題和探討

　　2.1當前研究存在的問題

　　目前輻射末端防結露研究，仍然存在著一些不足之處。1)末端供冷表面處理可緩解冷輻射板表面的結露問題，但對輻射供冷板的制作工藝要求高，批量生產難度大，推廣前景小，而且改善幅度有限，仍屬權宜技術。2)借助新風系統解決輻射供冷結露問題不僅增加了輻射空調系統整體的設計難度，而且增加了新風系統所負擔的冷負荷，相對減小了輻射供冷負荷，輻射供冷系統節能效益降低。

　　3)控供水溫度、控供水流量兩種調控策略對制冷機組，供回水系統及控制系統的要求較高，增加了整個空調系統的運行負荷，并加大了維護難度，間接地影響了系統的穩定性。4)通過溫濕度傳感器的反饋調節對輻射供冷表面進行溫度限制雖然可緩解結露問題，但是人員進出及開、關門窗影引起的室內濕度波動會造成額外的結露風險，穩定性大大降低，輻射供冷空調系統的制冷能力也受限制，并沒有從根本上解決結露問題。綜合前人研究進展而言，單純地從輻射空調系統自身和新風系統角度解決輻射供冷結露問題效果不明顯，節能效益不高，并沒有從本質上解決輻射供冷末端的結露問題。

　　2.2一種新型防結露方式探討輻射供冷末端與室內熱表面熱量交換以輻射換熱為主，輻射換熱波段集中在8~12滋m的長波輻射內[29­31]，王晉生[27]和Teitelbaum[28]都采用對輻射都以對長波透過率高新型薄膜材料為研究基礎，基于輻射傳熱機理，實驗分析新型材料對結露問題的影響，新型材料可以有效提高輻射空調末端與空氣接觸面溫度，從而防止供冷表面結露，并且對輻射換熱影響較小。

　　從傳熱過程分析該防結露方式，采用對輻射換熱波段的透過率較高材料后可提高輻射供冷表面與空氣接觸面溫度，室內空氣與材料下表面進行對流換熱，而輻射供冷表面透過材料與熱表面進行輻射換熱，理論上實現了對流傳熱與輻射傳熱分離。雖然所采用的新型材料削弱了輻射空調供冷表面與室內空氣的對流換熱部分，但可通過降低供水溫度，使得與空氣接觸面的溫度降低至常用的輻射供冷末端表面溫度，這樣不僅達到正常情況下的對流換熱量，避免了結露，而且增大了供冷表面與室內熱表面的輻射換熱溫差，增大了輻射換熱量，整體上提高了輻射供冷空調的制冷能力。目前應用這類新材料技術解決輻射供冷結露問題和分析輻射供冷空調傳熱過程的研究較少，基于新材料技術解決輻射供冷末端結露問題是一個新方向，具有相當大的研究前景。

　　3結論與展望

　　針對輻射供冷空調首要的輻射末端結露問題進行分析，本文通過對國內外輻射供冷末端防結露相關研究現狀及目前研究存在的不足進行分析，從新材料技術角度提出了一種防結露新方向，并對今后輻射空調末端結露問題研究方向進行展望。1)從空調末端供冷表面方面，改善供冷表面溫度均勻性，制定結露冷凝水的排除裝置。2)從送風系統方面，優化送風系統氣流組織，采用預除濕降低室內濕度。3)從系統運行方面，通過傳感器調控供水參數控制供冷表面溫度，優化系統運行方案。4)從傳熱機理方面，借助新型高性能材料、輻射傳熱理論、智能控制方法等相關研究的進一步發展，從傳熱機理或新材料上解決末端結露問題是該領域的重要發展方向。

　　參考文獻

　　[1]RothKW,WestphalenD.EnergyConsumptionCharacteristicsofCommercialBuildingHVACSystems[M].Cambridge:ScottKoszalinski,2002.

　　[2]KyuNamRhee,KwangWooKim.A50yearreviewofbasicandappliedesearchinradiantheatingandcoolingsystemsforthebuiltenvironment[J].Building&Environment,2015,91:166­190.

　　[3]ZKang,XPeng,XiaocongCheng.Analysisofcondensationandthermalcomfortoftwokindsofcompoundradiantcoolingairconditioningsystemsbasedondisplacementventilation[J].Proce­diaEngineering,2017,205:1529­1534.