冷樑 Chilled beam

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冷樑 Chilled beam

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冷樑 Chilled beam
http://www.ceci.org.tw/book/91/web/158-171.pdf

一、冷樑熱交換機制、構造與工作原理
人體對周邊之熱交換主要以下列三種方式進行:

(一)以輻射方式作熱放射
(二)以對流方式作熱放射
(三)汗蒸發方式作熱放射

冷樑是藉由空間的熱負荷(包括人體)和冷樑送風口面板間之溫差所產生『對流』以及『輻射』效應進行熱交換,同時冷樑送出乾冷空氣亦有助於人體皮膚表面之蒸發冷卻,因此冷樑是一結合其內部冰水盤管提供冷能以控制室內溫度,和利用送風與回風溫差形成自然對流及水蒸氣壓力差所建立之空調送風系統。冷樑對人體能量平衡機制(Energy Balance)不同於一般吸頂輻射冷卻板(Ceiling Radiant Cooling Panel, CRCP) 與傳統吸頂出風口。

上述熱輻射為一種類似電磁波形式將能量由高溫熱源以光速向四周直線傳遞,吾人日常生活中最熟悉的熱輻射現象為太陽輻射,輻射熱以電磁波方式行進並直接傳至受熱體但不對空氣加熱。反之,人體直接對冷樑進行『輻射冷卻』,故人體對周邊之熱交換以輻射方式不僅可大量節省送風機耗能並最具熱舒適效果。

表1顯示吸頂輻射冷卻板輻射冷卻效果最優,但因產品每單位面積冷卻能量偏低,故吸頂覆蓋率最高為其主要缺點,冷樑之輻射冷卻效果雖次之,但產品每單位面積可提供冷卻能量遠大於輻射冷卻板,且因產品型式多樣化易於與吸頂結構系統搭配等優勢,近年來已普遍被採用以取代輻射冷卻板。

二、冷樑型式

冷樑分為主動式(Active)與被動式(Passive)兩種型式,依據是否有外氣供給而定。

主動式有外氣連接口由外氣專用空調箱供給,其熱傳機制包括輻射、強制對流與自然對流如圖1[1]所示,其工作原理如下:

(一)外氣專用空調箱系統(Dedicated Outdoor Air System, DOAS)
僅處理外氣負荷,將外氣冷卻除濕後之乾冷一次空氣與區域循環空調箱送風混合後經由風管連接至主動式冷樑。

(二)冷樑內部冷卻盤管以乾盤管方式設計
主要處理室內顯熱負荷故不產生冷凝水,較高溫室內空氣以自然對流上升經由冷卻盤管冷卻後進入誘導風箱,受一次空氣通過噴嘴產生誘導作用(誘導比約3-5倍),相互混合後經由兩側風口送出。

(三)冷卻能量計算
以上說明可知主動式冷樑之冷卻能量(qt)主要由一次空氣冷卻能量(qa)
如公式(1)、與冰水冷卻能量(qw)如公式(2)以及輻射冷卻能量(qr)如公式(3)構成:

qa (W) = Qa×1.23×(tas-tar).....................................(1)
qw (W) = Qw×4.19×1000×(tws-twr)..................(2)
qr (W) = A×0.15×10-8×[(tp)4 - (AUST)4].......(3)
qt (W) = qa + qw + qr.................................................(4)

上列公式中[2]:
Qa:一次空氣流量(LPS),
Qw: 冰水流量(LPS)
tas:一次空氣溫度(°C),
tar:室內溫度(°C)
tp:冷卻盤管表面溫度(°C),
tws:冰水送水溫度(°C)
twr:冰水回水溫度(°C),
AUST:非輻射冷卻面之平均溫度(°C)
1.23:顯熱因數=1.2(1.006+1.84W),
若空氣濕度比W=0.01時
4.19:水之比熱kJ/(kg•K)

(四)被動式冷樑

無外氣供給(需另以其他系統供應至空間),其熱傳機制包括輻射與自然對流如圖2[1]所示,其工作原理如下:

1.外氣專用空調箱系統處理外氣負荷,將外氣冷卻除濕後之乾冷一次空氣另以風管及出風口分佈至室內。
2.被動式冷樑可採用吊掛露明式或開孔式吸頂安裝,開孔式吸頂應有足夠開孔率以利空氣對流。
3.冷卻盤管以乾盤管設計主要處理室內顯熱負荷,冷卻盤管上方預留足夠空間以利較高溫室內空氣以自然對流上升,經由冷卻盤管冷卻後以冷空氣之慣性力向下送風。

(五)主動式冷樑與被動式冷樑差異

主動式冷樑因較被動式冷樑多了一次空氣冷卻能量,故在相同冷樑尺寸面積下,冷卻能量較大可減少裝置數量及吸頂覆蓋率。唯主動式冷樑單價較高,實際應用亦可視空調負荷分佈密度高低而採用主動式與被動式冷樑混合配置方式。
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