辐射吊顶面板系统向下制冷能力的实验室评估|制冷能力|吊顶板|天花板|辐射|风管

吊顶水力辐射板（在本报告中统称为“辐射吊顶板”）通过热辐射和自然对流来提供供暖和制冷，而非像传统的风管式空间调节系统那样采用强制对流。来自锅炉、冷水机组、热水器或空气源热泵的热水或冷水，流经附着在天花板上的管道，与下方空间内的居住者和家具进行热交换。图 ES-1 展示了辐射吊顶板相关的传热模式。

图 ES-2 展示了一种典型的现场建造辐射吊顶板组件。该组件由 PEX（交联聚乙烯）管组成，管道嵌入金属导热板两侧边缘的凹槽中，并铺设在搁栅间距的中央，与天花板石膏板的阁楼侧表面紧密接触。在该组件上方铺设阁楼保温层，以最大程度减少向阁楼的热量散失，确保供暖和制冷能量被输送到受调空间内。编译陈讲运

本项目采用多种实验室测试和分析方法，研究了辐射吊顶板的制冷输送效率与阁楼保温水平的关系。输送效率是指输送到受调空间的供暖或制冷能量，除以空间调节系统增加或移除的总供暖或制冷能量。供暖或制冷输送方式的损耗越低，输送效率就越高。对于风管系统，空气泄漏和热损失（尤其是在风管安装在阁楼内时）都会降低输送效率；而对于由冷热水供给的辐射系统，输送效率仅受热损失的影响，这可以通过在面板上方或“背面”提供充足的保温层来缓解。由于辐射吊顶板安装在天花板平面或其下方，因此默认情况下，辐射吊顶板上方的阁楼保温层应能提供充足的背面保温。

然而，与风管系统一样，准确计算包含输送系统预期损耗在内的设计负荷，是有效系统选型过程的重要组成部分。因此，为了准确选型辐射吊顶板系统，设计人员和建模人员必须了解预期的损耗情况。由于辐射吊顶板的损耗主要是向阁楼的热损失，因此必须结合阁楼保温水平来理解这些损耗。

技术方法

本项目的具体研究目标如下：

• 确定一个最低的阁楼保温水平，使辐射吊顶板的热损失大致达到符合2021年《国际节能规范》（IECC）规定性要求的风管系统水平（约12%损耗）；并确定一个保温水平，使其将损耗限制在2021年IECC中对辐射吊顶板的假设范围内（组件在阁楼内时约5%损耗，完全在受调空间内时为0%损耗）。

• 评估实验室发现与现有的 EnergyPlus® 辐射吊顶板建模方法是否一致，并尝试找出任何差异的来源。

• 尝试找出其他对辐射吊顶板性能产生负面影响的因素，以及能够减轻这些影响的安装实践。

• 传播研究成果，以确保实际安装的输送效率符合行业预期。

现场建造的辐射吊顶板在 Frontier Energy 的建筑科学研究实验室（BSRL）进行了评估。该实验室配备了一个专门设计的环境测试舱，具有可独立控制的室内空间和阁楼空间，以及高度可调的天花板。遗憾的是，用于升降阁楼的组件在天花板周边密封和保温不够完善，导致了潜在的能量损失，而在实际的住宅辐射吊顶板应用中，这种损失不会如此显著。这些面板在稳态制冷条件下进行了评估，保温水平范围从 R-19 到 R-109。测试条件是基于 Frontier 在辐射吊顶系统领域数十年的实地经验而选定的。关键数据点包括：室内空间和阁楼空间的空气温度、辐射吊顶板的总热流量、所有面向室内的表面温度，以及穿过面向室内的天花板表面的热通量。

这些数据被用于通过以下三种方法计算辐射吊顶板与室内空间之间的传热率（即“向下”热通量，包括辐射和对流两部分）：

热通量传感器的面积加权平均值。

ASHRAE 手册（ASHRAE 2020）中提供的方程和方法。

Birol Kilkis 开发的简化计算模型，该模型在辐射系统研究中被频繁引用（Kilkis, Sager, and Uludag 1994）。

之所以采用多种方法来确定向下热通量，是因为热通量传感器在实际应用中可能存在不确定性。