冷暖辐射空调的若干理念和合理应用

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1、冷(暖)辐射空调的若干理念和合理应用北京市建筑设计研究院张锡虎2009-10-14冷(暖)辐射空调的理念,最先可能来自欧洲。这个理念的出发点,是建筑围护结构的节能问题。受太阳与地球相对位置变化的影响,会发生春夏秋冬四个季节环境温度变化。例如:北京年最大温差约可达50℃(从-15℃到35℃)。但是,人体能适应温度的范围大约为:较高标准18℃-28℃(温差10℃)较差标准12℃-32℃(温差20℃)改善建筑围护结构的热工性能,或者采用自然通风等方法,使室外温度对室内温度波动的影响大幅度减小,缩短依赖人工冷热源进行采暖空调的周期,大大降低空调能耗。欧洲推出的冷(暖)辐射空调新理念,一定要基于建筑能耗

2、极低的节能建筑。1)从热舒适性指标看冷(暖)辐射空调的优势房间的热舒适性并非单一与干球温度有关,还与风速、相对湿度、平均辐射温度、服装热阻和新陈代谢率等因素有关。《采暖通风与空气调节设计规范》(GB50019-2003)预计平均热感觉指数(-1≤PMV≤+1)和预计不满意者的百分数(PPD≤27%)与风速、相对湿度、平均辐射温度、服装热阻和新陈代谢率等因素有关。例如:当上述因素取下值时夏季冬季风速0.25m/s0.15m/s相对湿度60%40%平均辐射温度比室温高4℃与室温相等服装热阻(clo)0.7(单衣)0.9(厚运动衫、毛线衫)新陈代谢率(met)1.01.0旅游旅馆级别夏季冬季PPD%

3、室温PMV室温PMV一级24℃024℃05二级25℃+0.3723℃-0.378三级25℃+0.5722℃-0.5712四级26℃+0.7222℃-0.7216请特别注意到上表取值中的“平均辐射温度”,即房间各表面的加权平均温度,夏季取比室温高4℃,冬季取与室温相等。夏季采用辐射供冷时,由于可以降低房间的平均辐射温度,辐射温度每降低1℃,约相当于室内干球温度降低1℃的平均热感觉指数。冬季采用辐射供暖时,由于可以提高房间的平均辐射温度,辐射温度每提高1℃,约相当于室内干球温度提高1℃的平均热感觉指数。因此,采用辐射供冷或辐射供暖,可以在一定程度上得到节能和改善房间热舒适性效果。但是,同任何事物一

4、样,辐射供暖特别是辐射供冷也有其一定的局限性。2)辐射供冷能承担的冷负荷冷辐射要严格控制冷表面的结露,板面温度应不低于室内设计工况的露点温度(例如不低于20℃),因此只能负担空调房间夏季空调的部分显热负荷。理论计算公式可采用ASHRAEhandbook:(美国供暖制冷和空调工程师学会手册)★单位面积的总传热量Q=QF+QL★辐射传热量TF辐射体表面平均温度,KTEP其他表面的加权平均温度,K★对流传热量地面(或顶板冷辐射)QL=2.17(tEP-tN)1.31顶面(或地面冷辐射)QL=0.14(tEP-tN)1.25墙面QL=1.78(tEP-tN)1.32tEP辐射体表面平均温度,℃tN室内

5、空气温度,℃室温℃相对湿度%空气露点温度℃冷表面控制温度℃辐射和对流热量W/m2266018193850151652256017183750141551246016173750131451地面辐射供冷的冷辐射量参考值但是,冷辐射能够实际吸收的热量,为什么往往会大于上述按照“不结露”原则计算所得到的数值呢?这是因为房间的得热量中,有相当一部分(如日射、人体、灯光等)是辐射热,可以直接和冷辐射表面之间进行热交换。正如“得热”应区别于“负荷”一样。进入房间的辐射热,并不立即转化为使空气温度上升,而是首先被各个壁面所吸收。冷辐射直接进行了这个换热过程。因此,对于房间冷负荷构成中,有较大比例辐射热的,冷

6、辐射能力会增大。得热量与冷负荷房间得热量不同于空调冷负荷。上世纪七十年代以前,曾将二者混为一谈。1978年8月20日,对京西宾馆一间西向会议室测定:房间最大得热量为2777kcal/h空气最大得热量即空调冷负荷为1429kcal/h空调冷负荷占房间最大得热量的51.46%房间得热量中:对流热直接与室内空气换热成为瞬时冷负荷。辐射热则被围护结构和家具等蓄热体吸收,随后再以对流形式放入室内,成为滞后的冷负荷。如果采用冷辐射,辐射热就会直接被冷表面所吸收,不再以对流形式放入室内。辐射┌───┐┌─→│蓄热体│─--┐┌────--┐│└───┘││房间得热量├→││└--─---─┘││2777│对

7、流┌────┐│└─→┤空气├←┘└──┬─┘↓┌─────┐└→│空调冷负荷│└────--┘1429室温26℃、相对湿度60%、露点温度18℃、表面控制温度19℃其他表面加权平均温度取值地板冷辐射(W/m2)顶板冷辐射(W/m2)辐射热对流热总热量辐射热对流热总热量与室温相等35.91.637.535.927.863.7较室温高1℃41.31.642.941.327.869.1较室温高2℃46

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