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低温辐射供冷室内热环境研究方向探析

浏览28次 时间:2018年10月16日 16:10
在建筑中使用空调越来越普遍的今天,传统的空调设备和系统存在着两个主要问题:一是空调系统耗能较多;二是对于长期工作和生活在这种空调环境中的人,由于空调房间的新鲜空气少,空气品质较差,对身体健康产生不良影响,如越来越多的人患上“空调病”、哮喘等,此外还有吹风感等热舒适问题。而辐射供冷具有很好的节能效果,通常认为比常规空调系统节能28%-40% ;而且舒适性也更强,没有吹冷风的感觉,更不存在“空调病”,以及使用分体式空调时室内机噪声的问题。
目前国内外辐射供冷技术的发展越来越快。主要有顶板辐射供冷和地板辐射供冷,已经取得相当的成果,但在侧壁低温辐射供冷方面还少人研究。
1 现状及趋势
低温辐射供冷系统是指通过在竖直墙壁内、天花板或地板中安装盘管,利用墙体、天花板、地板材料的热容性(热惰性),同时利用水循环冷却的作用从而达到控制室温的目的,维持室内温度在人体舒适度范围内的一种供冷方式。这种辐射供冷系统主要利用辐射方式来使房间达到舒适性要求。目前应用和研究相对比较成熟的系统有:冷却顶板,地板供冷,空调墙系统。
冷却顶板辐射式空调系统起源于欧洲,特别是斯堪的纳维亚国家常采用设置在顶棚的供冷辐射板或供冷梁+ 定风量送风系统结构的方式,具有较好的舒适性和经济性,在美国、日本和澳大利亚得到快速发展。近年来,冷却顶板的研究也日益受到国内有关人士的重视。许多高等院校和科研单位都进行了相关的实验研究,在我国有些地区冷却顶板空调也有了成功的应用。
北京建筑工程学院城建系也通过建立天棚辐射供冷系统的物理模型和数学模型,得出冷水温度,管子埋深,埋管间距,管径等对表面温度及换热量的影响。北京工业大学学建筑设备和环境工程实验室在北京市科委的支持下立项研究于2000年6~8 月进行了冷却顶板夏季制冷的实验研究,运行效果令人满意。
但是由于此项技术仍位于研究开发阶段,因此存在一定的缺陷。对于相对湿度较大,露点温度高于或接近设备工作温度时,室内会出现冷凝现象。为了让系统正常工作,需要另行调节室内相对空气湿度,使露点温度降低到系统安全工作的范围以下,其计算不仅要考虑室内原有的空气湿度,还要考虑工作设备和人等产生的散湿量。
地板辐射供冷的研究也处于初始阶段,主要原因在于地板供冷在上世纪90 年代以前,被绝大多数人认为是不可行的。
其原因主要有这样几点:(1)对结露问题的疑虑;(2)认为在舒适性方面,有悖于“脚暖头冷”的要求;(3)认为冷表面在下,对流传热弱,冷量会大大小于顶板供冷。直到上世纪90 年代末,欧洲开始进行这方面的理论和实际应用的探讨,国内近年来也加快了此项研究和应用的进程。研究分析和实践证明,上述担心有些是通过一定技术措施可以解决的问题,有些则是惯性思维或缺乏深入研究而造成的误解。
山东建筑工程学院和南京师范大学以王子介教授为首较早的开始进行这方面的研究。从1998 年开始王教授就开始着手进行这方面的工作。在文献[1] 中,作者论述了地板供暖系统用于夏季供冷在法国的实验和应用。山东建筑工程学院1998年首先在北方进行了地板供冷的理论探讨和实验研究。2001年起,与南京师范大学合作开始在南京进行地板供冷的实验研究,研究了这项技术在炎热、高湿度地区可行性。建造了地板供冷系统的实验室进行了地板供冷-置换通风的实验研究,在样板住宅进行了空气源热泵带地板供冷暖系统的实测研究,对地板的供冷能力、防结露措施、舒适性、实际应用效果、能耗、模拟计算方法等进行了较为系统、全面的研究和探讨,对此项技术在北京地区的可行性进行了分析和论证,实际证明这种系统完全能够达到室温要求,在节省能耗和运行费用方面具有明显的优势。
侧壁辐射目前也有一些研究,但只限于较高温度的辐射供暖,例如板式散热器,而侧壁低温辐射供暖供冷还要更大发展。
2 结语
通过已有案例经验来看,辐射供冷的设计重点在于通过计算冷负荷和辐射面供冷量,选取合适的辐射供冷方式、冷设备,合理布置管道和风口,找出一套切实可行的最佳方案。
由于理论方面的知识在不断研究和发展之中,例如:人体与辐射面间准确换热量的确定,从而涉及到负荷计算的准确程度,辐射面供冷量的确定,舒适性的定量评价等一系列问题,这些问题都需进一步完善;同时由于技术上的总结和相关的规范相对滞后,有关辐射供冷的实例很少,分析不够全面,技术体系尚不完善,为相关设计工作的开展增加了难度。
因此要认识到辐射供冷设计的重点与难点,通过查阅大量的国内外有关资料,分析已有的成功的实例,通过相关的实验分析解决设计中的问题。
参考文献:
[1] 王子介.低温辐射供暖与辐射供冷[M].北京:机械工业出版社,2004[2] 闫全英.天棚辐射供冷系统换热过程的研究[J].建筑热能通风空调,2004,23(6):13-18
[3] 张传成,任锦龙.低能耗天棚辐射制冷和采暖系统[J].建筑技术开发,2003,30(4):75-76
[4] 葛风华,刘熙俊,王春清.平均辐射温度与辐射供暖、辐射供冷[J].
吉林建筑工程学院学报,2006,23(2):44-45
[5] 李清清.低温地板辐射供暖系统的供冷研究[J].山东建筑工程学院学报,2003,18(3):55-56,71.
[6] 王子介,夏学鹰.地板辐射供冷可行性研究分析[J].暖通空调,2002,32(6):56-58.
作者简介:袁萌,湖北宜昌人,汉族,硕士研究生,高校教师,三峡电力职业学院电力工程学院。  

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