冷暖輻射空調(diào)的若干理念和合理應用.ppt

冷（暖）輻射空調(diào) 的若干理念和合理應用 北京市建筑設計研究院 張錫虎 2009-10-14,冷（暖）輻射空調(diào)的理念,最先可能來自歐洲。 這個理念的出發(fā)點, 是建筑圍護結構的節(jié)能問題。 受太陽與地球相對位置變化的影響，會發(fā)生春夏秋冬四個季節(jié)環(huán)境溫度變化。 例如:北京年最大溫差約可達50（從-15到35）。,但是,人體能適應溫度的范圍大約為： 較高標準18-28（溫差10） 較差標準12-32（溫差20） 改善建筑圍護結構的熱工性能，或者采用自然通風等方法，使室外溫度對室內(nèi)溫度波動的影響大幅度減小，縮短依賴人工冷熱源進行采暖空調(diào)的周期，大大降低空調(diào)能耗。 歐洲推出的冷（暖）輻射空調(diào)新理念，一定要基于建筑能耗極低的節(jié)能建筑。,1）從熱舒適性指標看冷（暖）輻射空調(diào)的優(yōu)勢 房間的熱舒適性并非單一與干球溫度有關，還與風速、相對濕度、平均輻射溫度、服裝熱阻和新陳代謝率等因素有關。,采暖通風與空氣調(diào)節(jié)設計規(guī)范 (GB 50019-2003 ) 預計平均熱感覺指數(shù)（-1 PMV +1）和預計不滿意者的百分數(shù)（PPD 27%）與風速、相對濕度、平均輻射溫度、服裝熱阻和新陳代謝率等因素有關。 例如：當上述因素取下值時,請?zhí)貏e注意到上表取值中的“平均輻射溫度”,即房間各表面的加權平均溫度,夏季取比室溫高4,冬季取與室溫相等。,夏季采用輻射供冷時，由于可以降低房間的平均輻射溫度，輻射溫度每降低1, 約相當于室內(nèi)干球溫度降低1的平均熱感覺指數(shù)。 冬季采用輻射供暖時，由于可以提高房間的平均輻射溫度，輻射溫度每提高1, 約相當于室內(nèi)干球溫度提高1的平均熱感覺指數(shù)。,因此，采用輻射供冷或輻射供暖，可以在一定程度上得到節(jié)能和改善房間熱舒適性效果。 但是，同任何事物一樣，輻射供暖特別是輻射供冷也有其一定的局限性。,2）輻射供冷能承擔的冷負荷 冷輻射要嚴格控制冷表面的結露，板面溫度應不低于室內(nèi)設計工況的露點溫度（例如不低于20），因此只能負擔空調(diào)房間夏季空調(diào)的部分顯熱負荷。,理論計算公式可采用 ASHRAE handbook： (美國供暖制冷和空調(diào)工程師學會手冊) 單位面積的總傳熱量 Q = QF + QL, 輻射傳熱量,TF 輻射體表面平均溫度, K TEP 其他表面的加權平均溫度, K, 對流傳熱量 地面(或頂板冷輻射） QL2.17(tEP tN)1.31 頂面（或地面冷輻射） QL0.14(tEP tN)1.25 墻面 QL1.78(tEP tN)1.32 tEP 輻射體表面平均溫度, tN 室內(nèi)空氣溫度, ,地面輻射供冷的冷輻射量參考值,但是，冷輻射能夠實際吸收的熱量，為什么往往會大于上述按照“不結露”原則計算所得到的數(shù)值呢？ 這是因為房間的得熱量中，有相當一部分（如日射、人體、燈光等）是輻射熱，可以直接和冷輻射表面之間進行熱交換。,正如“得熱”應區(qū)別于“負荷”一樣。進入房間的輻射熱，并不立即轉化為使空氣溫度上升，而是首先被各個壁面所吸收。冷輻射直接進行了這個換熱過程。 因此，對于房間冷負荷構成中，有較大比例輻射熱的，冷輻射能力會增大。,得熱量與冷負荷 房間得熱量不同于空調(diào)冷負荷。上世紀七十年代以前, 曾將二者混為一談。 1978年8月20日, 對京西賓館一間西向會議室測定: 房間最大得熱量為 2777kcal/h 空氣最大得熱量即空調(diào)冷負荷為1429kcal/h 空調(diào)冷負荷占房間最大得熱量的51.46,房間得熱量中: 對流熱直接與室內(nèi)空氣換熱成為瞬時冷負荷。 輻射熱則被圍護結構和家具等蓄熱體吸收, 隨后再以對流形式放入室內(nèi), 成為滯后的冷負荷。 如果采用冷輻射,輻射熱就會直接被冷表面所吸收,不再以對流形式放入室內(nèi)。,輻射 蓄熱體 - - 房間得熱量 - 2777 對流 空氣 空調(diào)冷負荷 - 1429,室溫26、相對濕度60、 露點溫度18、表面控制溫度19,但是，房間冷負荷構成中輻射熱不同比例條件下的冷輻射能力，還沒有嚴密的理論計算方法。 正如地面輻射供暖的負荷計算，仍沿用一般對流供暖方式的計算方法略加修正一樣，輻射供暖和輻射供冷的技術原理和設計基礎資料環(huán)節(jié), 仍處在認識過程中，滯后于應用，尚需要通過實驗和工程應用不斷探索。,3) 冷（暖）輻射空調(diào)的方式 所謂冷（暖）輻射空調(diào)，一般采用將冷（熱）媒管道敷設于房間的地面、頂或墻面的方式。冬天通過熱媒水，形成熱輻射，夏天通過冷媒水，形成冷輻射。如果是地面的冷熱輻射，可稱為“冷暖地面”，如果是頂板的冷熱輻射，可稱為“冷暖頂棚”。,所謂“毛細管網(wǎng)”，也是冷（暖）輻射空調(diào)的一種形式。采用較一般地面輻射供暖加熱管較細的外徑為3-5mm的塑料管組成管網(wǎng)，或稱之為“席”，用砂槳將其抹在地面、頂或墻面內(nèi)?；蝾A制在不同材質(zhì)的天花板模塊內(nèi)，稱之為“吊頂毛細管模塊”。,其實，冷（熱）媒在管網(wǎng)內(nèi)的循環(huán)，同其他采暖空調(diào)水系統(tǒng)一樣，完全是依靠來源于系統(tǒng)循環(huán)水泵的機械循環(huán)動力，根本不是真正意義上的毛細管作用。 正如初期將這種特征的空調(diào)方式戲稱之為“告別暖氣空調(diào)時代”或“恒溫恒濕”一樣，帶有一定的商業(yè)炒作味道，暖通空調(diào)的業(yè)內(nèi)人士，大多并不認同這種對專業(yè)術語的輕率命名。,4）輻射供冷的除濕問題 夏季的空調(diào)需要對空氣進行減焓除濕。除濕過程以及補充輻射供冷承擔冷負荷的不足，只能依靠其他空氣處理手段。例如:, 配置獨立新風處理系統(tǒng)，將新風的絕對含濕量處理到低于室內(nèi)設計絕對含濕量，例如：較室內(nèi)設計絕對含濕量低3g/kg，取新風“送風濕差”不小于3g/kg。這樣，處理后的新風除了擔負新風本身濕負荷和房間內(nèi)的散濕量以外,還可以擔負部分冷負荷。,溶液除濕或冷卻除濕 如果新風只需要擔負新風本身濕負荷和房間內(nèi)的散濕量,則有條件采用溶液除濕。 如果新風還需要擔負部分冷負荷,則宜采用冷卻除濕。,顯然，獨立新風方式適用于熱、濕負荷較小的場合。而且，應按照承擔除濕負荷確定所需最大新風量，還應該在除濕所需最大新風量與衛(wèi)生要求所需最小新風量（例如冬季）之間，采取有效的變風量措施。, 配置常規(guī)的空調(diào)系統(tǒng)，將輻射供冷設施作為常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)的補充。適用場合顯然廣泛多了。雖然只是一種“補充”，也可以不同程度減少常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)的容量，由于節(jié)能和改善房間熱舒適性效果的優(yōu)勢，值得加以提倡。,奧運籃球比賽場地五棵松體育館的觀眾休息廳，北京市建筑設計研究院就采用了這樣的設計。 北京工業(yè)大學陳超教授等,在北京某辦公樓的大堂，實施了地板輻射冷熱聯(lián)供系統(tǒng)改造，2009年夏季實測結果表明，可在地板表面不凝露和送風系統(tǒng)關閉的條件下，大堂空氣溫度維持在24.6-26.5范圍。,5）不宜刻意作輻射供冷的配置 有些工程需要設置地面輻射供暖(例如需要保證冬季溫度的高大空間)，在此前提下，完全可以“利用”現(xiàn)成的輻射供暖設施，在夏季供給適當?shù)睦涿?，自然形成輻射供冷條件，何樂而不為呢？,如果本來就不需要或不適合設置輻射供暖，而輻射供冷所可以擔負的冷負荷在總冷負荷中的比例又很小時，刻意作輻射供冷的配置，就很可能會得不償失。 因為，配置地面、墻面或頂板的冷熱輻射，需要對建筑裝飾或其他設施，提出多方面的限制,甚至要犧牲其他方面的功能,特別是建設標準較高的公共建筑,從設計的整體往往很難完善實施。,6）認真對待冷媒問題 為充分發(fā)揮輻射供冷可以采用溫度較高冷媒的優(yōu)勢,以及防止輻射供冷設施冷表面結露，應通過認真計算，合理確定和采取可靠技術措施控制冷媒溫度。 而為保證獨立新風處理系統(tǒng)或空調(diào)系統(tǒng)有足夠的除濕能力，又需要較低的冷媒溫度。 應從提高冷源設備效率的角度，認真尋求合理的冷源系統(tǒng)配置方案。,7）若干認識問題 將輻射供冷的新風下送風方式，稱之為“置換通風”，這偷換了暖通空調(diào)專業(yè)的理論概念?！爸脫Q通風”的機理，是送入的冷空氣層依靠熱浮升力的作用上升帶走熱濕負荷和污染物，因此只適用于全年送冷的區(qū)域。當送入熱風時，將不再屬于“置換通風”范疇。, 有人認為：輻射供冷應位于房間上部，輻射供暖應位于房間下部，認為如果采用地面輻射供冷，將形成“凍腳”的不舒適感。 熱氣流上升、冷氣流下沉，這是對流換熱的一般概念，但是，難以做到同時配置供冷和供暖的兩套設施。,事實上，輻射供冷或輻射供暖的傳熱過程主要是輻射，作用于房間的各個表面。 對于層高不大的建筑，經(jīng)工程實測證明，無論采用地面輻射還是頂輻射，供暖或供冷時室內(nèi)垂直溫度場分布和各表面的輻射溫度，均不會有“想當然”那樣大的差異。輻射供冷時，一般也要控制表面溫度在20左右，根本不致于會發(fā)生“凍腳”的問題。, 但是,采用地面輻射還是采用頂板輻射,對供暖量或供冷量會有較大的影響。主要是其中的對流傳熱量部分。 地面輻射的對流供暖量會大于頂板輻射的對流供暖量。 頂板輻射的對流供冷量會大于地面輻射的對流供冷量。 因此，有必要根據(jù)房間冷和熱的負荷特性以及建筑構造特征，合理確定輻射方式。, 若干工程的冷暖頂板，采用DE25的PB管，管間距300mm，埋設于200mm厚樓板下鐵之上、水電管道及上鐵之下的現(xiàn)澆混凝土層內(nèi)。此種將塑料管埋設于樓板結構層內(nèi)的敷設方式，因帶有對施工安裝質(zhì)量的極大依賴性，不宜作為千篇一律的固定模式。, 輻射供暖或供冷工況的輻射和對流傳熱量，與輻射體表面溫度和室內(nèi)空氣溫度存在特定的函數(shù)關系。為防止輻射輻射體表面的結露，必須嚴格控制供冷工況時輻射體表面溫度。供暖工況輻射體表面溫度，也應該符合GB 50018-2003采暖通風與空氣調(diào)節(jié)設計規(guī)范4.4.2條的規(guī)定。, 怎樣對待室溫調(diào)節(jié)控制問題? 冷熱輻