辐射供冷空调系统的设计及运行特性分析文献综述
2020-04-26 11:52:55
随着我国经济持续快速增长和人民生活水平的逐步提高,建筑事业发展迅速,人们对建筑室内环境舒适性和建筑节能性的要求也越来越高,这意味着对通风空调技术提出了更高的要求。对于暖通空调领域的人来说,舒适与节能已成为最重要的课题。
在能源消耗中,建筑能耗大幅度地增加,占总能耗的比重越来越大。所谓建筑能耗,国内外习惯上理解为使用能耗,即建筑物使用过程中用于供暖、通风、空调、照明、家用电器、烹饪、给排水和热水供应等的能耗。据资料统计,中国建筑能耗的总量逐年上升,在能源总消费量中所占的比例已从上世纪70年代末的10%,上升到近年的27.45%。根据建设部统计,建筑能耗的比例从2002年的27.6%快速上升到现在的33%以上。据有关资料统计,公共建筑中,空调制冷采暖所消耗的能耗占到建筑能耗的50%—60%,按照以上比例推算,空调采暖能耗将占到总能耗的15到2O%,而且随着经济的发展,采暖地区的扩大,以及空调建筑的增加,建筑能耗比例趋势将越来越大。目前国内外能源问题日益紧张,由此可见,节能对社会发展与进步具有重大意义。
与此同时,现代人在满足了基本的生活需求之后,越来越关注身心健康。随着停留在室内的时间增多,类似“病态建筑综合症”、“大楼并发症”等亚健康病态的出现,人们意识到室内环境对人体健康的重大影响,因此对办公和建筑的室内环境提出了更高的要求。暖通空调的主要任务迫在眉睫,室内热舒适性的研究也成为焦点。
综上所述,节能与舒适性良好的空调系统将得到人们更多的关注与研究,空调系统设计是改善室内空气品质和降低建筑能耗的途径之一。室内热环境理论的进展、热舒适指标的建立,不仅使人们对热舒适有了更深的认识,更使节能技术进入了一个新的发展阶段,目前人们研究的热点之一——辐射供冷供热技术正是这一理论的具体应用。根据热舒适指标理论和人体热平衡理论,采用辐射方式直接作用于人体,在室内空气温度较高(夏季供冷工况)、较低(冬季供热工况)的条件下,仍可使人体处于舒适状态,并且比较符合在舒适时人体习惯的辐射散热与对流散热的比例关系,因而相对于传统的对流传热方式具有明显的节能性和舒适性。但单一的辐射系统不能满足人们对新风的需求,达不到室内空气品质的标准。随着置换通风技术的出现和发展,若能将两者有机的结合起来,作为一种新型的空调组合方式,这样既克服了辐射系统的不足之处,同时也使置换通风系统得到更进一步的推广和应用。近年来,一种源于欧洲的空调系统——顶板辐射供冷与置换通风复合系统,因为其在热舒适、室内空气品质和节能性等方面的诸多优点,被国内许多学者关注和研究,并在一些智能建筑中得以应用。
辐射供冷是指降低维护结构内表面一个或多个表面的温度,形成冷辐射面,依靠辐射面与人体、家具及维护结构其余表面的辐射热交换进行降温的技术方法。辐射面可以通过在维护结构中埋入(设置)冷媒管路来实现,也可以在天花板或墙外表面加设辐射板来实现。
顶板辐射供冷是通过循环空气、水、水溶液或电阻丝控制顶板的表面温度,利用顶板表面的低温度与围护结构或室内空气进行热交换,通过直接的辐射和间接的对流作用来消除室内冷负荷,对流和辐射的比例依赖于整个冷却顶板的表面积和沿着表面的气流运动等设计形式。顶板辐射供冷主要有辐射板和埋管式冷顶板两大类。辐射板可以用金属、钢管或非金属管配以金属板材或石膏、塑料等非金属板材制成。由于冷空气密度大,采用顶板时,对流传热较大,但即使是这样,热交换主要通过辐射方式进行,一般顶板供冷的辐射传热份额要占到50到75%,对于底部封闭的冷却顶板来说,其辐射热交换量一般在75%以上,而对于底部开孔的冷却顶板来说,其辐射热交换量一般在50%左右。它与吊顶结合,悬挂于空间顶部,安装、检修方便,可以很好的与室内装修配合。顶板辐射空调系统另一种常见的方式是直接将空调水管敷设在吊顶表面,与吊顶粉刷层(如石膏板)等结合,同样以空间顶面为辐射表面,施工、安装、维修方便。冷却顶板表面温度可以通过调节供水温度及水量来调节,从而调节制冷量。冷却顶板的传热有两种形式,即辐射和自然对流,两者的传热比例取决于顶板的物理特性以及顶板附近的空气流动方式。对于封闭式辐射板式,两者比例大约为1:1,而对于敞开式对流板式,对流传热的比例要大一些,制冷量也较大。如果我们要强调舒适性,且尽量不影响置换通风的流型,则最好使用封闭式辐射板式。
顶板辐射供冷的优点: