单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,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,(GB 50019-2003,),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/s,0.15m/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）,1.0,1.0,旅游旅馆级别,夏季,冬季,PPD,%,室温,PMV,室温,PMV,一级,24,0,24,0,5,二级,25,+0.37,23,-0.37,8,三级,25,+0.57,22,-0.57,12,四级,26,+0.72,22,-0.72,16,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,ASHRAE handbook：,(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=Q,F,+Q,L,辐射传热量,T,F,辐射体表面平均温度,K,T,EP,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）,Q,L,2.17(t,EP,t,N,),1.31,顶面,（或地面冷辐射）,Q,L,0.14(t,EP,t,N,),1.25,墙面,Q,L,1.78(t,EP,t,N,),1.32,t,EP,辐射体表面平均温度,t,N,室内空气温度,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/m,2,26,60,18,19,38,50,15,16,52,25,60,17,18,37,50,14,15,51,24,60,16,17,37,50,13,14,51,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,2777,kcal/h,空气最大得热量即空调冷负荷为,1429,kcal/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/m,2,）,顶板冷辐射（W/m,2,）,辐射热,对流热,总热量,辐射热,对流热,总热量,与室温相等,35.9,1.6,37.5,35.9,27.8,63.7,较室温高1,41.3,1.6,42.9,41.3,27.8,69.1,较室温高2,46.7,1.6,48.3,46.7,27.8,74.5,较室温高3,52.2,1.6,53.8,52.2,27.8,80.0,较室温高4,57.6,1.6,59.2,57.6,27.8,85.4,但是，房间冷负荷构成中辐射热不同比例条件下的冷辐射能力，还没有严密的理论计算方法。,正如地面辐射供暖的负荷计算，仍沿用一般对流供暖方式的计算方法略加修正一样，辐射供暖和辐射供冷的技术原理和设计基础资料环节,仍处在认识过程中，滞后于应用，尚需要通过实验和工程应用不断探索。,3)冷（暖）辐射空调的方式,所谓冷（暖）辐射空调，一般采用将冷（热）媒管道敷设于房间的地面、顶或墙面的方式。冬天通过热媒水，形成热辐射，夏天通过冷媒水，形成冷辐射。如果是地面的冷热辐射，可称为“冷暖地面”，如果是顶板的冷热辐射，可称为“冷暖顶棚”。,所谓“毛细管网”，也是冷（暖）辐射空调的一种形式。采用较一般地面辐射供暖加热管较细的外径为3-5mm的塑料管组成管网，或称之为“席”，用砂桨将其抹在地面、顶或墙面内。或预制在不同材质的天花板模块内，称之为“吊顶毛细管模块”。,其实，冷（热）媒在管网内的循环，同其他采暖空调水系统一样，完全是依靠来源于系统循环水泵的机械循环动力，根本不是真正意义上的毛细管作用。,正如初期将这种特征的空调方式戏称之为“告别暖气空调时代”或“恒温恒湿”一样，带有一定的商业炒作味道，暖通空调的业内人士，大多并不认同这种对专业术语的轻率命名。,4）辐射供冷的除湿问题,夏季的空调需要对空气进行减焓除湿。除湿过程以及补充辐射供冷承担冷负荷的不足，只能依靠其他空气处理手段。,例如:,配置独立新风处理系统，将新风的绝对含湿量处理到低于室内设计绝对含湿量，例如：较室内设计绝对含湿量低3g/kg，取新风“送风湿差”不小于3g/kg。这样，处理后的新风除了担负新风本身湿负荷和房间内的散湿量以外,还可以担负部分冷负荷。,溶液除湿或冷却除湿,如果新风只需要担负新风本身湿负荷和房间内的散湿量,则有条件采用溶液除湿。,如果新风还需要担负部分冷负荷,则宜采用冷却除湿。,显然，独立新风方式适用于热、湿负荷较小的场合。而且，应按照承担除湿负荷确定所需最大新风量，还应该在,除湿所需最大新风量与卫生要求所需最小新风量,（例如冬季）之间，采取有效的变风量措施。,配置常规的空调系统，将,辐射供冷设施作为常规空调系统的补充,。适用场合显然广泛多了。虽然只是一种“补充”，也可以不同程度减少常规空调系统的容量，由于节能和改善房间热舒适性效果的优势，值得加以提倡。,奥运篮球比赛场地,五棵松体育馆,的观众休息厅，北京市建筑设计研究院就采用了这样的设计。,北京工业大学陈超教授等,在,北京某办公楼的大堂,，实施了地板辐射冷热联供系统改造，2009年夏季实测结果表明，可在地板表面不凝露和送风系统关闭的条件下，大堂空气温度维持在24.6-26.5范围。,5）不宜刻意作辐射供冷的配置,有些工程需要设置地面辐射供暖(例如需要保证冬季温度的高大空间)，在此前提下，完全可以“利用”现成的辐射供暖设施，在夏季供给适当的冷媒，自然形成辐射供冷条件，何乐而不为呢？,如果本来就不需要或不适合设置辐射供暖，而辐射供冷所可以担负的冷负荷在总冷负荷中的比例又很小时，刻意作辐射供冷的配置，就很可能会得不偿失。,因为，配置地面、墙面或顶板的冷热辐射，需要对建筑装饰或其他设施，提出多方面的限制,甚至要牺牲其他方面的功能,特别是建设标准较高的公共建筑,从设计的整体往往很难完善实施。,6）认真对待冷媒问题,为充分发挥辐射供冷可以采用温度较高冷媒的优势,以及防止辐射供冷设施冷表面结露，应通过认真计算，合理确定和采取可靠技术措施控制冷媒温度。,而为保证独立新风处理系统或空调系统有足够的除湿能力，又需要较低的冷媒温度。,应从提高冷源设备效率的角度，认真寻求合理的冷源系统配置方案。,7）若干认识问题,将辐射供冷的新风下送风方式，称之为“置换通风”，这偷换了暖通空调专业的理论概念。“置换通风”的机理，是送入的冷空气层依靠热浮升力的作用上升带走热湿负荷和污染物，因此只适用于全年送冷的区域。当送入热风时，将不再属于“置换通风”范畴。,有人认为：辐射供冷应位于房间上部，辐射供暖应位于房间下部，认为如果采用地面辐射供冷，将形成“冻脚”的不舒适感。,热气流上升、冷气流下沉，这是对流换热的一般概念，但是，难以做到同时配置供冷和供暖的两套设施。,事实上，辐射供冷或辐射供暖的传热过程主要是辐射，作用于房间的各个表面。,对于层高不大的建筑，经工程实测证明，无论采用地面辐射还是顶辐射，供暖或供冷时室内垂直温度场分布和各表面的辐射温度，均不会有“想当然”那样大的差异。辐射供冷时，一般也要控制表面温度在20左右，根本不致于会发生“冻脚”的问题。,但是,采用地面辐射还是采用顶板辐射,对供暖量或供冷量会有较大的影响。主要是其中的对流传热量部分。,地面辐射的对流供暖量会大于顶板辐射的对流供暖量。,顶板辐射的对流供冷量会大于地面辐射的对流供冷量。,因此，有必要根据房间冷和热的负荷特性以及建筑构造特征，合理确定辐射方式。,若干工程的冷暖顶板，采用D,E,25的PB管，管间距300mm，埋设于200mm厚楼板下铁之上、水电管道及上铁之下的现浇混凝土层内。此种将塑料管埋设于楼板结构层内的敷设方式，因带有对施工安装质量的极大依赖性，不宜作为千篇一律的固定模式。,辐射,供暖或供冷工况的辐射和对流传热量，与辐射体表面温度和室内空气温度存在特定的函数关系。为防止辐射辐射体表面的结露，必须严格控制供冷工况时辐射体表面温度。供暖工况辐射体表面温度，也应该符合GB 50018-2003采暖通风与空气调节设计规范条的规定。,怎样对待室温调节控制问题?,冷热辐射系统的热惰性很大，且许多建筑事实上存在内区和外区的不同负荷密度，且室温很难自主选择，并适应负荷的静态特性特别是动态特性的调节控制。,有以下并不十分成熟的应对措施:,a.由风系统主导进行调节控制,配置常规空调系统，将辐射供冷设施作为常规空调系统的补充,就比较容易实施。,b.依靠上述冷辐射能直接吸收引起负荷波动的主要因素辐射热的“自平衡”作用,但由于“自平衡”作用的量概念尚不完善,会存在相当程度的盲目性。,