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用輻射傳熱的機理來解析RCF技術的研究

一、輻射傳熱的機理

    熱輻射是一種由電磁粒子來傳播熱能的現(xiàn)象。它與傳導和對流有著本質(zhì)的區(qū)別，它不僅有能量的轉移，而且傳熱過程中伴隨著能量形式的轉化，即熱能轉變?yōu)殡姶挪ǎ�輻射出去的電磁波被物體吸收，又從電磁波轉化為熱能。輻射能的傳播不需要空氣傳遞或物體的直接接觸。

    期間普朗克、斯蒂芬和波茲曼、基爾霍夫等科學家對輻射傳熱的研究也取得重大的發(fā)展。為輻射傳熱這門學科奠定了基礎。

    依據(jù)輻射傳熱的基本原理，開發(fā)出輻射和新風系統(tǒng)國際專利技術（Radiant Ceiling and Fresh Air System）簡稱 RCF 技術。

    據(jù)有電費統(tǒng)計的珠海東大寫字樓和香港科技園寫字樓的收費證實，使用該技術后，比較往年電費下降 50%以上。

    1、輻射傳熱的如下特點

    任何物體，只要溫度高于 0 K ，就會不停地向各個表面以電磁粒子的形式發(fā)出輻射能。

    電子粒子可以在真空中傳播，輻射傳熱具有強烈的方向性。

    輻射量與表面黑度、溫度和角系數(shù)有關。

    2、輻射傳熱的四次方定律。

    2.1輻射傳熱的斯蒂芬- - 波茲曼定律

    2.2根據(jù)斯蒂芬-玻爾茲曼（Stefan-Boltzmann law）定律，可以推導出物體 1 對物體 2 的輻射傳熱量Q12 可表示為：

    3、輻射房間輻射傳熱量和人體舒適度的比較

    圖 1-1 是假設兩個輻射面簡化一些變量和影響因素，根據(jù)典型的輻射傳熱過程整理出如下傳熱曲線：

    曲線中軸左邊是1面?zhèn)鞒龅臒崃浚�右邊�?/span> 2 面接受的熱量。由曲線可見，當系統(tǒng)初啟動時冷輻射頂棚溫度和地面、壁面及墻面溫差在△Ta 時，輻射傳熱量非常大，實際輻射板進出水溫差可達 8℃，輻射傳熱量為 Qa 。

系統(tǒng)啟動 20 分鐘以后，地面、墻面表面溫度下降傳熱溫差為△Tb ，輻射傳熱量為 Qb ，冷頂進出水溫差穩(wěn)定在 4℃左右。制冷量急劇減少。

    當室內(nèi)各個表面溫度和輻射板溫度趨近時，室內(nèi)表面溫差進一步降低到△Tc ，傳熱量降到 Qc 。此時輻射負荷最小，但人體在此空間停留由于人體表面和室內(nèi)個表面溫差最大，熱量最容易散發(fā)，舒適度是最好的。

    4、對流空調(diào)的能耗分析

    舒適性空調(diào)不考慮其他因素的影響，只要使得人體代謝得到平衡，就獲得了基本的舒適度。

    現(xiàn)時空調(diào)設計和運行真正用于人體熱量平衡的冷量只有 20%或更少，其余 80%或以上的能量做的是無用功（與舒適度無直接關系）。

    輻射傳熱，維護結構傳熱的速度相對較慢，其表面溫度容易達到相對穩(wěn)定的狀態(tài)，當室內(nèi)各表面溫度接近輻射板溫度時，輻射傳熱負荷急劇減少，供回水溫差下降，主機能耗非常低，而此時人員的舒適度是最好的。這種狀態(tài)和對流空調(diào)完全相反，實踐證明，RCF系統(tǒng)舒適度保持較高的水平時，空調(diào)能耗沒有顯著的增加。

    將對流房間和 RCF房間相比，對流傳熱是空氣依靠流體微團的宏觀運動而進行的熱量傳遞，換熱能力取決于邊界層的流態(tài)和參數(shù)。輻射傳熱與人體表面風速無關，同樣舒適度的前提下可以冬季降低或夏季提高 4K。

    對流空調(diào)的計算負荷是環(huán)境熱源對空氣形成的熱影響所決定的，輻射板的得熱量主要是環(huán)境表面（也包括人和設備）輻射熱的影響所致，受表面黑度、角系數(shù)的影響很大。

    傳統(tǒng)空調(diào)的熱工計算方法完全不適合輻射板系統(tǒng)。輻射板的計算參數(shù)是實驗取得的，

二、關于輻射板測試標準方法的討論

   1、 歐洲標準 EN14240 、DIN4715

    歐洲常用的輻射板測試標準有 EN14240、DIN4715。

    測試臺六面均是水冷壁,使用循環(huán)水保持壁面溫度和小室內(nèi)空氣溫度相等，標準認為此舉可以保證室內(nèi)墻壁和輻射板沒有傳熱。

    測試臺六面均是水冷壁,使用循環(huán)水保持壁面溫度和小室內(nèi)空氣溫度相等，標準認為此舉可以保證室內(nèi)墻壁和輻射板沒有傳熱。

    測試輻射板安裝必須和天花保持大約 300 毫米的空間，熱源內(nèi)部安裝發(fā)熱燈具，可以調(diào)節(jié)電流控制發(fā)熱量。

    2、RCF射板測試方法

    在測試輻射板供冷工況時，調(diào)節(jié)熱水供應量將熱板調(diào)節(jié)到室內(nèi)平均輻射溫度，冷板表面控制在設計溫度。在兩塊板的冷量和熱量的誤差在 5%以下時，根據(jù)測得的冷板進出水溫差和流量計算能力。測得的數(shù)據(jù)在研發(fā)過程中是非常有用的，但在工程設計中只能作參考。

    一個采用 RCF 系統(tǒng)的設計，要對外圍護結構、朝向做很多修正，由于輻射板隨水量和水溫的變化其能力變化幅度很大，一般是自控系統(tǒng)根據(jù)參數(shù)來調(diào)節(jié)以滿足使用的要求。

    測試臺可以測試輻射板的結露參數(shù)，調(diào)節(jié)通過在測試臺的空氣狀態(tài)，可以觀察到輻射板產(chǎn)生結露的極端數(shù)據(jù)。

三、RCF技術的其他研究簡介

    1、RCF新風機的研究和實踐

    RCF 技術利用干的新風送到室內(nèi)，吸收了室內(nèi)主要是人員的濕負荷排出室外，保證室內(nèi)的相對濕度。在歐洲北部由于室外空氣含濕量很低，基本不用考慮室內(nèi)濕負荷的影響，普通的新風機就可滿足使用要求，在瑞士輻射空調(diào)的房間經(jīng)常是開窗的。

    第一級使用較高溫度的冷源處理高溫高濕的新風，使其中間狀態(tài)達到飽和，低溫表冷器將中間狀態(tài)的空氣沿飽和線處理到設計露點，是個非常簡單而有效的除濕方法。

    2、 RCF系統(tǒng)自控運行簡介

    圖 5-4 所示的是早晨啟動記錄，可見系統(tǒng)啟動十分鐘左右，室內(nèi)達到舒適度要求了。之所以能有這樣理想的運行質(zhì)素，除了硬件和系統(tǒng)具有足夠的調(diào)節(jié)能力之外，完善的自控邏輯設計是運行的重要保證。

四、 結 論

    輻射及新風舒適度系統(tǒng)在歐洲已經(jīng)應用多年，是個非常好的技術。但是,歐洲技術在熱濕地區(qū)使用發(fā)生了冷頂結露的弊病，難以正常運行。針對結露的產(chǎn)生和消除，我國同行進行了大量的實驗和研究，得出了不同的結論。

    專利輻射板利用較低的能源成本形成了較大的冷輻射強度，并且具有很好的調(diào)節(jié)性能。

    簡單而實用的專利新風機完全解決了新風和室內(nèi)的余濕，本技術成功解決了結露的弊病。

    完整可靠的自控系統(tǒng)是 RCF技術正常運行的保證。

    RCF 技術研發(fā)時充分考慮了對既有建筑傳統(tǒng)空調(diào)進行改造的適應性。

    RCF 技術非常適宜在既有建筑的節(jié)能改造項目中實施，

(本文來源：陜西省土木建筑學會   文徑網(wǎng)絡：呂琳琳 雷丹 尹維維 編輯   劉真 文徑 審核)