宣嶺柱

摘 要：依據(jù)輻射傳熱的基本原理，研究出輻射和新風(fēng)系統(tǒng)技術(shù)（Radiant Ceiling and Fresh Air System）簡稱RCF技術(shù)，經(jīng)過工程實(shí)際的運(yùn)行試驗(yàn)，收集了大量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，取得了非常好的效果。測試數(shù)據(jù)證明較改造前節(jié)電40%，運(yùn)行維修管理費(fèi)用降低了90%。本文從另一個角度來解析RCF技術(shù)的研究思路，期望激發(fā)同行的深入研究。

關(guān)鍵詞：輻射傳熱；RCF技術(shù)

一、輻射傳熱的原理

熱輻射是一種由電磁粒子來傳播熱能的現(xiàn)象。它與傳導(dǎo)和對流有著本質(zhì)的區(qū)別，它不僅有能量的轉(zhuǎn)移，而且傳熱過程中伴隨著能量形式的轉(zhuǎn)化，即熱能轉(zhuǎn)變?yōu)殡姶挪ǎ椛涑鋈サ碾姶挪ū晃矬w吸收，又從電磁波轉(zhuǎn)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。

實(shí)際輻射傳熱的電磁粒子是可以穿透普通空氣的（除水蒸氣和CO2），空氣在輻射換熱過程中是被視作透明的，當(dāng)然如果空氣和壁面存在溫差，空氣可以通過對流的方式和壁面進(jìn)行熱交換，但其換熱量和通過輻射直接交換的量相比是很小的。

任何物體在發(fā)出輻射能的同時，也不斷吸收周圍物體發(fā)來的輻射能。一物體輻射出的能量與吸收的能量之差，就是它傳遞出去的凈能量。物體的輻射能力（即單位時間內(nèi)單位表面向外輻射的能量），隨溫度的升高增加很快。輻射傳熱量和兩個傳熱表面的絕對溫度有關(guān)外，還和傳熱面的發(fā)射率、角系數(shù)和發(fā)熱面的面積有關(guān)。

二、 輻射板系統(tǒng)和對流系統(tǒng)熱負(fù)荷的比較

在舒適性空調(diào)系統(tǒng)中，人體的舒適度是空調(diào)運(yùn)行的唯一目標(biāo)。從人體的生理學(xué)角度來看，一個中度勞動的成年男子在寫字樓的全熱負(fù)荷約為160W，酒店客人全熱負(fù)荷約為120W。也就是說，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。但現(xiàn)時空調(diào)設(shè)計和運(yùn)行大約80%或以上的能量做的是無用功（與舒適度無直接關(guān)系）。

輻射傳熱的房間里，各個表面（僅僅是表面）相互進(jìn)行輻射傳熱。由于維護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱的速度相對較慢，其表面溫度容易達(dá)到相對穩(wěn)定的狀態(tài)，實(shí)測顯示此時雖然維護(hù)結(jié)構(gòu)由于表面溫度的降低，維護(hù)結(jié)構(gòu)的傳熱量由于內(nèi)外溫差加大有所增加，但增加并不明顯。人作為熱源向冷頂、墻壁和所有低于人體表面溫度的表面發(fā)射熱量，各表面吸收的熱量最后都被輻射板吸收，傳遞給輻射板的流動冷媒。人體在室內(nèi)移動是熱源的移動，人體移去的空間回復(fù)到原來的平衡狀態(tài)，對應(yīng)該處的輻射傳熱量也減少到原來的相對穩(wěn)定狀態(tài)。輻射傳熱具有追蹤能力而且具有極快的傳遞速度。人體在輻射房間內(nèi)與穿著了空調(diào)衣相似，具有極高的效率。另一方面當(dāng)室內(nèi)各表面溫度接近輻射板溫度時，輻射傳熱負(fù)荷急劇減少，供回水溫差下降，主機(jī)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(shí)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。

輻射板的得熱量主要是環(huán)境表面（也包括人和設(shè)備）輻射熱的影響所致，這種傳熱方式受表面黑度、角系數(shù)的影響很大。輻射板承受的熱負(fù)荷和風(fēng)機(jī)盤管承受的熱負(fù)荷完全不一樣。所以傳統(tǒng)空調(diào)的熱工計算方法完全不適合輻射板系統(tǒng)。目前，我們輻射板的計算參數(shù)是實(shí)驗(yàn)取得的，和對流空調(diào)負(fù)荷相差較大。按照我們的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，制冷機(jī)安裝比對流空調(diào)可以減少40%。

三、關(guān)于輻射板測試方法

3.1.實(shí)際輻射板的能力測試作為檢測輻射板性能是否合理是值得研究的。無論什么結(jié)構(gòu)的輻射板在輻射傳熱過程中兩個面的黑度對傳熱的影響是決定性的。表面顏色的改變可以輕而易舉地改變測試所得數(shù)據(jù)。但在設(shè)備研制過程中，需要有數(shù)據(jù)對產(chǎn)品進(jìn)行比較。我們也制作了一個測試臺如圖所示。

在測試輻射板供冷工況時，調(diào)節(jié)熱水供應(yīng)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(shè)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(jìn)出水溫差和流量計算能力。一個采用RCF系統(tǒng)的設(shè)計，要對外圍護(hù)結(jié)構(gòu)、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。這和傳統(tǒng)風(fēng)機(jī)盤管系統(tǒng)設(shè)計有很大的不同。測試臺還可以測試輻射板的結(jié)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(jié)露的極端數(shù)據(jù)。遇到熱濕氣候發(fā)生結(jié)露的原因是輻射板沒有形成均勻的輻射面積。

3.2.RCF技術(shù)新風(fēng)機(jī)的研究：利用干的新風(fēng)送到室內(nèi)，吸收了室內(nèi)主要是人員的濕負(fù)荷排出室外，保證室內(nèi)的相對濕度。但在中國夏季熱濕的氣候下，普通新風(fēng)機(jī)能夠去除新風(fēng)的水蒸氣已經(jīng)不錯了，根本談不上消除室內(nèi)的濕負(fù)荷。新風(fēng)空氣機(jī)利用卡爾皮斯實(shí)驗(yàn)的原理，成功地把雙級噴水室高效熱濕交換機(jī)理使用到表冷器傳熱的實(shí)踐中來，并取得了非常好的效果。該技術(shù)證明第一級使用較高溫度的冷源處理高溫高濕的新風(fēng)，使其中間狀態(tài)達(dá)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(shè)計露點(diǎn)，是個非常簡單而有效的除濕方法。

3.3.RCF系統(tǒng)自控運(yùn)行：本技術(shù)遇到的一個較大的問題是不能停機(jī)，停機(jī)后室內(nèi)溫濕度升高，再啟動時輻射板會結(jié)露。由于輻射板強(qiáng)度低，早晨上班時特別是周一運(yùn)行很長時間達(dá)不到舒適度標(biāo)準(zhǔn)。有些項(xiàng)目甚至不能停機(jī)在空調(diào)季節(jié)連續(xù)運(yùn)行。這些弊病嚴(yán)重影響輻射空調(diào)技術(shù)需要注意的是，寫字樓其他大多數(shù)區(qū)域星期日是不休息的。所以在房間新風(fēng)機(jī)在白天會運(yùn)行。由于測溫傳感器設(shè)在新風(fēng)口，白天沒人的房間雖然新風(fēng)閥關(guān)閉，仍能檢測到新風(fēng)溫度。系統(tǒng)啟動十分鐘左右，室內(nèi)達(dá)到舒適度要求了。之所以能有這樣理想的運(yùn)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(shè)計是運(yùn)行的重要保證。

四、 結(jié)論

輻射及新風(fēng)舒適度系統(tǒng)是個非常好的技術(shù)。專利輻射板利用較低的能源成本形成了較大的冷輻射強(qiáng)度，并且具有很好的調(diào)節(jié)性能；簡單而實(shí)用的專利新風(fēng)機(jī)完全解決了新風(fēng)和室內(nèi)的余濕，本技術(shù)成功解決了結(jié)露的弊?。煌暾煽康淖钥叵到y(tǒng)是RCF技術(shù)正常運(yùn)行的保證。

和傳統(tǒng)空調(diào)運(yùn)行特點(diǎn)的對比，在研究輻射板傳熱的過程中，將輻射板傳熱用平板表面換熱理論來處理，而忽視了輻射傳熱部分的主要影響，是導(dǎo)致本技術(shù)停步不前的根本原因。希望我們同行對此技術(shù)開展討論，使其更加完善。建筑舒適度技術(shù)節(jié)能是個巨大的課題，我們應(yīng)當(dāng)承擔(dān)起為人類創(chuàng)造舒適、和諧和安全的空氣環(huán)境的社會責(zé)任，用最少的能源，創(chuàng)造更好的舒適度，為節(jié)能減排做出貢獻(xiàn)！endprint