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摘要：熱輻射是一種由電磁粒子來(lái)傳播熱能的現(xiàn)象。它與傳導(dǎo)和對(duì)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(guò)程中伴隨著能量形式的轉(zhuǎn)化，即熱能轉(zhuǎn)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(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...

用輻射傳熱的機(jī)理來(lái)解析RCF技術(shù)的研究

一、輻射傳熱的機(jī)理

    熱輻射是一種由電磁粒子來(lái)傳播熱能的現(xiàn)象。它與傳導(dǎo)和對(duì)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(guò)程中伴隨著能量形式的轉(zhuǎn)化，即熱能轉(zhuǎn)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(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。

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

    依據(jù)輻射傳熱的基本原理，開發(fā)出輻射和新風(fēng)系統(tǒng)國(guó)際專利技術(shù)（Radiant Ceiling and Fresh Air System）簡(jiǎn)稱 RCF 技術(shù)。

    據(jù)有電費(fèi)統(tǒng)計(jì)的珠海東大寫字樓和香港科技園寫字樓的收費(fèi)證實(shí)，使用該技術(shù)后，比較往年電費(fèi)下降 50%以上。

    1、輻射傳熱的如下特點(diǎn)

    任何物體，只要溫度高于 0 K ，就會(huì)不停地向各個(gè)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(qiáng)烈的方向性。

    輻射量與表面黑度、溫度和角系數(shù)有關(guān)。

    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(dǎo)出物體 1 對(duì)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(shè)兩個(gè)輻射面簡(jiǎn)化一些變量和影響因素，根據(jù)典型的輻射傳熱過(guò)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(jiàn)，當(dāng)系統(tǒng)初啟動(dòng)時(shí)冷輻射頂棚溫度和地面、壁面及墻面溫差在△Ta 時(shí)，輻射傳熱量非常大，實(shí)際輻射板進(jìn)出水溫差可達(dá) 8℃，輻射傳熱量為 Qa 。

系統(tǒng)啟動(dòng) 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(jìn)出水溫差穩(wěn)定在 4℃左右。制冷量急劇減少。

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

    4、對(duì)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(shí)空調(diào)設(shè)計(jì)和運(yùn)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(wú)用功（與舒適度無(wú)直接關(guān)系）。

    輻射傳熱，維護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱的速度相對(duì)較慢，其表面溫度容易達(dá)到相對(duì)穩(wěn)定的狀態(tài)，當(dāng)室內(nèi)各表面溫度接近輻射板溫度時(shí)，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(shí)人員的舒適度是最好的。這種狀態(tài)和對(duì)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(shí)，空調(diào)能耗沒(méi)有顯著的增加。

    將對(duì)流房間和 RCF房間相比，對(duì)流傳熱是空氣依靠流體微團(tuán)的宏觀運(yùn)動(dòng)而進(jìn)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(fēng)速無(wú)關(guān)，同樣舒適度的前提下可以冬季降低或夏季提高 4K。

    對(duì)流空調(diào)的計(jì)算負(fù)荷是環(huán)境熱源對(duì)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(shè)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(jì)算方法完全不適合輻射板系統(tǒng)。輻射板的計(jì)算參數(shù)是實(shí)驗(yàn)取得的，

二、關(guān)于輻射板測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)方法的討論

   1、 歐洲標(biāo)準(zhǔn) EN14240 、DIN4715

    歐洲常用的輻射板測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)有 EN14240、DIN4715。

    測(cè)試臺(tái)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(biāo)準(zhǔn)認(rèn)為此舉可以保證室內(nèi)墻壁和輻射板沒(méi)有傳熱。

    測(cè)試臺(tái)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(biāo)準(zhǔn)認(rèn)為此舉可以保證室內(nèi)墻壁和輻射板沒(méi)有傳熱。

    測(cè)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(cè)試方法

    在測(cè)試輻射板供冷工況時(shí)，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(jì)溫度。在兩塊板的冷量和熱量的誤差在 5%以下時(shí)，根據(jù)測(cè)得的冷板進(jìn)出水溫差和流量計(jì)算能力。測(cè)得的數(shù)據(jù)在研發(fā)過(guò)程中是非常有用的，但在工程設(shè)計(jì)中只能作參考。

    一個(gè)采用 RCF 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，要對(duì)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(lái)調(diào)節(jié)以滿足使用的要求。

    測(cè)試臺(tái)可以測(cè)試輻射板的結(jié)露參數(shù)，調(diào)節(jié)通過(guò)在測(cè)試臺(tái)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)。

三、RCF技術(shù)的其他研究簡(jiǎn)介

    1、RCF新風(fēng)機(jī)的研究和實(shí)踐

    RCF 技術(shù)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(duì)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(fù)荷的影響，普通的新風(fēng)機(jī)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(jí)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(jì)露點(diǎn)，是個(gè)非常簡(jiǎn)單而有效的除濕方法。

    2、 RCF系統(tǒng)自控運(yùn)行簡(jiǎn)介

    圖 5-4 所示的是早晨啟動(dòng)記錄，可見(jiàn)系統(tǒng)啟動(dòng)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(jì)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)在歐洲已經(jīng)應(yīng)用多年，是個(gè)非常好的技術(shù)。但是,歐洲技術(shù)在熱濕地區(qū)使用發(fā)生了冷頂結(jié)露的弊病，難以正常運(yùn)行。針對(duì)結(jié)露的產(chǎn)生和消除，我國(guó)同行進(jìn)行了大量的實(shí)驗(yàn)和研究，得出了不同的結(jié)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(qiáng)度，并且具有很好的調(diào)節(jié)性能。

    簡(jiǎn)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)露的弊病。

    完整可靠的自控系統(tǒng)是 RCF技術(shù)正常運(yùn)行的保證。

    RCF 技術(shù)研發(fā)時(shí)充分考慮了對(duì)既有建筑傳統(tǒng)空調(diào)進(jìn)行改造的適應(yīng)性。

    RCF 技術(shù)非常適宜在既有建筑的節(jié)能改造項(xiàng)目中實(shí)施，

(本文來(lái)源：陜西省土木建筑學(xué)會(huì)   文徑網(wǎng)絡(luò)：呂琳琳 雷丹 尹維維 編輯   劉真 文徑 審核) 

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