223-辐射空调技术在中国的推广优势及局限性分析.pdfVIP

辐射空调技术在中国的推广优势及局限性分 析 1 2 1 张帆 ，郭海新 ，张国强 1 湖南大学土木工程学院；2 同济大学中德工程学院 摘 要：本文梳理了辐射供冷系统自推广以来，技术发展及工程应用现状，包括辐射换热 技术在工程应用中的问题，例如结露，造价，南北生活差异等。除此之外，本文还分析了辐射 供冷技术在中国气象条件下的适应性。通过对比国内外城市自然冷源及湿日数的差异，进一步 分析辐射供冷系统在中国市场的推广中所遇到的由自然气候不适而产生的技术困难。 关键词: 冷辐射空调；自然冷源；湿日数；结露 1. 辐射空调技术发展现状和意义 源自欧洲的冷热辐射技术，迄今在中国已经推广逾20 年了。期间该技术在高档办公楼等 各类公共建筑中都有所尝试，最终在住宅建筑中也得到了较为广泛的应用。其中，又以地暖供 热系统和毛细管辐射空调系统的影响力最大。 冷热辐射技术的工作原理本文不再赘述。对于辐射供热技术，其应用时可以不特别考虑室 外自然条件的约束而直接单独使用；而对于辐射供冷技术，几乎绝大多数应用场合都需要结合 空气系统运行，即所谓的 “气－水”系统或“温湿分控”系统等组合形式。 辐射空调技术在热舒适与节能两个方面具有推广优势。除此之外，其在室内一体化的装修 过程上也具备一定工程优势。在国内各类工程实践中，辐射空调技术在热舒适方面获得了许多 成功经验。在应用此类技术并按照合理方式运营的各案例中，用户反映均十分满意。 但在节能方面，该技术优势在中国体现得并不明显。尽管一些案例表明在特定应用条件下 得到了相对节能的效果，但与该类技术的原本期待值仍相距甚远。尤其是在空调场合，冷辐射 技术在中国的受限极为明显：1）中国高湿地区较多，易导致结露；2 ）要适应中国各类建筑， 迄今为止尚无法全面推广到低能耗建筑。而这些限制条件，最终使得能成功运行的该类工程均 未能发挥出其原有的节能潜力。 本文希望从冷辐射的工作原理出发，通过考察中国气象条件以及其他人居行为等影响因 素，分析辐射供冷技术在中国所受到的限制，并进一步引起对该技术的理性思考。本文并未尝 试对这些不利的影响提出解决方案，而是希望通过对基础理论的分析，引起对该技术同样抱有 兴趣和期待的同行们的注意以及对技术应用的理性思考，并一起探索能够克服上述不利影响的 技术方案，避免无谓的走弯路，使得该技术优势得以充分发挥，并能在更广泛的场合得到合理 有效的应用。 2. 辐射换热存在的问题 2.1 结露问题 冷辐射仅能处理室内显热负荷，对于潜热负荷较高的工况需要严格控制室内湿度以及提高 建筑（热工）性能等方法避免结露等问题。 辐射换热过程遵循斯忒番玻尔兹曼公式，即换热量与换热表面绝对温度的四次方有关。辐 射供冷是通过冷媒系统改变室内某表面的温度，使该表面温度与室内其它表面的形成温差，从 而与室内各表面的发生辐射换热。其驱动温差可以简化的视为冷媒平均温度与室温之温差关 [9] 系，即 ： 1.1 = 8.92�0 −t,� , 地板辐射供热供冷 式中t0 是操作温度，ts,m 是表面平均温度。 由于换热表面温度由冷媒温度控制，故冷媒平均温度对于冷辐射所能承担的冷量至关重 ， ， 要。辐射表面温度波动值的下限才是冷辐射贡献的极限，[1 5 7]而这个下限温度也必然为露点 温度。尽管各类超临界防结露技术在不断研发中，但在没有成熟的商业化技术的前提下，露点 温度必然限制了冷量的进一步增大。[2] 在满足室内相对湿度设计的条件下 （45 ~ 65% ），不能将冷面温度控制得过低。因此，单 位面积辐射供冷潜力就被限制在45 ~ 85W/m2 的范围内。与此同时，建筑物的单位面积冷负荷 （新风除外，或显热冷负荷）则与建筑物的围护结构性能紧密相关。在围护结构能达到较高的 要求前提下（70%节能水平），方能期待仅靠冷辐射来覆盖显热冷负荷。如该条件无法满足， 则为了维持室内舒适度，则必须在冷辐射系统之外，增加另一