空调用辐射和新风技术的探究

宣岭柱

摘 要：依据辐射传热的基本原理，研究出辐射和新风系统技术（Radiant Ceiling and Fresh Air System）简称RCF技术，经过工程实际的运行试验，收集了大量实验数据，取得了非常好的效果。测试数据证明较改造前节电40%，运行维修管理费用降低了90%。本文从另一个角度来解析RCF技术的研究思路，期望激发同行的深入研究。

关键词：辐射传热；RCF技术

一、辐射传热的原理

热辐射是一种由电磁粒子来传播热能的现象。它与传导和对流有着本质的区别，它不仅有能量的转移，而且传热过程中伴随着能量形式的转化，即热能转变为电磁波，辐射出去的电磁波被物体吸收，又从电磁波转化为热能。辐射能的传播不需要空气传递或物体的直接接触。

实际辐射传热的电磁粒子是可以穿透普通空气的（除水蒸气和CO2），空气在辐射换热过程中是被视作透明的，当然如果空气和壁面存在温差，空气可以通过对流的方式和壁面进行热交换，但其换热量和通过辐射直接交换的量相比是很小的。

任何物体在发出辐射能的同时，也不断吸收周围物体发来的辐射能。一物体辐射出的能量与吸收的能量之差，就是它传递出去的净能量。物体的辐射能力（即单位时间内单位表面向外辐射的能量），随温度的升高增加很快。辐射传热量和两个传热表面的绝对温度有关外，还和传热面的发射率、角系数和发热面的面积有关。

二、 辐射板系统和对流系统热负荷的比较

在舒适性空调系统中，人体的舒适度是空调运行的唯一目标。从人体的生理学角度来看，一个中度劳动的成年男子在写字楼的全热负荷约为160W，酒店客人全热负荷约为120W。也就是说，舒适性空调不考虑其他因素的影响，只要使得人体代谢得到平衡，就获得了基本的舒适度。但现时空调设计和运行大约80%或以上的能量做的是无用功（与舒适度无直接关系）。

辐射传热的房间里，各个表面（仅仅是表面）相互进行辐射传热。由于维护结构传热的速度相对较慢，其表面温度容易达到相对稳定的状态，实测显示此时虽然维护结构由于表面温度的降低，维护结构的传热量由于内外温差加大有所增加，但增加并不明显。人作为热源向冷顶、墙壁和所有低于人体表面温度的表面发射热量，各表面吸收的热量最后都被辐射板吸收，传递给辐射板的流动冷媒。人体在室内移动是热源的移动，人体移去的空间回复到原来的平衡状态，对应该处的辐射传热量也减少到原来的相对稳定状态。辐射传热具有追踪能力而且具有极快的传递速度。人体在辐射房间内与穿着了空调衣相似，具有極高的效率。另一方面当室内各表面温度接近辐射板温度时，辐射传热负荷急剧减少，供回水温差下降，主机能耗非常低，而此时人员的舒适度是最好的。这种状态和对流空调完全相反，实践证明，RCF系统舒适度保持较高的水平时，空调能耗没有显著的增加。

辐射板的得热量主要是环境表面（也包括人和设备）辐射热的影响所致，这种传热方式受表面黑度、角系数的影响很大。辐射板承受的热负荷和风机盘管承受的热负荷完全不一样。所以传统空调的热工计算方法完全不适合辐射板系统。目前，我们辐射板的计算参数是实验取得的，和对流空调负荷相差较大。按照我们的实验数据，制冷机安装比对流空调可以减少40%。

三、关于辐射板测试方法

3.1.实际辐射板的能力测试作为检测辐射板性能是否合理是值得研究的。无论什么结构的辐射板在辐射传热过程中两个面的黑度对传热的影响是决定性的。表面颜色的改变可以轻而易举地改变测试所得数据。但在设备研制过程中，需要有数据对产品进行比较。我们也制作了一个测试台如图所示。

在测试辐射板供冷工况时，调节热水供应量将热板调节到室内平均辐射温度，冷板表面控制在设计温度。在两块板的冷量和热量的误差在5%以下时，根据测得的冷板进出水温差和流量计算能力。一个采用RCF系统的设计，要对外围护结构、朝向做很多修正，由于辐射板随水量和水温的变化其能力变化幅度很大，一般是自控系统根据参数来调节以满足使用的要求。这和传统风机盘管系统设计有很大的不同。测试台还可以测试辐射板的结露参数，调节通过在测试台的空气状态，可以观察到辐射板产生结露的极端数据。遇到热湿气候发生结露的原因是辐射板没有形成均匀的辐射面积。

3.2.RCF技术新风机的研究：利用干的新风送到室内，吸收了室内主要是人员的湿负荷排出室外，保证室内的相对湿度。但在中国夏季热湿的气候下，普通新风机能够去除新风的水蒸气已经不错了，根本谈不上消除室内的湿负荷。新风空气机利用卡尔皮斯实验的原理，成功地把双级喷水室高效热湿交换机理使用到表冷器传热的实践中来，并取得了非常好的效果。该技术证明第一级使用较高温度的冷源处理高温高湿的新风，使其中间状态达到饱和，低温表冷器将中间状态的空气沿饱和线处理到设计露点，是个非常简单而有效的除湿方法。

3.3.RCF系统自控运行：本技术遇到的一个较大的问题是不能停机，停机后室内温湿度升高，再启动时辐射板会结露。由于辐射板强度低，早晨上班时特别是周一运行很长时间达不到舒适度标准。有些项目甚至不能停机在空调季节连续运行。这些弊病严重影响辐射空调技术需要注意的是，写字楼其他大多数区域星期日是不休息的。所以在房间新风机在白天会运行。由于测温传感器设在新风口，白天没人的房间虽然新风阀关闭，仍能检测到新风温度。系统启动十分钟左右，室内达到舒适度要求了。之所以能有这样理想的运行质素，除了硬件和系统具有足够的调节能力之外，完善的自控逻辑设计是运行的重要保证。

四、 结论

辐射及新风舒适度系统是个非常好的技术。专利辐射板利用较低的能源成本形成了较大的冷辐射强度，并且具有很好的调节性能；简单而实用的专利新风机完全解决了新风和室内的余湿，本技术成功解决了结露的弊病；完整可靠的自控系统是RCF技术正常运行的保证。

和传统空调运行特点的对比，在研究辐射板传热的过程中，将辐射板传热用平板表面换热理论来处理，而忽视了辐射传热部分的主要影响，是导致本技术停步不前的根本原因。希望我们同行对此技术开展讨论，使其更加完善。建筑舒适度技术节能是个巨大的课题，我们应当承担起为人类创造舒适、和谐和安全的空气环境的社会责任，用最少的能源，创造更好的舒适度，为节能减排做出贡献！endprint