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阅读 1202 次 用辐射传热的机理来解析RCF技术的研究

摘要: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...

用辐射传热的机理来解析RCF技术的研究

一、辐射传热的机理

    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。

    期间普朗克、斯蒂芬和波兹曼、基尔霍夫等科学家对辐射传热的研究也取得重大的发展。为辐射传热这门学科奠定了基础。

    依据辐射传热的基本原理,开发出辐射和新风系统国际专利技术(Radiant Ceiling and Fresh Air System)简称 RCF 技术。

    据有电费统计的珠海东大写字楼和香港科技园写字楼的收费证实,使用该技术后,比较往年电费下降 50%以上。

    1、辐射传热的如下特点

    任何物体,只要温度高于 0 K ,就会不停地向各个表面以电磁粒子的形式发出辐射能。

    电子粒子可以在真空中传播,辐射传热具有强烈的方向性。

    辐射量与表面黑度、温度和角系数有关。

    2、辐射传热的四次方定律。

    2.1辐射传热的斯蒂芬- - 波兹曼定律

    2.2根据斯蒂芬-玻尔兹曼(Stefan-Boltzmann law)定律,可以推导出物体 1 对物体 2 的辐射传热量Q12 可表示为:

    3、辐射房间辐射传热量和人体舒适度的比较

    图 1-1 是假设两个辐射面简化一些变量和影响因素,根据典型的辐射传热过程整理出如下传热曲线:

    曲线中轴左边是1面传出的热量,右边是 2 面接受的热量。由曲线可见,当系统初启动时冷辐射顶棚温度和地面、壁面及墙面温差在△Ta 时,辐射传热量非常大,实际辐射板进出水温差可达 8℃,辐射传热量为 Qa

系统启动 20 分钟以后,地面、墙面表面温度下降传热温差为△Tb ,辐射传热量为 Qb ,冷顶进出水温差稳定在 4℃左右。制冷量急剧减少。

    当室内各个表面温度和辐射板温度趋近时,室内表面温差进一步降低到△Tc ,传热量降到 Qc 。此时辐射负荷最小,但人体在此空间停留由于人体表面和室内个表面温差最大,热量最容易散发,舒适度是最好的。

    4、对流空调的能耗分析

    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。

    现时空调设计和运行真正用于人体热量平衡的冷量只有 20%或更少,其余 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,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,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。

    将对流房间和 RCF房间相比,对流传热是空气依靠流体微团的宏观运动而进行的热量传递,换热能力取决于边界层的流态和参数。辐射传热与人体表面风速无关,同样舒适度的前提下可以冬季降低或夏季提高 4K

    对流空调的计算负荷是环境热源对空气形成的热影响所决定的,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,受表面黑度、角系数的影响很大。

    传统空调的热工计算方法完全不适合辐射板系统。辐射板的计算参数是实验取得的,

二、关于辐射板测试标准方法的讨论

   1 欧洲标准 EN14240 DIN4715

    欧洲常用的辐射板测试标准有 EN14240DIN4715

    测试台六面均是水冷壁,使用循环水保持壁面温度和小室内空气温度相等,标准认为此举可以保证室内墙壁和辐射板没有传热。

    测试台六面均是水冷壁,使用循环水保持壁面温度和小室内空气温度相等,标准认为此举可以保证室内墙壁和辐射板没有传热。

    测试辐射板安装必须和天花保持大约 300 毫米的空间,热源内部安装发热灯具,可以调节电流控制发热量。

    2RCF射板测试方法

    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。测得的数据在研发过程中是非常有用的,但在工程设计中只能作参考。

    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。

    测试台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。

三、RCF技术的其他研究简介

    1RCF新风机的研究和实践

    RCF 技术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。在欧洲北部由于室外空气含湿量很低,基本不用考虑室内湿负荷的影响,普通的新风机就可满足使用要求,在瑞士辐射空调的房间经常是开窗的。

    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。

    2 RCF系统自控运行简介

    图 5-4 所示的是早晨启动记录,可见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、

    辐射及新风舒适度系统在欧洲已经应用多年,是个非常好的技术。但是,欧洲技术在热湿地区使用发生了冷顶结露的弊病,难以正常运行。针对结露的产生和消除,我国同行进行了大量的实验和研究,得出了不同的结论。

    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。

    RCF 技术研发时充分考虑了对既有建筑传统空调进行改造的适应性。

    RCF 技术非常适宜在既有建筑的节能改造项目中实施,

(本文来源:陕西省土木建筑学会   文径网络:吕琳琳 雷丹 尹维维 编辑   刘真 文径 审核

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