辐射与节能
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作者: 李菁菁 商宇航 李汀珅
[摘要]辐射作为一种节能的换热方式,它的研究、应用对建筑节能有着重大意义,辐射采暖(供冷)的普及也符合国家节能的要求。
[关键词]辐射 采暖 供冷 节能 辐射换热
一、辐射换热及国内应用情况
辐射换热与传统散热器或空调送风在传热原理上有所不同,前者以辐射传热为主,对流换热为辅,是一种对房间热微气候进行调节的节能采暖系统;后者则是以对流换热为主,辐射传热为辅,易造成对人体的冷辐射,降低人体舒适度,还会使室内空气急剧流动,增加粉尘飞扬机率,使室内卫生条件变差。因辐射换热具有散热均匀使人热感舒适,而且具有管理方便、不占用使用面积、卫生条件好、无噪声、节能、维修量小等优点,近几年我国很多地区已广泛采用,特别是各种新型保温材料和塑料管材的出现,管材价格的下降,都加速了低温热水地板辐射采暖在我国的发展。该系统特别适用于大开间、矮式窗、热媒温度低、装修要求高的建筑物,因系统可以进行局部调节和分户控制、分户计量的功能,如今在住宅中也得到广泛的应用,已成为目前我国常用的供暖形式之一。
二、辐射采暖与供冷
辐射采暖(供冷)的定义为;主要依靠供热(冷)部件与围护结构内表面之间的辐射换热向房间供热(冷)的采暖(供冷)方式。
辐射采暖时热表面向维护结构内表面和室内设施散发热量,辐射热量部分被吸收,部分被反射,反射到热表面的部分,还要产生二次辐射,二次辐射最终也被围护结构和室内设施所吸收。辐射采暖同对流采暖相比提高了围护结构内表面温度(高于房间空气的温度),因而与其它散热设施相比可降低供水温度,达到节能,并创造了一个对人体有利的热环境,减少了人体向围护结构内表面的辐射换热量,舒适度增加。
辐射供冷与辐射采暖原理基本相同,辐射供冷时,房间各围护结构内表面温度低于室内空气温度,降低了户内空间、物体和人体的温度,达到了供冷效果。目前最常用的辐射供冷形式是顶面式辐射板――冷却吊顶。这种辐射供冷方式施工安装和维护方便,不影响室内设施的布置,不易破坏辐射板和不易影响其供冷效果。由于冷却吊顶从房间上部供冷,可降低室内垂直温度梯度,避免“上热下冷”的现象,因此,珍重供冷方式能为人们提供较高的舒适感。另外冷却吊顶无除湿功能,不宜单独使用,通常与新风(经冷却去湿处理后的室外空气)系统结合在一起使用。
三、辐射采暖(供冷)与建筑节能的关系
谈建筑节能不研究辐射采暖、供冷是不可能的,建筑节能这里既包含建筑建设时的节能,也包含建筑使用阶段的节能。也就是说,这里既包括建筑的设计技术(优化设计)施工工艺、建筑产品、购件材料的节能,也包括供冷供热方式的节能。在建筑总能耗中,建筑建设能耗约占20%,使用阶段能耗约占80%。二者虽然能耗比例差距很大,但确是互为作用,相辅相成的。既可相互叠加,也能相互抵消。
1.辐射采暖(供冷)。合理利用太阳能、潮能、风能、地热能、生物能等一次可再生能源及煤、石油、燃气等一次不可再生能源以及电、余热等二次能源,特别是大力开发利用低品位自然冷热源;科学选择冷热兼容的直燃机热泵,太阳能空调等前端设备,为用户终端夏季提供18℃-22℃中温冷水、冬季提供35℃-45℃低温热水,通过末端模板辐射系统实现冬季辐射供暖,夏季辐射供冷,也可常年供应生活用热水,其中热辐射模板系统已成功地应用在地面辐射供暖的工程实践中。辐射供冷在法国、德国、丹麦、泰国等国家已广泛应用。我国在新疆等地也有应用先例。在限定的供冷温度和供冷时间的条件下,冷辐射的基面未出现任何结露现象。因此本辐射供冷暖系统对于辐射供冷来说,采用提高供冷温度(18℃-22℃)增加辐射面积,加大供冷水流量,缩小供回水温差的办法,达到既能保证供冷冷量满足室内供冷效果,又能不冷凝结露。如果在湿度较大地区或环境温度较高的地区和季节,末端适当配置风机盘管系统,新风置换系统或净化去湿装置,即可提高供冷效果,缓解结露发生,也可改善室内空气质量。
另外,用这满足冷负荷的同一供冷辐射面积去辐射供暖,供暖温度可降低20-30%,达到35℃-40℃。比单一的低温辐射地面供暖更加节能。
2.建筑节能。建筑的规划设计、施工图设计的优化组合,施工中新技术、新工艺的应用,建筑结构的构件、新产品、新材料的选择都无不考虑保温、隔热,辐射、防辐射等与辐射紧密相关的因素。
①施工图的优化设计――考虑环保节能,达到环保标准,节能标准。
②屋面的保温、防辐射――由选材与施工保证。
③外墙保温、隔热、防辐射――由选材与施工保证。
④外门窗的热反射、热辐射――由选材与安装来保证。
⑤墙体空心砖,其它轻体材料的选择与施工。
3.相互关系
冷暖辐射――生活能耗(即建筑使用期能耗)与建筑节能――建筑能耗(建筑建设期能耗)是建筑总能耗的两个部分。两者是相互作用,相互弥补的统一体。没有一个高标准的节能显著的建筑围护结构,使用期的能耗既降不下来,也更不会有一个良好的供冷供暖环境。反之,建筑节能标准再高,没有一个低能耗的供冷供暖系统,也达不到理想的供冷供暖的效果。因此,只有深入研究辐射原理及辐射能的应用,把冷暖辐射和建筑节能做为一个完整的课题集中研究,统筹考虑,建筑总能耗才能按照以下趋势:高能耗→低能耗→超低能耗→微能耗→零能耗,发展。
四、辐射换热存在的问题
在当前的应用阶段,辐射换热存在一些问题,以地温地板辐射采暖工程为例,存在一下几种问题:(1)室内偏热;(2)地面温度偏高;(3)地面温度分布不均匀等。经过了解发现设计中存在一些问题,下面对室内温感偏高做一简单分析。
出现这种情况主要由以下原因引起:一是负荷确定时未考虑辐射采暖与对流采暖的区别,直接将对流采暖负荷作为辐射采暖负荷进行计算。二是有的设计人员按参考资料提供的地板散热量直接查取管间距,甚至根据经验确定管间距,而忽略了其适用条件。
根据以上两点,可以得出设计时应进行细致的计算,否则不仅偏离设计要求,而且也将造成能源浪费。
参考文献:
[1]陆亚俊.暖通空调(第二版).中国建筑工业出版社.
[2]地面辐射供暖技术规程(JGJ142――2004).中国建筑工业出版社.
[3]孙丽颖,马最良.暖通空调新技术.中国建筑工业出版社.
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