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1、冷（暖）辐射空调冷（暖）辐射空调的若干理念和合理应用的若干理念和合理应用 北京市建筑设计研究院北京市建筑设计研究院张锡虎张锡虎 冷（暖）辐射空调的冷（暖）辐射空调的理念理念, ,最先可能来最先可能来自欧洲。自欧洲。 这个理念的出发点这个理念的出发点, , 是建筑围护结构是建筑围护结构的节能问题。的节能问题。 受太阳与地球相对位置变化的影响，受太阳与地球相对位置变化的影响，会发生春夏秋冬四个季节环境温度变化。会发生春夏秋冬四个季节环境温度变化。例如例如: :北京年最大温差约可达北京年最大温差约可达5050（从（从- -1515到到3535）。）。 但是但是, ,人体能适应温度的范围大约为：人体能
2、适应温度的范围大约为： 较高标准较高标准18-2818-28（温差（温差1010） 较差标准较差标准12-3212-32（温差（温差2020） 改善建筑围护结构的热工性能，或者采用自改善建筑围护结构的热工性能，或者采用自然通风等方法，使室外温度对室内温度波动的然通风等方法，使室外温度对室内温度波动的影响大幅度减小，缩短依赖人工冷热源进行采影响大幅度减小，缩短依赖人工冷热源进行采暖空调的周期，大大降低空调能耗。暖空调的周期，大大降低空调能耗。 欧洲推出的欧洲推出的冷（暖）辐射空调冷（暖）辐射空调新理念，一定新理念，一定要基于建筑能耗极低的节能建筑。要基于建筑能耗极低的节能建筑。 1 1）从从热热
3、舒舒适适性性指指标标看看冷冷（暖暖）辐射空调的优势辐射空调的优势 房间的热舒适性并非单一与干房间的热舒适性并非单一与干球温度有关，还与风速、相对湿球温度有关，还与风速、相对湿度、平均辐射温度、服装热阻和度、平均辐射温度、服装热阻和新陈代谢率等因素有关。新陈代谢率等因素有关。 采暖通风与空气调节设计规范采暖通风与空气调节设计规范(GB 50019-2003(GB 50019-2003 ) ) 预计平均热感觉指数预计平均热感觉指数（-1 PMV -1 PMV +1+1）和）和预计不满意者的百分数预计不满意者的百分数（PPD PPD 27% 27%）与风速、相对湿度、平均辐）与风速、相对湿度、平均辐
4、射温度、服装热阻和新陈代谢率等因射温度、服装热阻和新陈代谢率等因素有关。素有关。例如：当上述因素取下值时例如：当上述因素取下值时夏季夏季冬季冬季风速风速0.25m/s0.25m/s0.15m/s0.15m/s相对湿度相对湿度60%60%40%40%平均辐射温度平均辐射温度比室温高比室温高44与室温相等与室温相等服装热阻（服装热阻（cloclo）0.70.7（单衣）（单衣）0.90.9（厚运动衫、（厚运动衫、毛线衫）毛线衫）新陈代谢率新陈代谢率（metmet）1.01.01.01.0旅游旅旅游旅馆级别馆级别夏季夏季冬季冬季PPDPPD% %室温室温PMVPMV室温室温PMVPMV一级一级2424
5、0 024240 05 5二级二级2525+ 0.37+ 0.372323- 0.37- 0.378 8三级三级2525+ 0.57+ 0.572222- 0.57- 0.571212四级四级2626+ 0.72+ 0.722222- 0.72- 0.721616 请特别注意到上表取值中的请特别注意到上表取值中的“平均辐射温度平均辐射温度”,”,即房间各即房间各表面的加权平均温度表面的加权平均温度, ,夏季取夏季取比室温高比室温高4,4,冬季取与室温冬季取与室温相等。相等。 夏夏季季采采用用辐辐射射供供冷冷时时，由由于于可可以以降降低低房房间间的的平平均均辐辐射射温温度度，辐辐射射温温度度每每
6、降降低低1, 1, 约约相相当当于于室室内内干干球球温温度度降降低低11的平均热感觉指数。的平均热感觉指数。 冬季采用辐射供暖时，由于可以提冬季采用辐射供暖时，由于可以提高房间的平均辐射温度，辐射温度每高房间的平均辐射温度，辐射温度每提高提高1, 1, 约相当于室内干球温度提高约相当于室内干球温度提高11的平均热感觉指数。的平均热感觉指数。 因因此此，采采用用辐辐射射供供冷冷或或辐辐射射供供暖暖，可可以以在在一一定定程程度度上上得得到到节节能能和和改改善善房间热舒适性效果。房间热舒适性效果。 但但是是，同同任任何何事事物物一一样样，辐辐射射供供暖暖特特别别是是辐辐射射供供冷冷也也有有其其一一定
7、定的的局局限性。限性。 2 2）辐射供冷能承担的冷负荷）辐射供冷能承担的冷负荷 冷冷辐辐射射要要严严格格控控制制冷冷表表面面的的结结露露，板板面面温温度度应应不不低低于于室室内内设设计计工工况况的的露露点点温温度度（例例如如不不低低于于2020），因因此此只只能能负负担担空空调调房房间间夏夏季季空空调调的的部分部分显热负荷。显热负荷。理论计算公式可采用理论计算公式可采用 ASHRAE handbook ASHRAE handbook：( (美国供暖制冷和空调工程师学美国供暖制冷和空调工程师学会手册会手册) ) 单位面积的总传热量单位面积的总传热量 Q = Q Q = QF F + Q + QL
8、 L 辐射传热量辐射传热量 T TF F 辐射体表面平均温度辐射体表面平均温度, K, K T TEP EP 其他表面的加权平均温度其他表面的加权平均温度, K, K 对流传热量对流传热量地面地面( (或顶板冷辐射）或顶板冷辐射） Q QL L2.17(t2.17(tEPEP t tN N) )1.311.31顶面顶面（或地面冷辐射）（或地面冷辐射） Q QL L0.14(t0.14(tEPEP t tN N) )1.251.25 墙面墙面 Q QL L1.78(t1.78(tEPEP t tN N) )1.321.32 t tEP 辐射体表面平均温度辐射体表面平均温度, , t tN N 室
9、内空气温度室内空气温度, , 室温室温 相对湿相对湿度度 空气露点空气露点温度温度 冷表面冷表面控制温度控制温度 辐射和对流辐射和对流热量热量 W/m W/m2 2262660601818191938385050151516165252252560601717181837375050141415155151242460601616171737375050131314145151地面辐射供冷的冷辐射量参考值地面辐射供冷的冷辐射量参考值 但是，冷辐射能够实际吸收的热量，但是，冷辐射能够实际吸收的热量，为什么往往会大于上述按照为什么往往会大于上述按照“不结露不结露”原则计算所得到的数值呢？原则计算所
10、得到的数值呢？ 这是因为房间的得热量中，有相当这是因为房间的得热量中，有相当一部分（如日射、人体、灯光等）是一部分（如日射、人体、灯光等）是辐射热，可以直接和冷辐射表面之间辐射热，可以直接和冷辐射表面之间进行热交换。进行热交换。 正如正如“得热得热”应区别于应区别于“负荷负荷”一样。进入房间的辐射热，并不立一样。进入房间的辐射热，并不立即转化为使空气温度上升，而是首即转化为使空气温度上升，而是首先被各个壁面所吸收。先被各个壁面所吸收。冷辐射直接冷辐射直接进行了这个换热过程。进行了这个换热过程。 因此，对于房间冷负荷构成中，因此，对于房间冷负荷构成中，有较大比例辐射热的，冷辐射能力有较大比例辐射
11、热的，冷辐射能力会增大。会增大。得热量与冷负荷得热量与冷负荷 房间得热量不同于空调冷负荷。上世纪七十年房间得热量不同于空调冷负荷。上世纪七十年代以前代以前, , 曾将二者混为一谈。曾将二者混为一谈。 1978 1978年年8 8月月2020日日, , 对京西宾馆一间西向会议室对京西宾馆一间西向会议室测定测定: : 房间最大得热量为房间最大得热量为 27772777kcal/hkcal/h 空气最大得热量即空调冷负荷为空气最大得热量即空调冷负荷为14291429kcal/hkcal/h 空调冷负荷占房间最大得热量的空调冷负荷占房间最大得热量的51.4651.46 房间得热量房间得热量中中: :
12、对流热直接与室内空气换热成为对流热直接与室内空气换热成为瞬时冷瞬时冷负荷负荷。 辐射热辐射热则被围护结构和家具等蓄热体吸则被围护结构和家具等蓄热体吸收收, , 随后再以对流形式放入室内随后再以对流形式放入室内, , 成为成为滞滞后的冷负荷后的冷负荷。 如果采用冷辐射如果采用冷辐射, ,辐射热就会直接被冷辐射热就会直接被冷表面所吸收表面所吸收, ,不再以对流形式放入室内。不再以对流形式放入室内。 辐射辐射 蓄热体蓄热体 - - - - 房间得热量房间得热量 - - 2777 2777 对流对流 空气空气 空调冷负荷空调冷负荷 - - 1429 1429 室温室温2626、相对湿度、相对湿度606
13、0、露点温度露点温度1818、表面控制温度、表面控制温度1919其他表面加权其他表面加权平均温度取值平均温度取值地板冷辐射（地板冷辐射（W/mW/m2 2）顶板冷辐射（顶板冷辐射（W/mW/m2 2）辐射热辐射热对流热对流热总热量总热量辐射热辐射热对流热对流热总热量总热量与室温相等与室温相等35.935.91.61.637.537.535.935.927.827.863.763.7较室温高较室温高1141.341.31.61.642.942.941.341.327.827.869.169.1较室温高较室温高2246.746.71.61.648.348.346.746.727.827.874.5
14、74.5较室温高较室温高3352.252.21.61.653.853.852.252.227.827.880.080.0较室温高较室温高4457.657.61.61.659.259.257.657.627.827.885.485.4 但是，房间冷负荷构成中辐射热不同比但是，房间冷负荷构成中辐射热不同比例条件下的冷辐射能力，还没有严密的理例条件下的冷辐射能力，还没有严密的理论计算方法。论计算方法。 正如地面辐射供暖的负荷计算，仍沿用正如地面辐射供暖的负荷计算，仍沿用一般对流供暖方式的计算方法略加修正一一般对流供暖方式的计算方法略加修正一样，辐射供暖和辐射供冷的技术原理和设样，辐射供暖和辐射供冷的
15、技术原理和设计基础资料环节计基础资料环节, , 仍处在认识过程中，滞仍处在认识过程中，滞后于应用，尚需要通过实验和工程应用不后于应用，尚需要通过实验和工程应用不断探索。断探索。 3) 3) 冷（暖）辐射空调的方式冷（暖）辐射空调的方式 所所谓谓冷冷（暖暖）辐辐射射空空调调，一一般般采采用用将将冷冷（热热）媒媒管管道道敷敷设设于于房房间间的的地地面面、顶顶或或墙墙面面的的方方式式。冬冬天天通通过过热热媒媒水水，形形成成热热辐辐射射，夏夏天天通通过过冷冷媒媒水水，形形成成冷冷辐辐射射。如如果果是是地地面面的的冷冷热热辐辐射射，可可称称为为“冷冷暖暖地地面面”，如如果果是是顶顶板板的的冷冷热热辐辐射
16、射，可可称称为为“冷暖顶棚冷暖顶棚”。 所所谓谓“毛毛细细管管网网”，也也是是冷冷（暖暖）辐辐射射空空调调的的一一种种形形式式。采采用用较较一一般般地地面面辐辐射射供供暖暖加加热热管管较较细细的的外外径径为为3-5mm3-5mm的的塑塑料料管管组组成成管管网网，或或称称之之为为“席席”，用用砂砂桨桨将将其其抹抹在在地地面面、顶顶或或墙墙面面内内。或或预预制制在在不不同同材材质质的的天天花花板板模模块块内内，称之为称之为“吊顶毛细管模块吊顶毛细管模块”。 其其实实，冷冷（热热）媒媒在在管管网网内内的的循循环环，同同其其他他采采暖暖空空调调水水系系统统一一样样，完完全全是是依依靠靠来来源源于于系系
17、统统循循环环水水泵泵的的机机械械循循环环动动力力，根根本本不是真正意义上的毛细管作用。不是真正意义上的毛细管作用。 正正如如初初期期将将这这种种特特征征的的空空调调方方式式戏戏称称之之为为“告告别别暖暖气气空空调调时时代代”或或“恒恒温温恒恒湿湿”一一样样，带带有有一一定定的的商商业业炒炒作作味味道道，暖暖通通空空调调的的业业内内人人士士，大大多多并并不不认认同同这这种种对对专专业业术语的轻率命名。术语的轻率命名。4 4）辐射供冷的除湿问题）辐射供冷的除湿问题 夏夏季季的的空空调调需需要要对对空空气气进进行行减减焓焓除除湿湿。除除湿湿过过程程以以及及补补充充辐辐射射供供冷冷承承担担冷冷负负荷荷
18、的的不不足足，只只能能依依靠其他空气处理手段。靠其他空气处理手段。例如例如: : 配配置置独独立立新新风风处处理理系系统统，将将新新风风的的绝绝对对含含湿湿量量处处理理到到低低于于室室内内设设计计绝绝对对含含湿湿量量，例例如如：较较室室内内设设计计绝绝对对含含湿湿量量低低3g/kg3g/kg，取取新新风风“送送风风湿湿差差”不不小小于于3g/kg3g/kg。这这样样，处处理理后后的的新新风风除除了了担担负负新新风风本本身身湿湿负负荷荷和和房房间间内内的的散湿量以外散湿量以外, ,还可以担负部分冷负荷。还可以担负部分冷负荷。溶液除湿或冷却除湿溶液除湿或冷却除湿 如果新风只需要担负新风本身如果新风
19、只需要担负新风本身湿负荷和房间内的散湿量湿负荷和房间内的散湿量, ,则有则有条件采用溶液除湿。条件采用溶液除湿。 如果新风还需要担负部分冷负如果新风还需要担负部分冷负荷荷, ,则宜采用冷却除湿。则宜采用冷却除湿。 显显然然，独独立立新新风风方方式式适适用用于于热热、湿湿负负荷荷较较小小的的场场合合。而而且且，应应按按照照承承担担除除湿湿负负荷荷确确定定所所需需最最大大新新风风量量，还还应应该该在在除除湿湿所所需需最最大大新新风风量量与与卫卫生生要要求求所所需需最最小小新新风风量量（例例如如冬冬季季）之之间间，采采取取有有效效的的变风量措施。变风量措施。 配配置置常常规规的的空空调调系系统统，将
20、将辐辐射射供供冷冷设设施施作作为为常常规规空空调调系系统统的的补补充充。适适用用场场合合显显然然广广泛泛多多了了。虽虽然然只只是是一一种种“补补充充”，也也可可以以不不同同程程度度减减少少常常规规空空调调系系统统的的容容量量，由由于于节节能能和和改改善善房房间间热舒适性效果的优势，值得加以提倡。热舒适性效果的优势，值得加以提倡。 奥奥运运篮篮球球比比赛赛场场地地五五棵棵松松体体育育馆馆的的观观众众休休息息厅厅，北北京京市市建建筑筑设设计计研研究究院院就就采采用了这样的设计。用了这样的设计。 北北京京工工业业大大学学陈陈超超教教授授等等, ,在在北北京京某某办办公公楼楼的的大大堂堂，实实施施了了
21、地地板板辐辐射射冷冷热热联联供供系系统统改改造造，20092009年年夏夏季季实实测测结结果果表表明明，可可在在地地板板表表面面不不凝凝露露和和送送风风系系统统关关闭闭的的条条件件下下，大堂空气温度维持在大堂空气温度维持在24.6-26.524.6-26.5范围。范围。5 5）不宜刻意作辐射供冷的配置）不宜刻意作辐射供冷的配置 有有些些工工程程需需要要设设置置地地面面辐辐射射供供暖暖( (例例如如需需要要保保证证冬冬季季温温度度的的高高大大空空间间) )，在在此此前前提提下下，完完全全可可以以“利利用用”现现成成的的辐辐射射供供暖暖设设施施，在在夏夏季季供供给给适适当当的的冷冷媒媒，自自然然形
22、形成成辐辐射射供供冷冷条条件件，何何乐而不为呢？乐而不为呢？ 如如果果本本来来就就不不需需要要或或不不适适合合设设置置辐辐射射供供暖暖，而而辐辐射射供供冷冷所所可可以以担担负负的的冷冷负负荷荷在在总总冷冷负负荷荷中中的的比比例例又又很很小小时时，刻刻意意作作辐辐射射供供冷冷的的配配置置，就很可能会得不偿失。就很可能会得不偿失。 因因为为，配配置置地地面面、墙墙面面或或顶顶板板的的冷冷热热辐辐射射，需需要要对对建建筑筑装装饰饰或或其其他他设设施施，提提出出多多方方面面的的限限制制, ,甚甚至至要要牺牺牲牲其其他他方方面面的的功功能能, ,特特别别是是建建设设标标准准较较高高的的公公共共建建筑筑,
23、 ,从从设设计计的的整整体体往往往往很很难完善实施。难完善实施。6 6）认真对待冷媒问题）认真对待冷媒问题 为为充充分分发发挥挥辐辐射射供供冷冷可可以以采采用用温温度度较较高高冷冷媒媒的的优优势势, ,以以及及防防止止辐辐射射供供冷冷设设施施冷冷表表面面结结露露，应应通通过过认认真真计计算算，合合理理确确定定和和采采取取可可靠靠技技术术措措施施控制冷媒温度。控制冷媒温度。 而而为为保保证证独独立立新新风风处处理理系系统统或或空空调调系系统统有有足足够的除湿能力，又需要较低的冷媒温度。够的除湿能力，又需要较低的冷媒温度。 应应从从提提高高冷冷源源设设备备效效率率的的角角度度，认认真真寻寻求求合合
24、理的冷源系统配置方案。理的冷源系统配置方案。7 7）若干认识问题）若干认识问题 将将辐辐射射供供冷冷的的新新风风下下送送风风方方式式，称称之之为为“置置换换通通风风”，这这偷偷换换了了暖暖通通空空调调专专业业的的理理论论概概念念。“置置换换通通风风”的的机机理理，是是送送入入的的冷冷空空气气层层依依靠靠热热浮浮升升力力的的作作用用上上升升带带走走热热湿湿负负荷荷和和污污染染物物，因因此此只只适适用用于于全全年年送送冷冷的的区区域域。当当送送入入热热风风时时，将不再属于将不再属于“置换通风置换通风”范畴。范畴。 有有人人认认为为：辐辐射射供供冷冷应应位位于于房房间间上上部部，辐辐射射供供暖暖应应
25、位位于于房房间间下下部部，认认为为如如果果采采用用地地面面辐辐射射供供冷冷，将将形形成成“冻冻脚脚”的不舒适感。的不舒适感。 热热气气流流上上升升、冷冷气气流流下下沉沉，这这是是对对流流换换热热的的一一般般概概念念，但但是是，难难以以做做到到同时配置供冷和供暖的两套设施。同时配置供冷和供暖的两套设施。 事事实实上上，辐辐射射供供冷冷或或辐辐射射供供暖暖的的传传热热过过程主要是辐射，作用于房间的各个表面。程主要是辐射，作用于房间的各个表面。 对对于于层层高高不不大大的的建建筑筑，经经工工程程实实测测证证明明，无无论论采采用用地地面面辐辐射射还还是是顶顶辐辐射射，供供暖暖或或供供冷冷时时室室内内垂
26、垂直直温温度度场场分分布布和和各各表表面面的的辐辐射射温温度度，均均不不会会有有“想想当当然然”那那样样大大的的差差异异。辐辐射射供供冷冷时时，一一般般也也要要控控制制表表面面温温度度在在2020左左右右，根根本本不不致致于于会会发发生生“冻冻脚脚”的的问题。问题。 但是但是, ,采用地面辐射还是采用顶板辐射采用地面辐射还是采用顶板辐射, ,对对供暖量或供冷量会有较大的影响。主要是其中供暖量或供冷量会有较大的影响。主要是其中的对流传热量部分。的对流传热量部分。 地面辐射的对流供暖量会大于顶板辐射的对地面辐射的对流供暖量会大于顶板辐射的对流供暖量。流供暖量。 顶板辐射的对流供冷量会大于地面辐射的
27、对顶板辐射的对流供冷量会大于地面辐射的对流供冷量。流供冷量。 因此，有必要根据房间冷和热的负荷特性以因此，有必要根据房间冷和热的负荷特性以及建筑构造特征，合理确定辐射方式。及建筑构造特征，合理确定辐射方式。 若若干干工工程程的的冷冷暖暖顶顶板板，采采用用D DE E2525的的PBPB管管，管管间间距距300mm300mm，埋埋设设于于200mm200mm厚厚楼楼板板下下铁铁之之上上、水水电电管管道道及及上上铁铁之之下下的的现现浇浇混混凝凝土土层层内内。此此种种将将塑塑料料管管埋埋设设于于楼楼板板结结构构层层内内的的敷敷设设方方式式，因因带带有有对对施施工工安安装装质质量量的的极极大大依依赖赖
28、性性，不不宜作为千篇一律的固定模式。宜作为千篇一律的固定模式。 辐辐射射供供暖暖或或供供冷冷工工况况的的辐辐射射和和对对流流传传热热量量，与与辐辐射射体体表表面面温温度度和和室室内内空空气气温温度度存存在在特特定定的的函函数数关关系系。为为防防止止辐辐射射辐辐射射体体表表面面的的结结露露，必必须须严严格格控控制制供供冷冷工工况况时时辐辐射射体体表表面面温温度度。供供暖暖工工况况辐辐射射体体表表面面温温度度，也也应应该该符符合合GB GB 50018-200350018-2003采采暖暖通通风风与与空空气调节设计规范气调节设计规范4.4.24.4.2条的规定。条的规定。 怎样对待室温调节控制问题
29、怎样对待室温调节控制问题? ? 冷热辐射系统的热惰性很大，且许多冷热辐射系统的热惰性很大，且许多建筑事实上存在内区和外区的不同负荷建筑事实上存在内区和外区的不同负荷密度，且室温很难自主选择，并适应负密度，且室温很难自主选择，并适应负荷的静态特性特别是动态特性的调节控荷的静态特性特别是动态特性的调节控制。制。 有以下并不十分成熟的应对措施有以下并不十分成熟的应对措施: : a.a.由风系统主导进行调节控制由风系统主导进行调节控制, ,配置常配置常规空调系统，将辐射供冷设施作为常规规空调系统，将辐射供冷设施作为常规空调系统的补充空调系统的补充, ,就比较容易实施。就比较容易实施。 b. b.依靠上述冷辐射能直接吸收引起负荷依靠上述冷辐射能直接吸收引起负荷波动的主要因素波动的主要因素辐射热的辐射热的“自平衡自平衡”作用作用, ,但由于但由于“自平衡自平衡”作用的量概念作用的量概念尚不完善尚不完善, ,会存在相当程度的盲目性。会存在相当程度的盲目性。
