輻射作為一種節(jié)能的換熱方式,它的研究、應(yīng)用對建筑節(jié)能有著重大意義,輻射采暖(供冷)的普及也符合國家節(jié)能的要求。

一、輻射換熱及國內(nèi)應(yīng)用情況

輻射換熱與傳統(tǒng)散熱器或空調(diào)送風在傳熱原理上有所不同,前者以輻射傳熱為主,對流換熱為輔,是一種對房間熱微氣候進行調(diào)節(jié)的節(jié)能采暖系統(tǒng);后者則是以對流換熱為主,輻射傳熱為輔,易造成對人體的冷輻射,降低人體舒適度,還會使室內(nèi)空氣急劇流動,增加粉塵飛揚機率,使室內(nèi)衛(wèi)生條件變差。因輻射換熱具有散熱均勻使人熱感舒適,而且具有管理方便、不占用使用面積、衛(wèi)生條件好、無噪聲、節(jié)能、維修量小等優(yōu)點,近幾年我國很多地區(qū)已廣泛采用,特別是各種新型保溫材料和塑料管材的出現(xiàn),管材價格的下降,都加速了低溫熱水地板輻射采暖在我國的發(fā)展。該系統(tǒng)特別適用于大開間、矮式窗、熱媒溫度低、裝修要求高的建筑物,因系統(tǒng)可以進行局部調(diào)節(jié)和分戶控制、分戶計量的功能,如今在住宅中也得到廣泛的應(yīng)用,已成為目前我國常用的供暖形式之一。

二、輻射采暖與供冷

輻射采暖(供冷)的定義為;主要依靠供熱(冷)部件與圍護結(jié)構(gòu)內(nèi)表面之間的輻射換熱向房間供熱(冷)的采暖(供冷)方式。

輻射采暖時熱表面向維護結(jié)構(gòu)內(nèi)表面和室內(nèi)設(shè)施散發(fā)熱量,輻射熱量部分被吸收,部分被反射,反射到熱表面的部分,還要產(chǎn)生二次輻射,二次輻射最終也被圍護結(jié)構(gòu)和室內(nèi)設(shè)施所吸收。輻射采暖同對流采暖相比提高了圍護結(jié)構(gòu)內(nèi)表面溫度(高于房間空氣的溫度),因而與其它散熱設(shè)施相比可降低供水溫度,達到節(jié)能,并創(chuàng)造了一個對人體有利的熱環(huán)境,減少了人體向圍護結(jié)構(gòu)內(nèi)表面的輻射換熱量,舒適度增加。

輻射供冷與輻射采暖原理基本相同,輻射供冷時,房間各圍護結(jié)構(gòu)內(nèi)表面溫度低于室內(nèi)空氣溫度,降低了戶內(nèi)空間、物體和人體的溫度,達到了供冷效果。目前最常用的輻射供冷形式是頂面式輻射板――冷卻吊頂。這種輻射供冷方式施工安裝和維護方便,不影響室內(nèi)設(shè)施的布置,不易破壞輻射板和不易影響其供冷效果。由于冷卻吊頂從房間上部供冷,可降低室內(nèi)垂直溫度梯度,避免“上熱下冷”的現(xiàn)象,因此,珍重供冷方式能為人們提供較高的舒適感。另外冷卻吊頂無除濕功能,不宜單獨使用,通常與新風(經(jīng)冷卻去濕處理后的室外空氣)系統(tǒng)結(jié)合在一起使用。

三、輻射采暖(供冷)與建筑節(jié)能的關(guān)系

談建筑節(jié)能不研究輻射采暖、供冷是不可能的,建筑節(jié)能這里既包含建筑建設(shè)時的節(jié)能,也包含建筑使用階段的節(jié)能。也就是說,這里既包括建筑的設(shè)計技術(shù)(優(yōu)化設(shè)計)施工工藝、建筑產(chǎn)品、購件材料的節(jié)能,也包括供冷供熱方式的節(jié)能。在建筑總能耗中,建筑建設(shè)能耗約占20%,使用階段能耗約占80%。二者雖然能耗比例差距很大,但確是互為作用,相輔相成的。既可相互疊加,也能相互抵消。

1.輻射采暖(供冷)。合理利用太陽能、潮能、風能、地熱能、生物能等一次可再生能源及煤、石油、燃氣等一次不可再生能源以及電、余熱等二次能源,特別是大力開發(fā)利用低品位自然冷熱源;科學選擇冷熱兼容的直燃機熱泵,太陽能空調(diào)等前端設(shè)備,為用戶終端夏季提供18℃-22℃中溫冷水、冬季提供35℃-45℃低溫熱水,通過末端模板輻射系統(tǒng)實現(xiàn)冬季輻射供暖,夏季輻射供冷,也可常年供應(yīng)生活用熱水,其中熱輻射模板系統(tǒng)已成功地應(yīng)用在地面輻射供暖的工程實踐中。輻射供冷在法國、德國、丹麥、泰國等國家已廣泛應(yīng)用。我國在新疆等地也有應(yīng)用先例。在限定的供冷溫度和供冷時間的條件下,冷輻射的基面未出現(xiàn)任何結(jié)露現(xiàn)象。因此本輻射供冷暖系統(tǒng)對于輻射供冷來說,采用提高供冷溫度(18℃-22℃)增加輻射面積,加大供冷水流量,縮小供回水溫差的辦法,達到既能保證供冷冷量滿足室內(nèi)供冷效果,又能不冷凝結(jié)露。如果在濕度較大地區(qū)或環(huán)境溫度較高的地區(qū)和季節(jié),末端適當配置風機盤管系統(tǒng),新風置換系統(tǒng)或凈化去濕裝置,即可提高供冷效果,緩解結(jié)露發(fā)生,也可改善室內(nèi)空氣質(zhì)量。

另外,用這滿足冷負荷的同一供冷輻射面積去輻射供暖,供暖溫度可降低20-30%,達到35℃-40℃。比單一的低溫輻射地面供暖更加節(jié)能。

2.建筑節(jié)能。建筑的規(guī)劃設(shè)計、施工圖設(shè)計的優(yōu)化組合,施工中新技術(shù)、新工藝的應(yīng)用,建筑結(jié)構(gòu)的構(gòu)件、新產(chǎn)品、新材料的選擇都無不考慮保溫、隔熱,輻射、防輻射等與輻射緊密相關(guān)的因素。

①施工圖的優(yōu)化設(shè)計――考慮環(huán)保節(jié)能,達到環(huán)保標準,節(jié)能標準。

②屋面的保溫、防輻射――由選材與施工保證。

③外墻保溫、隔熱、防輻射――由選材與施工保證。

④外門窗的熱反射、熱輻射――由選材與安裝來保證。

⑤墻體空心磚,其它輕體材料的選擇與施工。

3.相互關(guān)系

冷暖輻射――生活能耗(即建筑使用期能耗)與建筑節(jié)能――建筑能耗(建筑建設(shè)期能耗)是建筑總能耗的兩個部分。兩者是相互作用,相互彌補的統(tǒng)一體。沒有一個高標準的節(jié)能顯著的建筑圍護結(jié)構(gòu),使用期的能耗既降不下來,也更不會有一個良好的供冷供暖環(huán)境。反之,建筑節(jié)能標準再高,沒有一個低能耗的供冷供暖系統(tǒng),也達不到理想的供冷供暖的效果。因此,只有深入研究輻射原理及輻射能的應(yīng)用,把冷暖輻射和建筑節(jié)能做為一個完整的課題集中研究,統(tǒng)籌考慮,建筑總能耗才能按照以下趨勢:高能耗→低能耗→超低能耗→微能耗→零能耗,發(fā)展。

四、輻射換熱存在的問題

在當前的應(yīng)用階段,輻射換熱存在一些問題,以地溫地板輻射采暖工程為例,存在一下幾種問題:(1)室內(nèi)偏熱;(2)地面溫度偏高;(3)地面溫度分布不均勻等。經(jīng)過了解發(fā)現(xiàn)設(shè)計中存在一些問題,下面對室內(nèi)溫感偏高做一簡單分析。

出現(xiàn)這種情況主要由以下原因引起:一是負荷確定時未考慮輻射采暖與對流采暖的區(qū)別,直接將對流采暖負荷作為輻射采暖負荷進行計算。二是有的設(shè)計人員按參考資料提供的地板散熱量直接查取管間距,甚至根據(jù)經(jīng)驗確定管間距,而忽略了其適用條件。

根據(jù)以上兩點,可以得出設(shè)計時應(yīng)進行細致的計算,否則不僅偏離設(shè)計要求,而且也將造成能源浪費。