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为什么辐射空调才是舒适空调?

来源:暖立方传媒 点击:93 时间:2021-04-19

随着舒适家居行业的深入发展,市场上相关的舒适系统解决方案也是层出不穷,技术的先进性与系统的舒适性也在同步升级。这其中,辐射空调作为当下市场上技术高精尖与体感高舒适的代表,也引起专业性要求较高而让人“望而生畏”。那么,辐射空调到底是什么?他的技术难点在哪里?如何解决?本篇告诉你答案!
 

一、热湿舒适理论






辐射空调系统一定不是简单的供暖和供冷,她是为了舒适而生的,是方格理论Messana理论的伟大实践,是人体揭开舒适密码的伟大实践。更伟大的意义就不说了,给未来吹牛留点东西。

什么是人体舒适?笼统的说就是无感蒸发,或者叫无感自然蒸发。这里面有两个词组成,一个是无感,一个是自然蒸发,这里的自然蒸发是相对于强制蒸发(出汗)和强制不蒸发(毛孔收紧直至关闭)而言。大家知道,人体要做到无感,无冷感热感吹风感,这些“感”其实来着人体的皮肤神经元,这些神经元不被触碰不兴奋,人自然就无感。人体是分冷热不同的神经元,风吹则是皮肤的触觉神经元也叫机械神经元和感觉神经元,都是一个意思。自然蒸发首先要无冷热感,有了冷热感人体就会自然的抵抗,比如冷了毛孔就收紧热了打开甚至出汗,这就不叫自然蒸发了!湿度可以调整自然蒸发的大小,辐射传热作用会影响毛孔的开度进而影响蒸发量,后面会详解。

无感蒸发 与 强制蒸发

无感的另外一个好处是节省人的精力,也就是节省神经系统的能量。这是非常有利于某些脑力工作、休息和睡眠的,很多外国科学家对此有一些结论性的成果,对未来“家环境”而言这将是标准需求。
 

 无感蒸发 与 强制蒸发
显然,上述的舒适是以方格教授热平衡理论为基础的。所谓热平衡就是说的人体释放的能量和环境带走的能量刚好等于零。具体分析就是六项指数,抛开一些条件比如穿衣服指数,人体自然条件,活动指数等主观条件,客观上就剩下对流换热、辐射换热和蒸发换热。辐射空调和传统空调,在这三个方面直接对比会发生有什么不同?如何用舒适理论去说明?
 辐射空调和传统空调,在这三个方面直接对比会发生有什么不同?如何用舒适理论去说明?


A传统对流空调存在温度波动、垂直温差及温度均匀性、热稳定性等问题

先说热稳定性,大家知道传统空调一般用它即开即热或者即开即冷,一旦关闭,5分钟人就会感觉非常热,为什么?空气本身比热比水小4倍,同时它改变壁面温度能力很差,加上即开即热的思路,造成一旦关上空调,空气热容量太小,壁面平均辐射温度迅速加热空气,进而无法带走人体的热量,这种情况热稳定性非常差。而辐射空调直接改变壁面温度,热容量大,带来热惰性也大,可以消峰填谷,自然热稳定性就会好,而且是“冷源表面”辐射强度越高,稳定性越好,空气的垂直温差以及均匀性越好。
 传统对流空调存在温度波动、垂直温差及温度均匀性、热稳定性等问题


这个是非常好理解的问题,传统空调是机械强制对流系统,出风温度到回风温度是被逐步加热的,风温从10度到25度是逐步提升的过程,加上机械强制的方式,垂直温差和不均匀分布是不可避免的!辐射空调尤其是天棚供冷时,也会产生一定的对流,由于一般的天棚表面温度会被维持在18~20度(制冷过程中可达16度),这个产生对流量和强制对流的空调比少的太多了,同时各个壁面被辐射到23~25度,请注意,各个壁面是直接被辐射到某个温度的,辐射面和被辐射面之间是没有梯度的,这个是跟空气的最大不同。这也就是辐射空调系统中空气温度天然均匀且垂直温差很小的原因,天蓬供暖时空气温度会更加均匀。

关于室内温度,一般是指操作温度To。这个温度和大家通常理解的室内空气温度及平均辐射温度的关系:To =(Tair+Tmrt)/2,这个公式是最重要的,在固定了服装热阻、活动人群排除个体差异的情况下,无论是ISO7730还是Ashrae55都把操作温度波动值作为热环境重要指标而且是唯一的热评级标准。这个问题的理解本身是非常重要的,热评价是评价供暖供冷系统对于环境的响应的,波动值就是来源于环境的变化,比如室内人员的增加,室外温湿度的波动,不随这些因素改变的系统才是好系统,因为改变是显而易见的,如何应对这些变化才叫做系统能力,通俗讲,热评价就是评价系统能力的。舒适温度范围更不是热评价的标准,少数同行在这个方面欺骗客户,说舒适是一个范围,只要系统温度在这个范围内就是合格。舒适温度本身固定值是不存在的,个体差异服装热阻活动情况都不同,舒适温度完全不同,真正的舒适温度是因人而异的一个点绝不是一个范围,评价方法是设定值后的波动值,这是真正的热评价!国标GB50736所说的夏季24到28冬季18到22度这样的空气温度范围显然是值得商榷的。
国标GB50736所说的夏季24到28冬季18到22度这样的空气温度范围显然是值得商榷的。

这一点上,对流空调和辐射空调是无法比较的,差距巨大!维瓦尔第辐射空调操作温度可以在一个较大范围内设定,比如夏季可以在22~28℃,冬季18~24℃范围内设定,波动值50%时间可以达到±0.5度,90%时间可以达到±1度,这是ISO标准中A+级水平。
 
B为什么说辐射空调是舒适空调,而传统空调只能叫冷暖空调

上述的环境平均辐射和对流空气温度,决定了人的体感温度,人的体感温度和自然蒸发决定了人体换热量,而湿度影响着自然蒸发。由此可见,把体感温度和湿度精确控制,是非常有意义的。传统空调的温湿度耦合控制是不可能实现的,只有通过温湿度独立控制才有可能,显然辐射空调是非常适合这一理论的。值得注意的是这里说的湿度是指绝对湿度而非相对湿度,因为影响蒸发的是空气里水的分压力,通常分压力露点和绝对含湿量是一对一的关系。在工程实践中,引进露点温度或者含湿量才能更准确表达室内湿度对人体的影响,相对湿度代表舒适度的概念是不准确的。

实践中,另一个问题出现了,固定湿度的情况下,同时达到热平衡的状态,人体的辐射换热和对流换热带走人体热量以及人体自然蒸发带走的热量是否存在比例关系?

固定湿度的情况下,同时达到热平衡的状态,人体的辐射换热和对流换热带走人体热量以及人体自然蒸发带走的热量是否存在比例关系?
假如不存在比例关系,理论上大家可以用新风除湿加干盘管实现温湿度独立控制,可是实践中效果极差,为什么?因为干风盘改变壁面温度的能力更差,同普通空调比辐射换热被进一步降低,人体感受更差了!事实上舒适感中,辐射换热比例关系是存在的。Messana的研究表明,如果辐射换热占比多了,人会立即变得舒适,这种舒适除了温度的无感外,皮肤的清爽是最大体会。原理是冷辐射作用可以使皮肤毛孔收缩,从而消汗的作用特别明显,皮肤变得干爽,人体变得凉爽。
人体热平衡是热舒适的基础,更舒适的感觉来自于热平衡后带走人体的热量的比例关系!
夏季室外环境以及多数室内环境让皮肤多半时间是潮湿的,这种干爽感受让人非常舒适。冬季辐射传热的目的刚好相反,体高壁面温度减少和人体换热,让人的毛孔打开,皮肤就会在即使干燥的冬季也会湿润起来,如果有些加湿会让水份留在皮肤表面的情况更加明显,但是不提高壁面温度单纯的加湿是没有用的。这就是辐射空调带来的真正的舒适体验。根据这些情况,大家得出结论,人体热平衡是热舒适的基础,更舒适的感觉来自于热平衡后带走人体的热量的比例关系!
 MESSANA先生给出的比例关系如下,夏季:辐射换热45~50%,对流15~20%,蒸发30~35%;冬季:辐射30~35%,对流20~30%,蒸发40~50%。


MESSANA先生给出的比例关系如下,夏季:辐射换热45~50%,对流15~20%,蒸发30~35%;冬季:辐射30~35%,对流20~30%,蒸发40~50%。
 


这一比例关系,实践中表现出来的就是冬季空气温度比壁面平均辐射温度低1~2度,夏季空气温度比平均辐射温度高1~2度。这个比例关系的存在,进一步说明了为什么冬季辐射供暖和夏季辐射供冷都好于对流空调的原理,这样的环境让人精力充沛,身心愉悦,神清气爽。达到这样精准控制水平,显然是普通空调做不到的。很多人都在思考如何控制环境,忘记了环境本身是没有舒适感受的,只有回归到人体舒适,以人体为中心,让环境服务于人,才能打造优秀的环境!


二、辐射空调系统,是对于人体舒适理论最好的诠释!






A温湿度独立控制是基础,辐射末端是重点,湿度控制是保障,控制手段是难点
 


实现上述比例关系并不容易,尤其是夏季。最大的问题就是壁面温度太低,会引起结露问题。而采用变水温的思路,不仅破解了结露的难题,同时又保证了较高的辐射强度。
 
在此思路之下设计的系统,在相对湿度55%左右的情况,可以达到80~90瓦左右的冷量每平米。具体如下:

室温26度,湿度55%,辐射板每平米最大冷量82.8瓦;
室温25度,湿度55%,辐射板每平米最大冷量79.3瓦;
室温24度,湿度55%,辐射板每平米最大冷量76.6瓦;
如果适当的降低湿度,将得到更大的冷量,具体如下:
室温26度,湿度52%,辐射板每平米最大冷量93.3瓦;
室温25度,湿度52%,辐射板每平米最大冷量90.2瓦;
室温24度,湿度52%,辐射板每平米最大冷量87.5瓦;

这样根本不需要地面和墙的情况下,50%~60%是敷设面积能满足大部分住宅的需求。末端强大的全动态调节的辐射强度才能带来环境的有效调节,从而达到大家期待的比例关系,达到真正的舒适。
 
B为什么说毛细管空调以及辐射对流混合末端是冷暖空调不是舒适空调?
 
相比对流空调,毛细管以及其他辐射末端有了一定的改变壁面温度的作用,但由于传热模型本身的错误,其水温只能给到18度,辐射能力较低,调节性几乎没有,为了达到末端的热平衡,只能增加对流传热,导致无法达到比例关系,对流末端的介入,热稳定性不均匀性都一定程度的下降,最为关键的是辐射强度降低,带来权重降低,无法达到±1度的波动值,有些毛细空调还是肯讲实话的,波动值定义到±2度,B级以下的水平,从而沦为冷暖空调的范畴,达不到舒适空调的指标!其调节能力有时还低于多联机系统。这样的空调花费不低,意义不大,以为冷暖的问题传统空调已经解决,又便宜又便捷。
为什么说毛细管空调以及辐射对流混合末端是冷暖空调不是舒适空调?

 
C地面供暖供冷和天棚冷暖的比较
 地面供暖供冷和天棚冷暖的比较
天棚冷暖辐射
单纯改变环境冷暖方式来看,最为理想的方式是天棚供暖和地面供冷,因为这样产生对流量最小,最容易控制空气温度和体感温度。可是由于生活环境所致,地面供冷在民用住宅环境,受到较大限制,甚至不宜推广。
 
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