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辐射板作为一种新型空调末端形式,能够结合通风系统营造良好的室内环境,因辐射空调系统相对于传统对流空调系统拥有更加舒适和节能的特点而被广泛运用到建筑中。在写字楼、大型商场、高铁站等公共建筑中透明围护结构面积占比较大,入射的太阳辐射也较多,当在这些建筑中采用辐射空调系统时,太阳辐射不仅会影响辐射板的传热计算,还会对室内热环境造成一定的影响,因此有必要对此进行深入的研究。
在各类手册、标准中,辐射板的传热计算仅仅考虑了冷表面与环境之间的对流换热和长波辐射换热,并没有考虑辐射板直接吸收的太阳短波辐射。本文提出采用线性方程法计算冷辐射板直接吸收太阳辐射能,并分别研究了房间尺寸和表面对可见光的反射比对冷辐射板吸收太阳辐射能的影响。基于此,本文对 ASHRAE 给出的辐射板换热量的计算方法进行了修正,增加了直接吸收的太阳辐射,根据修正的方法和 ASHRAE 的方法分别得到夏季设计日辐射板的逐时传热量,结果显示,进入室内的太阳辐射越多,两者传热量的计算差异越大,最大差距达到了40%。由于辐射空调冷负荷的计算仅在传统对流空调冷负荷计算方法的基础上进行了修正,因此计算结果是确定的,而采用ASHRAE方法计算的辐射板表面单位面积供冷量偏低,由此计算的辐射板铺设面积将大于本文修正方法,但是房间中心截面的平均PPD(预测不满意率)稍大于本文方法设计的房间,即舒适性较低。因此,在设计辐射空调时应该考虑冷辐射板直接吸收的太阳辐射,以正确计算辐射板的铺设面积。
为了研究太阳辐射对辐射空调系统房间内舒适性的影响,本文采用 CFD 模拟和实验相结合的方法,实验验证了本文实验房间模型的准确性。模拟结果表明,太阳辐射不仅对辐射空调系统房间内整体舒适性有影响,而且会改变室内局部舒适性。冬季条件下,无太阳辐射时PMV值从顶板位置向玻璃幕墙位置递减,且沿窗户方向的辐射不对称不断减小,最小值接近?10℃;存在太阳辐射时室内中心截面上PMV值则是从室内中心位置向玻璃幕墙位置递增,且沿窗户方向的辐射不对称逐渐增大,最大值接近6℃。夏季条件下,无论是否存在太阳辐射,室内PMV的分布趋势类似,越靠近窗户,PMV值越大;由于玻璃温度都较高,所以沿着窗户方向的辐射不对称都增大,但是存在太阳辐射时其趋势更明显,最大辐射不对称超过10℃。空气垂直温差与送风温度以及热源布置位置等有关,太阳直射表面由于温度较高所以附近的空气垂直温差较小。
综上,由于冷辐射板能直接吸收部分入射的太阳辐射,其传热量的计算结果相比只考虑冷表面的对流传热和长波辐射换热的结果增加,当辐射板温度一定时,所需要的辐射板面积相比 ASHRAE 方法设计的偏小,但同时舒适性更佳。太阳辐射照射的区域温度较高,这些区域不仅会使室内平均辐射温度上升,人体辐射散热量减小,还会造成如辐射不对称、热地板等引起的局部不舒适,研究发现,存在太阳辐射时降低冷辐射板的表面温度来降低室内平均辐射温度和空气温度,是使人体达到热舒适的有效方法。
在各类手册、标准中,辐射板的传热计算仅仅考虑了冷表面与环境之间的对流换热和长波辐射换热,并没有考虑辐射板直接吸收的太阳短波辐射。本文提出采用线性方程法计算冷辐射板直接吸收太阳辐射能,并分别研究了房间尺寸和表面对可见光的反射比对冷辐射板吸收太阳辐射能的影响。基于此,本文对 ASHRAE 给出的辐射板换热量的计算方法进行了修正,增加了直接吸收的太阳辐射,根据修正的方法和 ASHRAE 的方法分别得到夏季设计日辐射板的逐时传热量,结果显示,进入室内的太阳辐射越多,两者传热量的计算差异越大,最大差距达到了40%。由于辐射空调冷负荷的计算仅在传统对流空调冷负荷计算方法的基础上进行了修正,因此计算结果是确定的,而采用ASHRAE方法计算的辐射板表面单位面积供冷量偏低,由此计算的辐射板铺设面积将大于本文修正方法,但是房间中心截面的平均PPD(预测不满意率)稍大于本文方法设计的房间,即舒适性较低。因此,在设计辐射空调时应该考虑冷辐射板直接吸收的太阳辐射,以正确计算辐射板的铺设面积。
为了研究太阳辐射对辐射空调系统房间内舒适性的影响,本文采用 CFD 模拟和实验相结合的方法,实验验证了本文实验房间模型的准确性。模拟结果表明,太阳辐射不仅对辐射空调系统房间内整体舒适性有影响,而且会改变室内局部舒适性。冬季条件下,无太阳辐射时PMV值从顶板位置向玻璃幕墙位置递减,且沿窗户方向的辐射不对称不断减小,最小值接近?10℃;存在太阳辐射时室内中心截面上PMV值则是从室内中心位置向玻璃幕墙位置递增,且沿窗户方向的辐射不对称逐渐增大,最大值接近6℃。夏季条件下,无论是否存在太阳辐射,室内PMV的分布趋势类似,越靠近窗户,PMV值越大;由于玻璃温度都较高,所以沿着窗户方向的辐射不对称都增大,但是存在太阳辐射时其趋势更明显,最大辐射不对称超过10℃。空气垂直温差与送风温度以及热源布置位置等有关,太阳直射表面由于温度较高所以附近的空气垂直温差较小。
综上,由于冷辐射板能直接吸收部分入射的太阳辐射,其传热量的计算结果相比只考虑冷表面的对流传热和长波辐射换热的结果增加,当辐射板温度一定时,所需要的辐射板面积相比 ASHRAE 方法设计的偏小,但同时舒适性更佳。太阳辐射照射的区域温度较高,这些区域不仅会使室内平均辐射温度上升,人体辐射散热量减小,还会造成如辐射不对称、热地板等引起的局部不舒适,研究发现,存在太阳辐射时降低冷辐射板的表面温度来降低室内平均辐射温度和空气温度,是使人体达到热舒适的有效方法。