冷暖輻射與建筑節(jié)能(一)

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廊坊市金翼空調(diào)科技發(fā)展有限公司 作者 顧世章
    關(guān)鍵詞:輻射模板、冷暖輻射、建筑節(jié)能
    冷暖輻射與建筑節(jié)能這一命題,實(shí)際上并沒有什么新意。因?yàn)槔渑椛鋸挠腥祟惸翘炱?,它就伴隨著人類繁衍生息。沒有它,就沒有生命的存在。但是人們對(duì)于“冷輻射”的認(rèn)識(shí)或許有些陌生,而對(duì)“熱輻射”就很司空見慣啦。北方人自古以來就有采用煙道式的火炕、地暖、火墻等傳統(tǒng)的采暖方式的習(xí)慣。尤其是近幾年,由于新材料、新工藝不斷涌現(xiàn),低溫輻射地面供暖廣泛應(yīng)用,幾乎達(dá)到家喻戶曉的程度。本文從熱輻射的原理及冷暖輻射的應(yīng)用淺析冷暖輻射與建筑節(jié)能的關(guān)系;簡論冷暖輻射對(duì)于建筑節(jié)能的重要作用;推介適合中國國情環(huán)保節(jié)能的生態(tài)冷暖輻射空調(diào)裝置及其不可或缺的末端主要配置系統(tǒng)――輻射模板系列產(chǎn)品。以期為建筑節(jié)能起個(gè)推波助瀾作用。
    一、輻射原理
    1.熱輻射
    在任何一個(gè)環(huán)境里,任何一個(gè)絕對(duì)溫度高于零度的物體都會(huì)向外界以電磁波的方式發(fā)射具有一定能量的粒子(也叫光子)。這個(gè)過程就叫做“輻射”。常說的“熱輻射”。熱輻射的波段為0.1-100μm。此波段介于X射線和無線電波之間。其波段包括一部分紫外線波段、可見光波段(0.35-0.75μm)和部分紅外線波段。自然界所有物體都會(huì)高于絕對(duì)零度的溫度。因此,都有發(fā)射和吸收輻射波的能力。只不過物體不同,發(fā)射與吸收輻射波的能力不同罷了。物體自身溫度越高,輻射能力越強(qiáng)。物體之間距離越近,輻射強(qiáng)度越高。在我們所認(rèn)知的宇宙間,太陽的輻射能力強(qiáng)。一個(gè)物體向另一個(gè)物體熱輻射的過程實(shí)際上是一個(gè)能量轉(zhuǎn)移的過程。其過程,輻射源一方能量減少,被輻射一方能量增加。這個(gè)過程也就是一種熱交換過程。是熱傳遞過程的一種。
    2.熱傳遞方式
    熱傳遞方式有三種:對(duì)流,傳導(dǎo),輻射。
    對(duì)流:熱對(duì)流是以液體或氣體為介質(zhì),通過其質(zhì)點(diǎn)宏觀地相對(duì)運(yùn)動(dòng),從一個(gè)區(qū)域遷移到溫度不同的另一個(gè)區(qū)域的熱傳遞過程,也稱謂“對(duì)流換熱”。在日常應(yīng)用的散熱器與冷風(fēng)、熱風(fēng)空調(diào)等換熱裝置主要是以對(duì)流方式供暖或供冷;大自然常見的“寒流”、“暖流”等導(dǎo)致大氣溫度變化的氣象現(xiàn)象,是明顯的對(duì)流方式傳熱過程。
    傳導(dǎo):熱傳導(dǎo)(導(dǎo)熱)是兩個(gè)相互接觸的固體或固體的不同部位之間由于溫度不同而引起的熱傳遞現(xiàn)象。這種導(dǎo)熱方式是依靠物體的分子、原子及自由電子等微觀粒子熱運(yùn)動(dòng)進(jìn)行熱量傳遞。這種熱傳遞方式不僅大量存在于冷熱能傳輸與熱交換之中,而且根據(jù)其不同的導(dǎo)熱性能和工作環(huán)境的不同要求而大量地應(yīng)用在建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)和其它設(shè)施的保溫隔熱材料方面。
    輻射:熱輻射是完全不同于熱對(duì)流和熱傳導(dǎo)的熱傳遞方式。由于其特有的低溫輻射特性,而且此低溫特性做為一種熱交換方式,以其節(jié)能、舒適而著稱,明顯優(yōu)于對(duì)流和傳導(dǎo)兩種熱傳遞方式,而被正在推廣的低溫輻射地面供暖所充分驗(yàn)證。
    3.冷暖輻射的概念
    冷暖輻射從實(shí)質(zhì)上講是一個(gè)原理,都是熱輻射的過程,只不過是通過正向、逆向兩種方向的輻射,分別達(dá)到供暖、供冷二種不同效果。輻射供暖時(shí),溫度高于供暖環(huán)境的輻射基體持續(xù)地向周圍空間、物體及人體輻射熱能,完成供暖過程。輻射供冷時(shí),溫度高于輻射基體的戶內(nèi)空間、物體和人體將自身的熱量輻射至低溫的輻射基體(實(shí)際上已成為被輻射基體)。降低了戶內(nèi)空間、物體和人體的溫度,達(dá)到了供冷效果。
    二、輻射能的利用
    輻射能的利用,這是一個(gè)涉及建筑物理、熱工環(huán)境、暖通空調(diào)、建筑結(jié)構(gòu)等眾多領(lǐng)域,諸多學(xué)科的應(yīng)用技術(shù)研究課題。輻射能的利用伴隨著人類歷史的發(fā)展,應(yīng)用的領(lǐng)域越來越廣,應(yīng)用的范圍越來越大。在經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展,能源逐漸危機(jī),環(huán)境日趨惡化的當(dāng)今時(shí)代,深入研討輻射能的利用,既有刻不容緩的現(xiàn)實(shí)性,也有功在千秋的前瞻性。
    本文從以下幾方面進(jìn)行論述:
    1.充分挖掘利用輻射能源
    挖掘利用輻射能源,就是充分利用太陽能這一取之不盡、用之不竭的能源。它幾乎100%的以熱輻射的方式向地球毫不吝嗇的,永不休止的傳遞熱能??梢钥隙ǖ卣f,太陽能是的人類可以永久利用的能源。世界的英國人類學(xué)家愛德華、泰勒曾說過:“人類實(shí)際上是能夠適應(yīng)輻射熱交換的,畢竟人類已經(jīng)生活在一個(gè)由輻射能加熱的世界上達(dá)幾億年之久?!?BR>    2.積極推廣低溫輻射的熱傳遞方式
    愛德華、泰勒先生又說:“如果世界上的熱交換完全靠輻射來完成,我們?cè)谀壳澳芎膸缀?/3的基礎(chǔ)上就可以生活得更好?!钡蜏剌椛涔┡瘍?yōu)勢(shì)多多。低溫輻射地面供暖環(huán)保、節(jié)能、舒適、健康、方便、耐用等優(yōu)越性已人所共知,無須贅言。中溫輻射供冷的應(yīng)用雖然剛剛起步,但是其節(jié)能等諸多優(yōu)勢(shì)可與低溫輻射供暖相媲美。而且二者同一冷熱源,同一傳輸系統(tǒng),同一輻射末端配置的兼容功能,可使優(yōu)勢(shì)倍增,能耗倍減。
    3.有效發(fā)揮調(diào)控?zé)彷椛涔δ?BR>    如何有效利用太陽輻射能,如何有力控制太陽輻射能,是二個(gè)同等重要的課題。一方面千方百計(jì)將太陽能轉(zhuǎn)換成有效能,另一方面想方設(shè)法防止熱能通過熱傳導(dǎo)、輻射方式散失或侵入。做到需要熱量時(shí)供熱,需要降溫時(shí)供冷,該保溫的保溫,該隔熱的隔熱。有效發(fā)揮、調(diào)控?zé)彷椛涔δ?,完美地體現(xiàn)這一異曲同工的節(jié)能作用。
    4.不斷更新、推出冷暖輻射能源的制取、轉(zhuǎn)換配套設(shè)備
    目前在市場(chǎng)上同時(shí)制冷供熱的各式吸收式溴化鋰直燃機(jī)組,水源熱泵、地源熱泵及其它可再生能源冷熱兼容的轉(zhuǎn)換設(shè)備已相繼問世。太陽能冷暖空調(diào)也正在研制中。但這些冷熱制取轉(zhuǎn)換設(shè)備的市場(chǎng)方向基本上還是沒有離開以對(duì)流為主的冷熱風(fēng)方式供冷供暖。其供熱出口溫度要求過高,供冷出口溫度要求過低。因此,導(dǎo)致設(shè)備出力大,高能耗,高價(jià)位,市場(chǎng)定位很難大眾化,而且投資大,運(yùn)行費(fèi)用高,舒適度差。而用這樣的前端設(shè)備制取冷暖輻射的冷熱源,自然是大馬拉小車,很不劃算。因此對(duì)于各種能源,有針對(duì)性地研發(fā)生產(chǎn)或?qū)F(xiàn)有設(shè)備改造成適合于輻射供冷供暖的前端設(shè)備顯得尤為重要和迫切。這對(duì)現(xiàn)有的一些生產(chǎn)廠家來說不是有可能,而是很容易做到。
    5.大力研發(fā)生產(chǎn)冷暖輻射空調(diào)干式末端配置系統(tǒng)
    所謂“干式末端配置系統(tǒng)”是指各類輻射模板。前端設(shè)備將制取的中溫冷水或低溫?zé)崴?,?jīng)傳輸系統(tǒng),傳遞到末端輻射模板的表面。通過輻射和對(duì)流的方式(以輻射為主)直接與室內(nèi)環(huán)境進(jìn)行冷熱交換。這種以輻射方式為主的冷熱交換極大地簡化了能量從冷熱泵到終端用戶――室內(nèi)環(huán)境之間的傳遞過程。大大減少了不可逆損失;提高了低品質(zhì)自然冷熱源的可利用性。
    目前,具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的適合于安裝在地面、內(nèi)墻、頂棚的各種輻射模板(塊)、組合板、集成板系列產(chǎn)品,已陸續(xù)問世。有的已大量應(yīng)用在地面供暖的工程上。當(dāng)前,在北京大興區(qū)冷暖輻射樣板工程上也得到成功應(yīng)用。這些輻射模板(塊)在大量的地面供暖工程上和冷暖輻射空調(diào)樣板工程上的應(yīng)用,為冷暖輻射空調(diào)干式末端配置系統(tǒng)的全面推廣提供了可能,創(chuàng)造了條件。
    三、建筑節(jié)能的現(xiàn)狀與形勢(shì)
    改革開放以來,我國的國民經(jīng)濟(jì)迅速發(fā)展的勢(shì)頭令全世界驚嘆不已。同時(shí)能源的危機(jī)、環(huán)境污染的不斷惡化又令人十分擔(dān)憂。循環(huán)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略,已列為中央富民強(qiáng)國的壓倒一切的大政方針。眾所周知,能源危機(jī)是全球性的,環(huán)保節(jié)能是人類共同面臨的歷史任務(wù)。我們不得不面對(duì)這樣一個(gè)嚴(yán)峻現(xiàn)實(shí):按照目前開采的能力和水平,全世界的煤約200年、石油約30年,天然氣約50年,就將抽干挖凈。誠然,文明的現(xiàn)代人絕不會(huì)消極等待或無動(dòng)于衷的。保護(hù)環(huán)境,節(jié)約能源已成為全人類的共同行動(dòng)。發(fā)達(dá)國家不僅其社會(huì)經(jīng)濟(jì)總量和人均GDP遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于我國,更主要的是環(huán)保節(jié)能意識(shí)、環(huán)境保護(hù)水平、能源節(jié)約力量都遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過我們。這是不爭的事實(shí)。在社會(huì)不斷進(jìn)步、經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展的情況下,人類生活用能耗占社會(huì)總能耗的比重越來越大。與我們同緯度區(qū)域的西方發(fā)達(dá)國家對(duì)能源需求能力,平均比我們高出2-3倍,而實(shí)際能源消耗卻是我們的1/3。這是一個(gè)很值得我們反思的問題。
    我們國家經(jīng)濟(jì)發(fā)展的勢(shì)頭越來越迅猛。2020年實(shí)現(xiàn)小康社會(huì)現(xiàn)有的經(jīng)濟(jì)總量要翻二番,達(dá)到3000美元/人均。城市化率將達(dá)到41.76%;每年新增建筑面積18.2億m2。要達(dá)到此目標(biāo),現(xiàn)有能源必須翻一番,而且當(dāng)前全國還有4億m2的舊有建筑需要節(jié)能改造,確實(shí)建筑節(jié)能工作任重道遠(yuǎn)。為此,國家對(duì)新增的建筑節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)由“十五”規(guī)劃北京、天津地區(qū)的65%增至75%,全國其它地區(qū)由50%增至65%。而實(shí)際上即使達(dá)到65%的節(jié)能標(biāo)準(zhǔn),平方米耗煤量為12-9kg,也遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于歐洲發(fā)達(dá)國家4kg/m2的耗煤量。更何況實(shí)際中節(jié)能水平還在大打折扣。近期國家有關(guān)部門聯(lián)合對(duì)北京地區(qū)“十五”期間建筑節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)達(dá)到65%的建筑進(jìn)行抽樣調(diào)查,竟發(fā)現(xiàn)相當(dāng)一部分建筑節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)甚至沒有達(dá)到30%。由此可見我們的節(jié)能工作的嚴(yán)峻形勢(shì)。大家都不會(huì)忘記2005年夏季,北京、上海、南京等大中城市因空調(diào)用電旺季,拉閘限電鬧“電荒”的情景。
    建筑節(jié)能的工作與經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展相比,嚴(yán)重滯后狀況,原因是多方面的。這是一個(gè)歷史遺留的問題也是一個(gè)非常復(fù)雜的經(jīng)濟(jì)問題和社會(huì)問題。但是筆者認(rèn)為,用輻射供冷暖這一把鑰匙去開啟建筑節(jié)能這扇大門不失為一個(gè)科學(xué)的、行之有效的,投入少,見效快的便捷辦法。