热湿地区采用的辐射冷顶板加置换通风系统

附录三：外文翻译《能源与建筑》36(2004年36期)1273-1280热湿地区采用的辐射冷顶板加置换通风系统DoosamSonga,ShinsukeKatob,a韩国，Suwon，Chunchun-dong300号，Sungkyunkwan大学建筑工程学院,邮编：440-746,b日本，东京，Meguro-kuKomaba4-6-1号，东京大学工学院，邮编：153-8505,收稿：2003年4月8日;改稿：2003年7月18日摘要：这篇文章调查一个混合的冷却系统,利用风驱动的置换通风和辐射冷却板。室内环境特性使用计算流体力学(CFD)模拟,结合辐射传热模拟，以及HVAC控制使得在房间中的人体模型的PMV值达到目标值。系统与一个节约能源的策略一起设计，这用一个垂直的温度梯度利用房间内分层的空气。被冷却的空气在房间的较下层稳定下来，当热湿空气经过过房间的上层区域的时候，排除出热量和室内产生的污染物。这一个策略被发现在日本的春天和秋天间的季节相当附合能源效率。甚至在热湿的户外情况之下,与配有辐射冷却的混合系统会带来重要的节能，是可以与一个外加地板空调系统的混合系统相比较的。关键字:混合冷却系统;自然通风;辐射板冷却;CFD介绍考虑自然通风是非常有效的能源策略，因为它利用自然力。在包括日本的亚洲的热湿区域中调整自然通风的户内环境中种传统方法。然而，在现代的建筑物，确定性、可信度和效率被首先考虑，自然通风的独立使用是不适当的。一个混合空调系统采用受约束的自然通风，或结合自然通风的机械的空调被考虑用以克服纯粹自然通风的缺点，而且有节约能源的效果。许多研究已经在欧洲和日本的自然通风制度和混合空调系统上被使用。在日本的个别混合冷却系统项目，结合自然通风的地板空调被广泛采用。但是许多研究已经发现辐射制冷在许多区域比传统的空调系统更为有效。在这研究，我们主张使用自然通风和辐射板冷却的混合冷却系统。它基于采用自然通风和辐射板冷却，对准目标根据置换通风引导户外的空气进入户内空间而且利用自然力尽可能达到更远的热条件。即使采用比较高的户外温度置换通风的方式冷却一个房间是不可能的，但户外的空气能仍然通过传入和经过房间的上层空间的途径，排除热和在室内产生污染物。在此同时,在垂直热梯度的帮助下,房间温度较低的部份可以由镶嵌在它里面的辐射板进一步冷却。这一个策略被认为在室内是高效率并能提供适当的热舒适。在这篇论文中，混合冷却系统用于描述室外的空气温度和相对湿度介于21℃60%和30℃70%之间的标准结果。2.辐射冷却系统加自然通风的概念图1是在这个系统的研究概图。这一个冷却系统在房间的上部设置风口向室内提供新风进行自然通风并排除房间中被产生的热。除湿辐射地板安装在房间的下部用以控制室内的湿度并供冷。即使当户外的温度相对室内供冷较高，但是室内产生的热和污染物也能不在室内逗留占据空间，而随自然通风从房间上部通过风口排出室外，在房间的较低的部份中安装的辐射冷却板也只局部产生制冷效果。因此这种系统重视采用自然力调节的室内的环境的可能性,但是取它在舒适度的水平下的最佳化用以维持户内的环境从而达到节约能源的目的。CFD分析概述房间分析模型与混合冷却系统仁即可以用于住造宅业可以用于荡办公大楼。在浑这里，我们研甚究办公大楼。赚办公室设定在狭图医3诱中，房间的长瓶度是嫂10.8m絮。被分析的区脂域设定在的办眨公室宽度马3.6m天的一半的地方帜(1.8m脉),葡形成一个对称随的结构。混合某冷却模型中户君外的空气从窗留户称(舰0.5m眠*仍1.8m;堵图酿3爬左侧躁)五进入房间上层书流动的時候杜,摄从另一侧均(撒0.5m皮*同1.8m;僵图祥3节右侧络)固排出仿,擦与此同时辐射爽制冷正在工作虫。辐射冷板被鸭设置在书桌前胡的隔板内怜,订而且在露点温溜度下就能工作颜。齐然而在地板下坝的空调系统混啊合的冷却系统彼的情况下，被奸冷却的空气来蝇自地板的漫射惯器供应。人、疼照明、个人计关算机撇,射太阳的得热位,脸及其他产生制屋冷负荷咐,务由自然通风来半走，和辐射制弊冷或地板空调洲系统一起。人冈的模型安置在巴房间的中心作照为热舒适感应塞器。4.结果渣4.1.虏流场区域腿不同的流场区成域如图泪7甩所示婶。薯在案例造1(恩自然通风加辐齐射冷却系统裂)浪，犹由于室内空气筋(稼26.6拨℃酒)纽与室外空气用(帖21息℃柱)客温度不同的考珍虑，负浮力效应应对流动空气拒的影响显而易璃见坝。莫流动空气向下胀流动到窗口侧肯，与房间较低逢部分的室内空地气相混合渐。形虽然没有列在似这里仆,紧风冷的辐射板造向下流动到地胶上张。或例舍2(盐自然通风空气巧流垦)贯如案例锦1够一样显示了同平样的趋势。但个是冬,帮空气与地下置刷换通风的空气忙相混合朝房间序的较高的地方户流动交.丈由于房间里的野垂直温差周,犹室内产生了顺横时针环流戴。惧在例摇3买中啄,梯由于室内和室基外空气的温差单不大宾,泼负浮力效应对洪流体空气的影惑响不是很明显稀.粘对于冷顶板鸭,笑电脑的热流上判升酿,译从图钥7炸（和c)包可以清楚看到钞.拨这是因为任务带区的平均气温塞下降所引起的摆.括但在体4开个例子中任,生由于垂直温差岁,动室外空气下沉伞到地板表面掩.挑4.2.右温度分布普四个例子的温醒度分布如图堵8接所示。例一中孟室内平均温度咸为践26.6块℃巨，新略高于案例域2则，优24胀.风4裙℃挪湿然而犬，泰垂直温差不大宋,示在约齐2肢度。在例浩2君中愚，母由于较低的风岁速旷(慰0.8棉米朵/谢秒竖)盼，地板附近温变度跌至近纪20梨度。结果，不撞同的房间垂直译温度骤然下降济了寨6敏℃蝇，尤其是在房太间的内部空间胶。含在这两种情况抖下醒，怨由于气流下降段，徒在接近窗口处惜出现了一个较铺低的温度灵。葬案件就3骤，撑室内的平均温乡度为产29.5努℃宇。辫由于房间出现取了垂直方向的更温度梯度寿，晚由于进入的室糊外空气使房间歇的上部出现了治较高的温度区拐域。在例管4址中，温度分布东与第汇2乡种情况十分相教似由，隶但温度分层比眉较清晰蛋。锤与第磁3廊种情况结果相呆比跪，恢高温区浓(佩超过范30府℃汉)禽不见了坐，迷因为热空气被寒地板空调系统恐所冷却篇。昆4.3.当相对湿度分布叨例武3油的相对湿度分巷布情况见图偷9亩。责在案例楼1则，预由于辐射板表财面温度佳(机19.7皮℃总)槽高于露点温度蹲，馅无结露现象出散现奉。详在整个房间中涂平相对湿度约在紧45%虎以上慰,筐也表现了相对拣均匀分布。相未比之下，案例饼2专的平均相对湿奉度为物50%物左右小。份因为随着温度扩的分布亚，塘形成了明显的荡湿度变化组。凤在例拜3浸情况中挨，手表面温度的辐苦射冷却面板鉴(秀18.3播℃孔)停低于露点温度稿，里而发生凝结的鹊表面辐射小组斥。趴即使在送入室洒外高湿度的空壶气的情况下捡，馅由于辐射冷却淡系统除去了室模外空气的湿度凉，房间的平均英相对湿度可达曾约注61%柿。鞠相比第棚3慈种情况下的结方果带，章例勇4亩的平均相对湿淡度陡(朴55%)膀较低冠，宪因为它是由地示板空调系统来糖控制的迁。键4.4.袄空气龄桶(兼如跪图拜10)描室外空气龄是闭在流场的基础轮上计算得到的索。通过名义时罪间常数计算的吩结果是无量纲访常数。在案例掩1极和规2殊中晌，阳空气龄为杜360表秒用，条而在第掠3提和第斗4辱中为扔1200革秒。例少1机由于室外的新型鲜空气进入房豪间的底部，因匪此在房间的较续低部可以观察讲到新鲜的空气滩中。例吹2派与案例才1戏同样可以在附帜近周边区观察斩到相同的趋势办.嚼然而来，痰由于地板下的桨空气流动导致各了室内外空气百得以充分的混场合，因此部分绣新鲜空气是遍幼布整个空间的狼。在这两种情溉况下恶,糕由于新鲜空气控与室内空气相呢混合导致了空孔气中的一部分演变得不新鲜。锄在燕3乏种情况中财，厨室外空气由上纺部进入房间是，愉相对新鲜的空爪气分布在房间它的上部教。仔在例垦4域中辅，含新鲜空气下沉舒到房间底部，雄同案例棚2民的结果一样新叛鲜空气是遍布歉整个房间的。目4.5.嘱墙体表面温度核和人体模型的涌有效温度和平竭均辐射温度持例露1辨中人体模型的忌有效温度是泼28.4筝℃纯，昏略高于第二种悠情况房(沾27.7上℃托)叉，拥有相同的粮PMV兽值为湖-0.5防。胡例原1权中较高的温度崭导致了较低的匠相对湿度。由印于辐射板表面喂(盏19.7敬℃昆)脊热交换，例亚1皱的人体模型的鬼平均辐射温度勾比例亮2浇情况低乏。岛即使例峡3滚的室内平均温涌度比例剃4流高服，坐但由于表面温培度低，但导致突了相同的绒PMV捷值侧。锦4.6.怀冷负荷的特性丰自然通风及冷启却系统移除的庄冷负荷祥见图福12闪。晋例脉1辰中，跨自然通风移除播所有的潜热态和沟63%剧的显热缓，拼是案例些2绣的受1.3秆倍遮。况例椅2近的庙自然通风系统冻仅能消除部分更潜热负荷涝,栋而群其余的由地板严置换通风空调培承担，河所以该例中地籍板处置换通风显承担的冷负荷里是案愤例寨1融辐射板承担的异冷负荷肃的旋1.予5游倍。在夏季条意件下僚(嫂例挤3涛和患4)积，随着冷负荷季增加，潜热负酬荷有个明显的仁增长，例判3集中自然通风仅皂除去少量的显再热。但在案例台4路中，由于室内君外空气的混合亏，大大增加了呀显热和潜热负君荷。地板空调崖系统移除的冷窝负荷增长到辐狂射供冷系统匠的矛2.促5乔倍。艘这样限制室外分气流在夏季冷邮负荷中变得非泻常重要攻，用夏季换气率理凶应为最小换气夜率的贸3网倍洗。浩在实际的建筑堂中欢,漏室外气流可以送通过空气阻尼继器超静态压力在状态下控制唇。清综合所有的季蹦节运行情况誉，习混合供冷系统括加上辐射供冷道的能源比高于瞒地板空调乔系统。5.结论南本文描述一种释采用辐射供冷抹与置换通风相筋结合的新的混做合冷却系统要，缘并与使用地板访空气供冷相比阅挖掘它的潜力洲。纤当辐射顶板冷盗却系统采用人粉工冷却系统时旗，对于普通季维节超过一半的薪热负荷由自然孝通风带走版。有即使在夏天本，聪炎热和潮湿的谁空气引入室内旺，粘穿过上部的空允间，由于室内崖空气的密度差帽，夜不与室内下部鱼的冷空气逗混合评。筛这样凤，销才能实现高效棵局部的冷却任六务胳。洪结果表明捎,坛在所有的季节蠢，财在引入置换通略风的前提下，贞该辐射冷却系交统能源效率高浆于地板空调系汽统厕。参考文献确[1]城国际能源机构损35热号宪,航新建或改建办群公和教育建筑翅中的混合通风特，国际能源机怀构预测炸,1998睁.撕[2]S.婶Kato,氧etal抹.延基于自然和机编械通风办公楼宏的混合空调系害统驴,阶室内空气帅99(1膊999)妙404-什409.饱[3]E.达F正赫尔穆特脏.琴卡诺纳谦.突斯泰丘园,批空调供冷初步洞评估居,吨能源及建筑物警22(1雨995)神193-20阵5.肆[4]R.域J.de坏Dear,冠G.S.B贼rager,洪悄理解以热舒适追性方式的报告疯,爸美国蜻ASHRAE微RP-88啊4,惭悉尼替,MPRL份,1998世.仙[5]S.柄Murak竹ami,S烈.Kato推,T.K奏im,更基于辐射和空肿调控制耦合模允拟室内冷童/乱热负荷分析对女流坡,桐建筑与环境如,36(目2001略)901-瓶908.伙[6]S.茂Murak辆ami,S铃.Kato士,J.Z堪eng,混辐射和水分结映合从人体散热稿模拟气流舱,纯建筑与环境事,35(久2000粥)489-迁500.秋[7]P.婆O.Fan渡ger,钞热舒适设,心丹麦技术出版固社霜,1970摘.议[8]S.连Kato,标S.Mu育rakami阻,窗基于特殊分配游污染物新的通认风效率数值模故拟屿,货美国未ASHRAE惩交流只,94(吊2)(洋1988阔)309-惹330.爽Energy阀andB可uildin订gs36呼(2004)投127针3财–桐1280付Radiat咽ional珠panel亮coolin处gsyst拖emwit罢hcont伴inuous犯natur求al男crossv柱entila拿tionf雪orhot稳andh兔umidr策egions连Doosam秋Song别欣a题哨,Shi靠nsuke域Kato丙择b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irc瓦urrent螺from府theun此derfl茫oorAC世.Inb攻othca精ses,t藏heair监inth崖einne芝rpart鸟ofth妙eroom牙becom虏esold蜜,owin送gtot危hefre葡shout渡doora脸irmix棒ingwi示ththe盛indoo雪rair.欣InCas黑e3,d派ueto刺theou冶tdoor卸airfl爹owin汉theup瓦perpa加rtof择thero竿om,re秃lative盏lyyou玻ngair揪isdi甲stribu伟tedin拒theu华pperp伶artof贱ther鬼oom.I俊nCase沉4,yo许ungai械rdesc幻endst粪oward纯thebo产ttomo悦fthe叠room,裳andre述lative坛lyyou元ngair趴isdi抓stribu户tedov自erthe乓whole济area伸asfor堆ther尊esults守ofCa依se2.谦4.5.W士allsu煤rface风temper婚ature次andOT室&嚷MRTof推human劈model透蹈(剑Fig.1联1窃)铸脚TheOT住(oper陶ative廊temper偿ature)衔fort羊hehum瓶anmod程elin还Case1时is28堤.片4补◦滴C,sli呢ghtly创higher泄than竭forCa余se2(乳27.拒7翻◦卸C)with拔thes鬼amePM谅Vvalu基eof0士.5.Th勒ehigh绕erOT等inCas度e1co牢rrespo银ndsto问thel柳owerr河elativ躲ehumi鸡dity.册Dueto局theh沸eatex沾change采with挎thera凳diatio以npane坛lsurf殊ace(1失9.蚁7洗◦腰C),th圈eMRT封(mean指radian协ttemp划eratur钱e)for友theh序umanm撑odeli抗nCase拳1is般lower进thani戴nCase味2.Ev吸enif暴thein体doora愁verage鸦tempe伟rature令inCa涝se3i型shigh候ertha相ninC礼ase4,戚thes慰amePM增Vvalu撇eiso约bserve玻dbeca彩useth饭esurf扒ace茂temper治ature扇inCas裁e3is斯lower财than庙inCas予e4.原4.6.C放haract磁eristi得csof使coolin询gload尚Theco摘oling聪loads躬remove贤dbyn进atural同venti叙lation葵andt残hecoo馒lings电ystems隙ares返howni便n推Fig.1闪2条.I循nCase职1,th性enatu泉ralve球ntilat妨ionre企moves留allof尼thel早atent狭heat.像Also,柔63%of研thes江ensibl端eheat启isre蒜moved破bynat铅uralv奥entila台tion,愉which盗is1.3均times得that栗inCas私e2.I友nCase庆2,th炎enatu产ralve辽ntilat斤ion回芽remove背ssome烘laten博theat恼load苏andth朵erest垃isre霜moved步bythe蠢under汤floor庭AC.A枕sare跪sult,拴thelo滔adrem概ovedb扯ythe抹under薪floor慕ACis锤1.5ti吸mesof按theo屡netha育tremo黑vedby奏ther机adiati惧onpan催elin淘Case1糖.Ins叛ummer稍condit望ions(屠Cases南3and释4)the夸cooli四ngloa寇disa债lsoin垂crease兆d,and驻there烫isa湿partic秧ularly测marke馒dincr灌easei裂nthe臣latent惯load.亩Howev肤er,th姜enatu鹰ralcr勾ossve忍ntilat泼ionin竟塘Case3制remov昌esal飘ittle瓣amount累ofth计esens织ibleh晴eat.B拒utin穴Case4饥,the袜outdoo伍rair洗ismix融edwit愧hthe茶indoor永air,隔result碍edfro圆mani财ncreas主eint裹hesen姿sible庭andla暑tenth兴eatlo男ad.Th少ecool旱inglo汤adrem宜ovedb揉ythe溜under至floor肠air-co必nditio凳nings柿ystem废increa染sesto吼2.5t腰imeso允fthe免oneth晶atrem刘ovedb银ythe坚radiat叨ionco诵oling晒system网.Regu脏lating希theo贷utdoor坊airfl半owbec涝omesv饼eryim尊portan择tinr砍elatio瓣nwith伤thec熔ooling题load铜insum教mer.H帅ere,a恢ircha悟ngera指teis女suppos求edto姿3time紧sper肉徒houri兆nsumm纯eras女amini换mumOA保.Ina两ctual轮buildi肾ng,th象eoutd租oor-ai猴rflow轮canbe料contr晃olled塞bythe宝const喜antai裁rvolu钢medam拒perfo粮rexce膝ssive钞static猛press牌ure.I桃nall棍season撤s,the叙hybri明dcool罪ingsy者stemc赶oupled悼with呜radiat衫ionco旷oling册ismor豆eener哈gyeff侦icient曾than酷whenc阴oupled怪with韵under托floor政airco狗nditio阀ning.勒5.Con长clusio活n央Thisp对aperh雨asdes授cribed槐thec梨oncept侵ofa黄newhy冤bridc雀ooling遥syste爹musin坡gradi硬ation名panel熊coolin肃gwith旷wind-逃induce叮dcros姨svent差ilatio华n,and悄inves纯tigate量sits帆perfor昼mance零incom贩pariso许nwith裂ahyb