不对称辐射对平面辐射空调影响机理的研究
平面辐射空调是一种健康、舒适、节能的空调方式，代表着未来空调技术的一个发展方向。由于辐射空调具有节能、舒适度高等一系列独特的优点，并且实现了能源“品位对应、温度对口、梯级利用”的目标，因此，近几年得到了广泛的应用，但在辐射传热机理方面还有待进一步深入研究。
辐射空调技术并不是通过加热或冷却空气对人体的热舒适产生影响，而是通过提高或降低壁面温度，在室内形成一定的辐射强度，从而影响人体的热舒适性。由于辐射装置不可能均匀敷设在各壁面，因此，在辐射空调房间内，各表面温度差异较大，故室内会形成强度较大的不对称定向辐射场。在这种热环境下，人体各部位与建筑围护结构各表面及冷辐射面之间会产生不同的净辐射换热量，导致人体表面各部位的温度不一致。当这种不对称的定向辐射超过一定限度，特别是当人体与辐射面之间的角系数较大，或是当人体距辐射表面较近时，会产生“辐射吹风感”，这样不但会对人体的热舒适产生影响，而且对人体的健康也是非常不利的。因此，有必要研究平面辐射空调房间内不对称辐射的深层机理，从理论上指导平面辐射空调的设计，最大限度地减小不对称辐射的影响。
通过对辐射空调不对称辐射现象的分析，研究了不对称辐射温度场、辐射面长宽比的变化、室内设计温度的改变对不对称辐射热环境的影响以及冬季室内热负荷与不对称辐射之间的关系，从新的视角揭示出辐射空调不对称辐射的内在机理，为空调系统的节能设计和优化运行奠定理论基础。对于降低空调系统的能耗，提高建筑室内热舒适性，走低碳经济之路具有重要意义。
首先，对辐射空调的传热机理及辐射空调房间内不对称辐射热环境产生的原因进行了分析。辐射空调技术并不是通过加热或冷却空气，对人体的热舒适产生影响，而是通过提高或降低壁面温度，在室内形成一定的辐射强度，从而影响人体的热舒适性。由于辐射装置不可能均匀敷设在各壁面，因此，在辐射空调房间内，各表面温度差异较大，故室内形成了强度较大的不对称定向辐射场，从而引起人体部位不同的辐射换热。
其次，介绍了三种不对称辐射热环境的评价方法。基于面积加权PMV的方法，从人体整体热感觉与局部热感觉之间的关系出发，以人体在室内处于坐姿考虑，将人体划分为上、中、下三个区域，建立了人体整体热感觉平均PMV（加权PMV）与人体局部部位PMV之间的数学关系。利用人体整体热感觉平均PMV（加权PMV）来评价辐射空调房间内的不对称辐射热环境。
再次，由于获知人体不同部位的皮肤温度分布是研究不对称、非均匀热环境中人体热舒适的基础，而人体自身的热调节功能对人体温度的分布有极其重要的影响。因此，本文基于Gagge教授的二节点模型，建立了改进的二节点人体热调节模型，使其能够适用于不对称、非均匀的室内热环境。通过人体热调节模型与CFD耦合技术准确计算出人体不同部位的表面温度分布。
最后，以大跨度、开敞式办公空间为对象，建立了平面辐射空调的数学物理模型，给出了不对称辐射热环境的模拟分析步骤，并基于CFD与人体热调节模型的耦合，模拟分析了不对称辐射温度指标的适用性、不对称辐射温度场、辐射面长宽比的变化、室内设计温度的改变对不对称辐射热环境的影响以及冬季室内热负荷与不对称辐射之间的关系。
辐射空调;不对称辐射;人体热调节模型;加权PMV;空调热负荷;节能设计
山东建筑大学
硕士
工程热物理
刘学来
2013
中文
TU831.3
62
2013-10-08（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）