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vwinchina德赢绿色建筑新闻

研究增加了辐射冷却的希望

示范项目测试了60年前的辐射冷却理论,没有冷凝的风险

研究人员建造了这个实验性展馆在新加坡,以测试的辐射冷却系统是特别非常适合于热,潮湿的气候中。辐射冷却可能对住宅显著能量影响以及商业应用。照片由LEA Ruefenacht。

研究人员已经成功地演示了一种相对简单的技术,可以证明为更便宜的住宅降温提供便利。

在美国,通过嵌入在地板上的管道循环热水已成为一种常见的空间供暖方式。地板辐射供暖系统静音且几乎不可见,这些优点提出了一个很好的问题:为什么同一系统不能在夏天用于室内降温?

辐射冷却系统实际上是可用的,但并不常见。特别是在高湿度地区,辐射冷却有一个固有的弱点。当充满水分的空气接触到低于露点的表面时,水蒸气开始凝结成液体,当冷凝表面是墙壁或天花板时,就会导致各种问题。

除最干燥的气候外,所有气候都需要专用的除湿系统,以限制冷凝。这使得辐射冷却相对少见。现在,一组研究人员提出了另一种绕过凝结问题的方法,这种方法非常简单,对于高湿度、高温地区来说是一种潜在的突破。

一篇论文中9月1日出版于美国国家科学院院刊10名研究者代表几个机构勾勒在新加坡一个示范项目,这使得人们感觉舒适,即使这两个温度和湿度很高的工作。

我们的想法是相对便宜和简单。而热透明膜(无非2密耳的聚乙烯更奇特的)防止凝结和不必要的空气冷却在实验“亭冷却”表面被冷却。两种特性,他们说,对于没有湿度控制中使用的辐射冷却板是必要的。

“辐射冷却技术缺乏广泛的商业应用是由于两种普遍持有的观点,”研究称,“1)在潮湿环境下辐射冷却所需的低温会形成冷凝;2)冷的表面仍然会通过对流冷却附近的空气,限制了辐射冷却的整体效果。”

这项工作是在传统空调系统能源使用量不断增加的情况下进行的。辐射制冷有可能大幅降低制冷成本,只要消费者愿意重新思考“舒适”的实际含义的传统态度。

构建实验馆

研究人员在新加坡建造了一个中等大小的室外结构,其中一种低密度聚乙烯膜防止电池板上空气中的水分凝结,即使电池板的温度低于露点。这种薄膜不能阻挡红外线能量,所以站在附近的人仍然可以感觉到他们正在降温。

研究报告的主要作者埃里克·泰特尔鲍姆(Eric Teitelbaum)在一次电话采访中说,从当地采购的聚乙烯没有什么特别之处。塑料板有50微米厚,大约2微米。“我很确定,新加坡的供应商通常会把它卖给制造购物袋的人,”他说。“基本上就是个垃圾袋,但要高档一些。”

使用展馆的测试对象中,超过四分之三的人表示,尽管空气温度约为85华氏度,相对湿度大于66%,但他们对凉爽感到“满意”。在美国,大多数人都会在这种情况下跑去找空调恒温器。

通过面板的循环水被冷却到大约62华氏度。研究人员说,即使露点超过74华氏度,他们也没有在电池板上看到任何凝结。水的温度可以降低到55华氏度左右,没有任何观察到的凝结。

研究人员说:“冷却板的工作温度低于露点温度,但通过一层对长波辐射透明的薄膜与潮湿的空气绝缘。”“它成功地让人们在超过30摄氏度(86华氏度)和65%相对湿度的条件下感到舒适,而不改变人体周围空气的温度或湿度。”

想法是提出了,但从来没有研究

报告称,这一想法最初是在近60年前提出的,但直到现在,一个全面的测试系统从未建立或研究过。

条件,使空气温度高和表面的平均辐射温度都低不天然存在,研究人员称,因为冷冻表面充当换热器和冷却周围的空气。在新加坡的实验中,可商购的低密度聚乙烯防止通过对流的热传递。

冷却亭子的内部。

通常,人们将舒适与机械空调联系在一起,机械空调依赖于空气温度、相对湿度和空气速度。

研究人员写道:“我们的目标是证明,如果辐射冷却与舒适冷却分离,那么就可以独立依赖辐射冷却作为一种热传导机制来提供舒适。”

虽然人们经常依靠风扇和自然通风来降温,但随着空气温度和湿度的上升,这种方法的效果就会降低。这项实验的目的是为了证明,人们在没有空气流动或空气机械处理的情况下也能感到舒适的凉爽。

辐射冷却提供了一种分离或“解耦”的方法,即降低空气温度(敏感负荷)和降低湿度(潜在负荷)的过程,通常在常规交流设备中是结合在一起的。然而,特别是在热带地区,潜在负荷可能远远高于冷却的需求。

“这项研究显示了辐射冷却的潜力,它可以在不影响空气的情况下创造舒适的环境,”该研究说。

节省能源的潜力是巨大的,但是在该组的纸张,因为没有说出来直接与冷却水供给板应大于冷却,并用传统的AC设备除湿空气便宜得多。

泰特尔鲍姆今年早些时候在普林斯顿完成了他的博士研究,他在电话中说:“在潮湿的环境中,你预计会看到最大的能源削减。”“这很简单,因为对于空调来说,压缩机60%的能源预算只用于除湿。除湿是非常耗能的。如果你不必这样做,而且你也不必为了热舒适而这样做,那么你的能源账单可以节省60%。”

他说,该小组的工作有一个更重要的意义,那就是可以将大量的新鲜空气引入被冷却的空间,而不需要付出很大的能源代价。使用传统的交流电,增加室外空气量会迅速增加能源消耗,因为它增加了潜在的和明显的冷却负荷。辐射冷却不是这样的。

未来还有更多的工作要做

在新加坡,研究人员称之为“冷管”的东西由10块面板建造而成,每块面板长4×8英尺,通过毛细管垫进行冷却。这些地图的一面用2英寸的聚异氰脲酸盐和另一面用聚乙烯与周围空气隔绝。

虽然薄膜“又薄又脆弱”,但它有足够的拉伸强度和耐穿能力,可以维持四个月。更持久的装置需要更坚固的材料,但是增加薄膜的厚度会降低其红外透光率,使太阳能板的冷却效果降低。“未来的工作可以花在设计更好的稳定聚合物上,”研究人员指出。

泰特尔鲍姆说,找到另一种薄膜材料应该相当容易,尽管替代材料对辐射能的透明度可能不如聚乙烯。

一个更困难的问题可能是重新培训消费者,让他们接受舒适并不一定意味着更低的温度或湿度。

“空调是如此冷却混为一谈,”他说。“如果你觉得冷的,你去到是不是去五金商店,拿起辐射冷却板。不,你会得到一个窗式空调机组,并安装它。您一般的消费者可能从来没有想过辐射冷却“。


-Scott Gibson是绿色建筑顾问和vwinchina德赢良好的住宅建筑杂志。

11条评论

  1. 保罗•菲佛||#1

    非常好!我喜欢在夏天保持凉爽,同时还能让窗户开着。我很难想象这将如何实现到完成表面在一个家里,但希望有人可以解决。同样有趣的是,知道什么是最小的视图因素,这是必要的工作。我看到他们把天花板和四面墙都冷却了。我怀疑天花板的作用不大,除非那个人躺着。有了这样的想法,也许最好的方法就是安装在你床上的天花板上。尽管这样的东西很难翻新。

  2. 用户avater
    乔恩·R||#2

    有趣的是,当辐射加热在打开车库用于使用相同的原则。加热空气大多是无效的,但提高了MRT(平均辐射温度)的作品。我可以看到绝缘辐射冷却可能是在天花板实用。

    >专用除湿系统会在所有,但最干旱的气候条件下需要....了帮助使辐射冷却比较少见。

    大部分地方都需要专门的除湿系统反正。所以我想寻找其他的原因辐射冷却是比较少见的。例如,hydronics的费用相比,效率增益。

  3. 詹姆斯·杰夫||#3

    超级有趣。我的理解是,聚乙烯表面不会凝结,因为它停留在露点以上。它保持在露点以上是因为它被外面的空气加热了,但是热量不会通过辐射流失到冷却的垫子上?聚乙烯和垫子之间有空气吗?如果是这样,是不是对聚乙烯有对流冷却作用?我想这还不够?

    所以人的红外热被辐射到冷却过的垫子上,并不能冷却通过垫子的聚乙烯。

    嗯,我摸这个还是有点困难。本文讨论了薄膜作为“对流屏蔽”的应用。这个插图有一个6英寸的空气间隙,里面充满了干燥剂(所以在寒冷的一侧有非常低湿度的空气。所以那里的空气一定很冷。为什么这不是对流冷却聚到低于露点?

    会议早期文件如下:https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1742-6596/1343/1/012080/meta上面写着“空气中的感热防止膜上的凝结”。所以我读到的是外部空气的热量吸收通过设备内部的对流冷却?

    我不知道这涉及到通过这里讨论膜除湿:https://positiveenergy.pro/building-science-podcast/2020/7/17/obsessed-with-humidity

    这似乎访问比EVAP室外空间通过风扇和水喷洒到空气中冷却)看到的东西全美国南部的一个更好的解决方案。

  4. 查理·沙利文||#4

    这是一个可爱的技巧,可能对改善户外区域的舒适度有价值,就像现在一些户外餐厅座位的辐射供暖一样,可能对目前在凉爽季节的流行情况特别有意义。

    然而,它与高性能建筑的相关性是相当值得怀疑的。如果你对建筑物进行了良好的隔热,制冷负荷就会变成潜在的(除湿),除非你处在一个夏季湿度较低的气候中,在这种情况下,良好的隔热和夜间的冲洗通常会使制冷负荷可以忽略不计。在没有除湿的潮湿气候下部署这种装置可以提供一定程度的舒适感,而不会对面板造成干扰,但存在两个问题。一个是保持建筑在高湿度下会导致尘螨、霉菌和腐烂的问题,另一个是舒适度有限。在低湿度条件下,人体可以通过出一点汗来降温,但在高湿度条件下就不起作用了。所以,只有当你的运动水平和新陈代谢率刚刚好时,你才会感到舒适。

    对于需要冷却大多数气候条件下,我们所需要的高性能建筑是更好的高效率的除湿系统。

    1. 詹姆斯·杰夫||#5

      是的。尽管很多对辐射冷却的担忧来自于对冷凝的担忧。即使是在除湿效果好的房子里。如果失败了怎么办?如果门开着怎么办?如果我想把房子租出去,但他们搞砸了系统怎么办?因此,无论湿度有多高,都不会发生冷凝的系统是很有吸引力的。

      另外:在南方的夜间天井的屏蔽门廊和辐射冷却。就像住在一个舒适的地方(在夏天!)而代价只是更多的碳负荷。

      我们即将看到纽约市在冬天为户外设置餐厅的成本。不是说这样做不对,也许预防原则现在可以包括:好吧,我们应该减少大气中的碳,以防我们发生大流行病,所有的餐馆都需要搬到外面去!我想这属于灵活性的范畴,它是改善气候变化的一种好处!

    2. 斯图尔特·米勒||#9

      这就是我最初的想法。无论如何,你必须控制室内湿度。你可以允许临时的钉鞋,但必须保持低,以防止发霉、腐烂等。

      如果有一种持久的解决方案,可以同时提供辐射供暖的双重服务,那么它可能会很经济,但我仍然持怀疑态度,因为你仍然需要那个湿度控制装置。

  5. Bill328||#6

    我将使用Chiltrix空气水热泵地板循环加热。这个系统也可以运行冷水,以及……约60度。我住在一个低湿度的地区,一般湿度为15%-30%。我在想我是否会有凝结的问题。比我聪明得多的人能帮我做出这个决定吗?

    1. 用户avater
      乔恩·R||#7

      在华氏77度时,如果室内湿度低于57%,在华氏60度的供应管道或更温暖的辐射表面就不会出现冷凝现象。由于有很多负荷和散热器,你不需要超过60华氏度的水冷却器。这一切都是可行的,即使在潮湿的气候下(你需要一个除湿器)。

      http://dpcalc.com/

    2. 斯图尔特·米勒||#8

      我这么感兴趣Chiltrix!好像现在市场上最好的产品之一。与他们的热泵热水器相结合。

    3. 查理·沙利文||# 11

      随着气候的更多详细信息,我们可以帮助更多的,但它可能会很好地工作。另一种选择是包括一些不错的超薄静音风扇的线圈单元即chilltrix品牌,并使用那些第45楼的水,而不是用60架F水地板添加或。

  6. David_King||# 10

    难道没有一个简单的方法来直接处理凝结通过重力排水系统?如果湿度小是有益的,那么也许有一种方法可以解决这个问题。在气候温暖的地区,许多建筑都是混凝土或煤渣砌块建筑,不会因短暂的湿气而退化。
    我也想知道如果作为这里所描述的水可被利用于搭载了“辐射天空冷却”面板屋顶的第二毛细管垫冷却:https://aip.scitation.org/doi/10.1063/1.5087281

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