新型辐射吊顶供暖的实验研究与热舒适性讨论

一、系统概述
　　
　　在冬季供暖和夏季空调中，末端设备的形式不统一，限制了辐射吊顶的应用。国外的末端产品，一般只包括辐射板本身，采用直接连接的形式，通风系统则单独处理，而冬季供暖采用其它方式，使得室内管路很多，系统复杂。笔者采用新型辐射吊顶作为供暖系统的末端设备，同时不须改变系统连接方式，可以有效的解决这一问题。
　　系统仍采用夏季供冷系统，但在冬季供暖环境中，因为没有送风系统，只有板式换热器投入使用，运行模式单一，系统相对简单。
　　
二、实验介绍
　　
　　1．实验台介绍
　　根据实验目的，搭建实验台，实验台的基础平台为一个真实的小室，具有一面外墙，开有外窗，朝向西。吊顶采用模块式辐射吊顶，配有专用机组。一次水为热网供水。房间长为5.2米，宽3.4米，高2.7米。吊顶的面积约为17.6平方米，由五组辐射末端并联形成。
　　
　　2．测点布置
　　室内空气温度，包括空气温度梯度和黑球温度梯度两部分。室内空气温度覆盖率度测点布置在小室中央，共10个测点以地面为垂直标高零点，向上为正，标高和测点编号见表1。
　　
　　　　　　　　　　　　　表1 　空气温度测点布置

　　在1.8米，1.1米，0.5米和0.1米的高度上，同时布置黑球温度计，以测量环境的平均辐射温度。
　　
三、数据分析
　　
　　1．典型空气温度梯度
　　
　　在辐射吊顶供暖的环境中，室内空气温度存在梯度。其中，2.7米处的温度，是根据当时辐射吊顶下表各测点的温度测量值，计算得到的平均温度；0.0米处的温度，是该时刻地面温度的平均值。
　　可以得到，室内空间可以分为四个区域。在0.1米以下，温度基本不变或略有降低；在2.65米以上的范围内由于2.65米和2.70之间没有布置更多的测点，因而无法得到温度梯的准确值，但是可以判断，温度梯度很大。由于这一区域贴近吊顶，而且所占的空间很小，仅对流散热产生影响，而基本不影响室内的环境，因此在这里不做更多的讨论。
　　在0.10米到2.65米的主要空间内，分析空气温度梯度曲线，可以大致的将温度梯度分成两个区域，参见图1。其中，虚线为将温度梯度沿高度分成两个区域后，根据各自的最低点和最高点得到的线形梯度拟合线。
　　 　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　图1　温度梯度
　　
　　
　　从图中分析，折线的折点位于高度为2.45米附近，将此高度根据吊顶的高度无量纲化，其相对高度为0.9，可以将室内主要空间分为高区和低区。计算其与相应测量值的剩余平方和，为0.23。其他时间段内的数据也基本上符合这一规律。高区温度梯度较大，低区温度梯度较小，是人员活动区。在本例中，低区的温度梯度为1.89℃/m，高区的温度梯度为8.00℃/m。
　　
　　2．黑球温度分布
　　随时间变化，相同位置的黑球温度值波动很小，不同高度的黑球温度差别较大，其差值稳定，参见表2。
　　
　　　　　　　　　　　　表2　 黑球温度波动

　　根据分析，室内温度稳定，波动很小，且两者趋势相同，因此黑球温度和空气温度的温度差也相对稳定。
　　
　　3．热舒适性分析
　　为了对比相应位置的空气温度，选择在同一时刻，典型的空气温度、黑球温度和周围环境表面的平均辐射温度（简称辐射温度）的曲线，参见图2。从图中可以看到，在人员活动区，黑球温度、平均辐射温度基本呈线形变化，随高度的上升，与空气温度的温差有所减小。在本例中，两者与空气温度之差参见表3：
　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　图２　温度梯度
　　
　　　　　　　　　　　　表3　 温差比较 　　

　　从这四点典型温度可以计算黑球温度和周围环境表面的平均辐射温度的温度梯度。根据计算，其温度梯明显小于室内的空气温度梯度。两者比较，详见表4。
　　
　　　　　　　　　　　　　表4　温度梯度比较

　　根据实验数据分析，在辐射供暖的条件下，平均辐射温度梯度最小，大大削弱了由于自然对流而引起的上热下冷现象，使得人体的体感温度梯度减小，明显小于空气温度梯度。参考人体热舒适性原则，当温度梯度减小时，人体热舒适性会提高。因此说明，在采用辐射吊顶供暖的条件下，人体的热舒适性提高了。