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解读维瓦尔第辐射空调的密码

   日期:2021-04-15     来源:维瓦尔第辐射空调系统    
核心提示:辐射空调系统一定不是简单的供暖和供冷,她是为了舒适而生的,是方格理论Messana理论的伟大实践,是人体揭开舒适密码的伟大实践。
  重新编辑一篇2019年的旧文,完善了一些知识点,把最新的一些技术细节加入其中,并且透漏了一些维瓦尔第的技术点,供大家批评指正。
  一、热湿舒适理论
 
  辐射空调系统一定不是简单的供暖和供冷,她是为了舒适而生的,是方格理论Messana理论的伟大实践,是人体揭开舒适密码的伟大实践。更伟大的意义就不说了,给未来吹牛留点东西。
 
  什么是人体舒适?笼统的说就是无感蒸发,或者叫无感自然蒸发。这里面有两个词组成,一个是无感,一个是自然蒸发,这里的自然蒸发是相对于强制蒸发(出汗)和强制不蒸发(毛孔收紧直至关闭)而言。我们知道,人体要做到无感,无冷感热感吹风感,这些“感”其实来着人体的皮肤神经元,这些神经元不被触碰不兴奋,人自然就无感。人体是分冷热不同的神经元,风吹则是皮肤的触觉神经元也叫机械神经元和感觉神经元,都是一个意思。自然蒸发首先要无冷热感,有了冷热感人体就会自然的抵抗,比如冷了毛孔就收紧热了打开甚至出汗,这就不叫自然蒸发了!湿度可以调整自然蒸发的大小,辐射传热作用会影响毛孔的开度进而影响蒸发量,后面会详解。
 
  无感蒸发 与 强制蒸发
  无感的另外一个好处是节省人的精力,也就是节省神经系统的能量。这是非常有利于某些脑力工作、休息和睡眠的,很多外国科学家对此有一些结论性的成果,对未来“家环境”而言这将是标准需求。
  显然,上述的舒适是以方格教授热平衡理论为基础的。所谓热平衡就是说的人体释放的能量和环境带走的能量刚好等于零。具体分析就是六项指数,抛开一些条件比如穿衣服指数,人体自然条件,活动指数等主观条件,客观上就剩下对流换热、辐射换热和蒸发换热。辐射空调和传统空调,在这三个方面直接对比会发生有什么不同?如何用舒适理论去解释?
  A、传统对流空调存在温度波动、垂直温差及温度均匀性、热稳定性等问题
 
  先说热稳定性,我们知道传统空调一般用它即开即热或者即开即冷,一旦关闭,5分钟人就会感觉非常热,为什么?空气本身比热比水小4倍,同时它改变壁面温度能力很差,加上即开即热的思路,造成一旦关上空调,空气热容量太小,壁面平均辐射温度迅速加热空气,进而无法带走人体的热量,这种情况热稳定性非常差。而辐射空调直接改变壁面温度,热容量大,带来热惰性也大,可以消峰填谷,自然热稳定性就会好,而且是“冷源表面”辐射强度越高,稳定性越好,空气的垂直温差以及均匀性越好。
  这个是非常好理解的问题,传统空调是机械强制对流系统,出风温度到回风温度是被逐步加热的,风温从10度到25度是逐步提升的过程,加上机械强制的方式,垂直温差和不均匀分布是不可避免的!辐射空调尤其是天棚供冷时,也会产生一定的对流,由于一般的天棚表面温度会被维持在18~20度(制冷过程中可达16度),这个产生对流量和强制对流的空调比少的太多了,同时各个壁面被辐射到23~25度,请注意,各个壁面是直接被辐射到某个温度的,辐射面和被辐射面之间是没有梯度的,这个是跟空气的最大不同。这也就是辐射空调系统中空气温度天然均匀且垂直温差很小的原因,天蓬供暖时空气温度会更加均匀。
 
  关于室内温度,一般是指操作温度To。这个温度和我们通常理解的室内空气温度及平均辐射温度的关系:To =(Tair+Tmrt)/2,这个公式是最重要的,在固定了服装热阻、活动人群排除个体差异的情况下,无论是ISO7730还是Ashrae55都把操作温度波动值作为热环境重要指标而且是唯一的热评级标准。这个问题的理解本身是非常重要的,热评价是评价供暖供冷系统对于环境的响应的,波动值就是来源于环境的变化,比如室内人员的增加,室外温湿度的波动,不随这些因素改变的系统才是好系统,因为改变是显而易见的,如何应对这些变化才叫做系统能力,通俗讲,热评价就是评价系统能力的。舒适温度范围更不是热评价的标准,少数同行在这个方面欺骗客户,说舒适是一个范围,只要系统温度在这个范围内就是合格。舒适温度本身固定值是不存在的,个体差异服装热阻活动情况都不同,舒适温度完全不同,真正的舒适温度是因人而异的一个点绝不是一个范围,评价方法是设定值后的波动值,这是真正的热评价!国标GB50736所说的夏季24到28冬季18到22度这样的空气温度范围显然是值得商榷的。
  这一点上,对流空调和辐射空调是无法比较的,差距巨大!维瓦尔第辐射空调操作温度可以在一个较大范围内设定,比如夏季可以在22~28℃,冬季18~24℃范围内设定,波动值50%时间可以达到±0.5度,90%时间可以达到±1度,这是ISO标准中A+级水平。
 
  B、为什么说辐射空调是舒适空调,而传统空调只能叫冷暖空调
 
  上述的环境平均辐射和对流空气温度,决定了人的体感温度,人的体感温度和自然蒸发决定了人体换热量,而湿度影响着自然蒸发。由此可见,把体感温度和湿度精确控制,是非常有意义的。传统空调的温湿度耦合控制是不可能实现的,只有通过温湿度独立控制才有可能,显然辐射空调是非常适合这一理论的。值得注意的是这里说的湿度是指绝对湿度而非相对湿度,因为影响蒸发的是空气里水的分压力,通常分压力露点和绝对含湿量是一对一的关系。在工程实践中,引进露点温度或者含湿量才能更准确表达室内湿度对人体的影响,相对湿度代表舒适度的概念是不准确的。
 
  实践中,另一个问题出现了,固定湿度的情况下,同时达到热平衡的状态,人体的辐射换热和对流换热带走人体热量以及人体自然蒸发带走的热量是否存在比例关系?
  假如不存在比例关系,理论上我们可以用新风除湿加干盘管实现温湿度独立控制,可是实践中效果极差,为什么?因为干风盘改变壁面温度的能力更差,同普通空调比辐射换热被进一步降低,人体感受更差了!事实上舒适感中,辐射换热比例关系是存在的。Messana的研究表明,如果辐射换热占比多了,人会立刻变得舒适,这种舒适除了温度的无感外,皮肤的清爽是最大体会。原理是冷辐射作用可以使皮肤毛孔收缩,从而消汗的作用特别明显,皮肤变得干爽,人体变得凉爽。
  夏季室外环境以及多数室内环境让皮肤多半时间是潮湿的,这种干爽感受让人非常舒适。冬季辐射传热的目的刚好相反,体高壁面温度减少和人体换热,让人的毛孔打开,皮肤就会在即使干燥的冬季也会湿润起来,如果有些加湿会让水份留在皮肤表面的情况更加明显,但是不提高壁面温度单纯的加湿是没有用的。这就是辐射空调带来的真正的舒适体验。根据这些情况,我们得出结论,人体热平衡是热舒适的基础,更舒适的感觉来自于热平衡后带走人体的热量的比例关系!
  MESSANA先生给出的比例关系如下,夏季:辐射换热45~50%,对流15~20%,蒸发30~35%;冬季:辐射30~35%,对流20~30%,蒸发40~50%。
  这一比例关系,实践中表现出来的就是冬季空气温度比壁面平均辐射温度低1~2度,夏季空气温度比平均辐射温度高1~2度。这个比例关系的存在,进一步解释了为什么冬季辐射供暖和夏季辐射供冷都好于对流空调的原理,这样的环境让人精力充沛,身心愉悦,神清气爽。达到这样精准控制水平,显然是普通空调做不到的。很多人都在思考如何控制环境,忘记了环境本身是没有舒适感受的,只有回归到人体舒适,以人体为中心,让环境服务于人,才能打造优秀的环境!
 
  二、维瓦尔第辐射空调系统,是对于人体舒适理论最好的诠释!
 
  A、温湿度独立控制是基础,辐射末端是重点,湿度控制是保障,控制手段是难点
 
  实现上述比例关系并不容易,尤其是夏季。最大的问题就是壁面温度太低,会引起结露问题。维瓦尔第系统通过长期实验和实践的积累,采用变水温的思路,破解了结露的难题,同时又保证了较高的辐射强度。
  我们的系统,在相对湿度55%左右的情况,可以达到80~90瓦左右的冷量每平米。具体如下:
 
  室温26度,湿度55%,辐射板每平米最大冷量82.8瓦;
  室温25度,湿度55%,辐射板每平米最大冷量79.3瓦;
  室温24度,湿度55%,辐射板每平米最大冷量76.6瓦;
 
  如果适当的降低湿度,将得到更大的冷量,具体如下:
 
  室温26度,湿度52%,辐射板每平米最大冷量93.3瓦;
  室温25度,湿度52%,辐射板每平米最大冷量90.2瓦;
  室温24度,湿度52%,辐射板每平米最大冷量87.5瓦;
 
  这样根本不需要地面和墙的情况下,50%~60%是敷设面积能满足大部分住宅的需求。这是维瓦尔第系统的最大优势!也是维瓦尔第系统舒适节能的有力保障!末端强大的全动态调节的辐射强度才能带来环境的有效调节,从而达到我们期待的比例关系,达到真正的舒适。
 
  B、为什么说毛细管空调以及辐射对流混合末端是冷暖空调不是舒适空调?
 
  相比对流空调,毛细管以及其他辐射末端有了一定的改变壁面温度的作用,但由于传热模型本身的错误,其水温只能给到18度,辐射能力较低,调节性几乎没有,为了达到末端的热平衡,只能增加对流传热,导致无法达到比例关系,对流末端的介入,热稳定性不均匀性都一定程度的下降,最为关键的是辐射强度降低,带来权重降低,无法达到±1度的波动值,有些毛细空调还是肯讲实话的,波动值定义到±2度,B级以下的水平,从而沦为冷暖空调的范畴,达不到舒适空调的指标!其调节能力有时还低于多联机系统。这样的空调花费不低,意义不大,以为冷暖的问题传统空调已经解决,又便宜又便捷。
  C、地面供暖供冷和天棚冷暖的比较
 
  天棚冷暖辐射
  单纯改变环境冷暖方式来看,最为理想的方式是天棚供暖和地面供冷,因为这样产生对流量最小,最容易控制空气温度和体感温度。可是由于生活环境所致,地面供冷在民用住宅环境,受到较大限制,甚至不宜推广。
 
  1.地面遮盖是最大的问题!地面供暖只怕盖,不怕遮,因为可以形成较强的对流;地面供冷又怕遮又怕盖,一旦遮盖,就会使表面温度接近水温产生冷量堆积,加上地面混凝土的惰性,所以水温至少高于露点3度,使得本来就低的冷量变得更低。
 
  2.地面温度过低使人舒适度下降,脚凉腿量明显,大大限制了地面的供冷冷量。经验值表面不宜低于22度,如果室温设定为26度还好,如果室温要求24度,甚至22度冷量就少的没有意义了。
 
  3.地面供冷冷量安全性和舒适性两个因素,导致不宜期望过高,更不要仅仅用地面供冷无其他辅助措施,这是不行的。地面供冷最大冷量要被限制在显热15~20瓦每平米之内,去除遮盖部分可能更低。
 
  4.如何利用地面供暖供冷?
 
  a.地面供冷同干盘管结合,是有一定作用,是一种权宜之计,这时结合新风除湿一体机,性价比来看不失为一种好的对流空调形式。舒适度和节能性一定程度上比传统空调地暖加新风高很多。如果是住宅,一定控制好地面温度,以不低于23度为宜。
 
  b.地面供冷同普通对流末端如风盘VRV等,不是一种好方法,没有解决温湿结耦的问题,相互影响,会增大室内温度的波动。实践中这种思路即不舒适又不节能!
 
  c.地面供冷同天棚辐射末端结合,如果控制好了是相得益彰,控制不好也容易造成很多问题,比如地面温度下降过快反而限制了天棚的冷量,增加结露风险等等,冬季亦然。这个问题比较复杂,可以以后的文章中重点谈这个问题。
 
  d.地面供冷更适合阳光房大跨度空间等项目应用。阳光短波直射地面,效率非常高,每平米200瓦也可能,天棚供冷望尘莫及。大跨度空间一般遮盖不会多,人的辐射角被拉大,所以更适合,人不长时间停留,比如机场大厅,酒店大厅等等。
 
  三、辐射空调带来健康的室内环境
 
  A、什么是置换通风?
  通风的三种形式:定点通风、置换通风、混合通风。它们讲的是新风送到室内后的方式,以及和室内固有空气之间的结合方式。置换通风在这个意义上讲就是新的取代旧的,也就是不能混合,送风方式需要纯新风,而进入室内后,用的方式是置换的方法赶走固有的旧风。而不是和室内固有的旧风混合稀释。好比在洗澡的时候,是一个大池子还是单独淋浴?大池子虽然也在换水,一小时换一次,可是其实它是新旧结合,新的稀释旧的,两者谁更好一目了然。
  这个问题再回到室内通风,如果这时风机盘管在工作,每小时一次新风和每小时10次的风盘混合,显然这叫混合通风,效率下降的巨大!也有直接采用一次回风二次回风的新风机,纯新风占比30%,循环风占70%效率同样大打折扣。
 
  置换通风的几个特性:
 
  1.必须是纯新风才能叫置换,一次回风二次回风等有内循环参与的都是标准的混合通风,不能叫置换通风。
  2.下送上会更容易形成置换,且有利于污染物排放;上送下回理论上也可以形成置换,控制不容易不利于污染物排出;顶送顶回是混合通风不是置换通风。
  3.下送上回时,风温必须低于室温,产生密度差,否则无法形成置换!
  4.微正压必须使用恒风量调转数风机,否则无法保持微正压。
  5.需要除湿应控制绝对湿度即露点。
  6.热回收必须使用焓交换型热交换芯。
 
  B、置换通风和污染物排出
 
  室内环境健康最为重要的空气品质。而污染空气的最主要的人本身,而不是家具等室内其他设备。
  污染物形成
 
  1.很多人冤枉了氧气,认为人消耗了氧气才导致人缺氧,其实室内21%氧气是足够的,反而是二氧化碳才是罪魁祸首,它影响了氧气吸收,即使是0.15%这么小的二氧化碳浓度,影响也会很大,从检测血氧浓度可以立刻看出来。
 
  2.人不禁排放二氧化碳,皮肤呼吸排放很多代谢产物,加上装饰装修家俱等排放的化学物质,这些都是气态污染物,二氧化碳仅仅是气态污染物的代表。固态颗粒物可以过滤解决,但气态污染物解决方法非常有限,快速排出是最好的方法。
 
  3.污染物多少重于空气,使得地下室是污染物最大受害者,如何搞好地下室空气更是老大难的问题;关门关窗睡觉,没有通风,污染物浓度会迅速上升。
 
  4.湿度过高,也可以认为是环境的一种污染物。
  C、置换通风完美解决以上问题
 
  1、完美解决卫生间负压区,厨房负压区,并置换出去这些房间的污染物。这些地方干爽无味。
  2、完美解决卧室污染物问题,极大提高睡眠质量,无需开窗开门,一年四季睡眠总是如缕春风,真正的舒适健康,对于哮喘鼾症、神经衰弱等疾病,有着绝佳的保护作用!
  3、地下室是这套系统最完美的应用地方。
 
  a.地下室最大的特点:
 
  1)、污染物沉降;
  2)、和大地相邻壁面温度过低造成结露,进而造成发霉;
  3)、渗水(一定要区分渗水和结露),这个需要抗渗混凝土等措施来解决;
  4)、冷暖负荷低湿度高。
 
  b.解决方案:置换通风、近似等温、辐射控温精确。
 
  1)、风盘等内循环方式是地下室恶劣环境的“帮凶”。风盘的10次以上的内循环,使得即使使用新风设备也事倍功半,效率低下。风盘改变壁面温度的能力较弱,不利于防止结露,尤其在低负荷状态。
  2)、只有置换通风才能真正高效排走污染物,同时利用其除湿功能,使得室内洁净干爽。
  3)、房间温度的控制过程中,壁面温度的控制意义大于空气温度。这是控制壁面结露的重要方法。
  4)、低负荷的地下室有些类似被动房,室内环境依赖新风,但新风温湿度耦合现象严重,不利于控制所以新风设备首先必须温湿分控的能力,也就是实现等温除湿。同时,辐射系统的热稳定性,最适合低负荷的地下室区域!
 
  4、尽管置换新风带来健康的空气质量是大家的共识,但是,挑剔的置换新风,几乎只有在辐射末端下才可能实现,这几乎是辐射空调送给大家的最大的礼物。
 
  辐射空调本身就是解决热舒适问题的,结果在得到舒适前提下,又送了健康,这种壹加壹大于2的系统才是造物主的恩赐,也是我们坚定不移的选择这个行当的原因。
 
  四、维瓦尔第辐射空调系统技术特点简介
 
  1.同目前国内流行的毛细管辐射供暖供冷不同,维瓦尔第系统师承意大利辐射空调之父罗伯特.米萨纳先生,米萨纳先生1994年发明了石膏辐射板供暖供冷技术,维瓦尔第传承于该理论,结合中国国情,研发出维瓦尔第福光(Light Magic)系列石膏辐射板,通过一套全自动机器人生产线,在中国广州量产这种辐射板,应用于维瓦尔第辐射空调系统。该产品设计巧妙、安装简介、性能优良,辐射供暖供冷能力完全达到目前意大利进口产品的水平。
  2.维瓦尔第独立知识产权的春藤(IVY)系列新风除湿机,也在中国广州落地生产,该新风机是由维瓦尔第意大利研发团队设计,采用世界著名品牌EBM调速风机、瑞士搏力谋风阀水阀、瑞士进口传感器、美国品牌膜技术焓交换器等等,具有精准设定风量、精准设定风温、精准设定含湿量、70%以上焓回收的四大功能,EER达到6.0以上。节能、智能、控制精度高、低噪音是该产品四大特点。
  3.系统控制方面维瓦尔第是目前国内最为领先的全动态控制系统。该系统包括:室内环境传感器组,黑球温度、干球温度、露点温度、相对湿度、PM2.5、二氧化碳浓度,VOC浓度、甲醛浓度。变水温调节技术、变风量调节技术是维瓦尔第系统的核心控制技术,使得维瓦尔第系统每平米辐射板散冷量(显热)可达90瓦每平米,新风量最大可达每小时2次纯新风置换,具有极强的控制空气品质的的能力。维瓦尔第控制开窗结露技术是维瓦尔第另一个独特的领先技术,开窗结露是大部分辐射空调的同行的困扰的难点,维瓦尔第通过独特的算法,找到了解决方案,在一个大房子的某一个房间,即使开窗,也不会影响其他房间的正常工作。云服务平台,大数据管控,是维瓦尔第系统从创立之初采用的方式,这些年在不断的完善,维瓦尔第控制系统2.0在2021年9月正式推出。
  总结:什么系统形式可以实现健康舒适的环境系统?
 
  1、控制壁面平均温度,通过壁面温度给环境供冷供热而非空气温度,体感温度处于稳态,设定所需要的舒适温度值后,实际波动值低于±1度
  2、控制室内绝对湿度而非相对湿度,同时不影响空气温度
  3、用置换通风保持室内空气的高质量,使得污染物快速排除
  4、无需开窗无噪音室内微正压使得室内环境安静无尘无风吹感
  5、和传统空调在相同条件下(同样的换气次数同开同关同温湿度),比传统空调至少节能50%以上
  6、辐射空调开窗结露问题得到很好的解决。7、互联网技术使得调适效率维护效率更高,应用更便捷,强大数据量为产品实现自学式的高级智能提供了重要的数据支撑。
 
  郑鸿宇2021年4月再稿
 
  【编辑:暖立方地暖网】
 
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