采用冷管辐射冷却冷却

这实际上不是空调,而是人们的空调。

冷管演示
冷管演示。

Lea Ruefenacht

北美洲人用于通过移动空气加热或冷却。这就是为什么他们被称为HVAC系统:它们在一个方便的系统中结合了加热,通风和空调。除了这些大流行时期,将V与H和AC结合起来并不方便。相反,您希望打开窗户或带来新鲜空气而不是再循环并试图过滤相同的空气。

这就是为什么这个称为“冷管”的“膜辅助辐射冷却”系统如此有趣。项目联合领导亚当Rysanek他是英属哥伦比亚大学建筑与景观学院的环境系统助理教授,在英属哥伦比亚大学的新闻发布会上解释道:

空调是通过冷却和除湿我们周围的空气来工作的,这是一个昂贵而不特别环保的建议。冷管的工作原理是吸收人体辐射直接释放的热量,而不需要冷却通过皮肤的空气。这就实现了大量的能源节约。

在我们解释这个装置如何工作之前,我们必须先解释一下平均辐射温度,这在北美是一个鲜为人知的话题。正如健康供暖公司的罗伯特·比恩解释的那样这都是关于我们的皮肤和我们的大脑。他引用了安德鲁·马什博士的话:

一平方英寸的皮肤它含有多达4.5米的血管,在回流影响深层体温之前,血管的内容物会被加热或冷却。由此可见,辐射能与热舒适有着密切的关系。

我们的皮肤可以通过蒸发冷却,这可以通过移动空气(这就是为什么风扇工作)或通过辐射来增加,红外能量从温暖的表面直接转移到冷的。沼泽博士再次:

尽管不与身体直接接触,但热或冷却仍然影响我们对温度的看法。这是因为它们发射和吸收辐射能量,其激活与所传导或对焦的热量相同的感觉器官。
冷管
冷管。 Eric Teitelbaum等人

来自英哥伦比亚省大学、普林斯顿大学、加州大学伯克利分校和新加坡eth中心的研究人员已经建造了一个面板,在这个面板中,冷水通过管道和毛细管垫泵送,以最大限度地扩大表面积。这没有什么新鲜的;我们展示了光彩照人的天花板是用来冷却的。凝结,没有问题,只要面板上下雨一直高于露点,“需要冷却空气的温度(恒压)以达到100%的相对湿度(RH)”和温度的水在空气中凝结出来。然而,在像新加坡这样炎热潮湿的气候中,露点和环境温度非常接近。

通过面板部分
通过面板部分。 Eric Teitelbaum等人

研究人员所做的事情是不同的是将一层塑料放在面板前面的红外线辐射到红外线辐射六英寸,放置在底部的干燥剂以保持箱内的空气干燥,并在面板上消除冷凝。这可能尚未完成,因为它是违反直觉的;在大多数空调系统中,您希望凝结和除湿,这会增加皮肤蒸发并让您冷却。但它需要大量的能量来冷凝水,被称为蒸发的潜热。通过将辐射冷却从蒸发冷却中分开,它们通过冷凝水储存所有吸收的能量,从而产生一些有趣的机会。研究人员注意到在国家科学院讨论的研究中发表:

我们的目标是证明,如果辐射冷却与舒适性冷却分离,则可以独立地依赖作为传热机制,以提供舒适机构。我们的目标是将其作为冷却机制的潜力证明它的潜力独立于对流约束的空气条件操作,没有任何机械处理空气。

普通的北美空调工人会说这太荒谬了,你并没有改变空气的温度或者空间的湿度,这些是他们可以用仪器测量的。但就像罗伯特·比恩一直告诉我们的那样,一切都在我们的头脑中,在我们的感知中。所以你问人们他们的想法和感受。

为了证明我们的系统在传统舒适模式之外运行时能够提供舒适,我们进行了一项热舒适研究,调查参与者对热环境的感知。

他们在新加坡建了一个房间,那里的湿度和温度都很高。它的墙壁和天花板上都有辐射板,让55个人坐在外面的阴凉处15分钟来适应正常的环境条件,然后在房间里坐10分钟。当面板关闭时,有18名成员坐在室内,因此他们得到了与室外相同的阴影环境。

在冷管中
在冰冷的管子里。 Eric Teitelbaum等人

结果清楚地表明,它是有效的,那些坐在房间里打开面板的人的满意度要高得多。“在开和关之间有一个可见的分割,这表明这种类型的系统在没有空调的自然通风空间中有增加舒适度的潜力。”

尽管水温低,但冷管内的空气温度大部分不受影响,从冷管内测量到31至30℃。这些数据是证据表明冷管板从对流冷却离子隔离隔离辐射冷却,随着辐射水的辐射损失而导致的乘员冷却的大幅增加,而不是对流。

热成像也显示了热传递,“随着水温的下降,从一个人到面板的热流增加,尽管空气温度几乎是恒定的(接近皮肤温度),这证实热量主要是通过辐射流失到面板。”

这不是空调,这是人们的空调。

这是一件大事,尤其是对于大房间、礼堂,甚至户外。

如果新鲜空气可以以几乎没有能量或舒适性罚款以任意或没有能力罚款提供,因此,气候调节范式会发生变化。此外,正如从冷管中的数据初步证明的那样,严格的除湿也是没有必要的,这也不需要减少全球潮湿的气候区域的大量除湿负荷。

这不是空调;空间中的空气温度和湿度不受影响。它的人们调理,直接从空间中的人们移除热量。它不会像冷却整个空间一样有效,但它需要更少的能量,并注意到这个房间没有截止的门,它们是无关紧要的。比较,当你调理空气时,而不是人民。

这项研究是在Covid-19大流行爆发之前进行的,但他们很快就意识到其影响。亚当Rysanek在新闻稿中引用:

COVID-19大流行让公众意识到,我们的健康对我们在室内呼吸的空气质量是多么敏感。具体来说,我们知道,在这种‘新常态’中,一些最安全的空间是户外空间。”“随着气候变化,空调越来越成为全球必需品而非奢侈品,我们需要准备好替代品,不仅对环境更好,而且对我们的健康更好。”与六个月前相比,打开窗户保持凉爽的想法现在感觉更有价值。

空调的模式已经被大流行病改变了;北美工程师的共识正在转变,变得更像欧洲的方法(被动式房屋),在那里,新鲜空气和通风是一个独立的系统,与供暖或制冷无关。如果北美人最终理解了平均辐射温度的概念和辐射热传导的重要性,这也将改变建筑的设计模式。